Разработка и исследование химических реагентов с повышенной эффективностью растворения в технологических жидкостях для строительства скважин

Объектами исследования являются системы промывочных жидкостей на водной основе.
Цель работы – разработать методы модифицирования полимерных реагентов и исследовать эффективность их применения в промывочных жидкостях для строительства скважин.
В результате исследования предложены три способа модифицирования полимерных реагентов (суспендирование, создание покрытий, частичное сшивание) для повышения их эффективности растворения в промывочных жидкостях для строительства скважин; выявлены ограничения предложенных способов повышения эффективности растворения полимерных реагентов; сформулированы рекомендации по целесообразности применения каждого из предложенных способов модифицирования. Область применения: промывочные жидкости для строительства скважин.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 14

1 Литературный обзор …………………………………………………………………………………. 15

1.1 Полисахаридные реагенты в области добычи нефти и газа …………………… 15

1.2 Механизм растворения полисахаридных реагентов в воде ……………………. 21

1.3 Методы повышения скорости растворения полисахаридных реагентов … 24

1.3.1 Суспензионная форма полисахаридных реагентов ………………………….. 24

1.3.2 Полисахаридные реагенты с покрытиями ……………………………………….. 30

1.3.3 Сшитые полисахаридные реагенты ………………………………………………… 32

1.4 Выводы и постановка цели и задач исследования ………………………………… 34

2 Методики, приборы и оборудование экспериментальных исследований ……. 36

2.1 Обоснование выбранных методик исследований ………………………………….. 36

2.2 Системы промывочных жидкостей для исследования эффективности
растворения полисахаридных реагентов ……………………………………………………. 37

2.2.1 Пресная глинистая суспензия …………………………………………………………. 37

2.2.2 Минерализованная полимерглинистая суспензия ……………………………. 38

2.2.3 Биополимерный безглинистый раствор ………………………………………….. 40

2.3 Методика испытания фильтрационных свойств промывочной жидкости 41

2.4 Методика измерения реологических параметров промывочной жидкости
…………………………………………………………………………………………………………………. 41

2.5 Методика испытания стабильности суспензионной формы полисахаридных
реагентов ………………………………………………………………………………………………….. 43

3 Разработка суспензионной формы полисахаридных реагентов …………………… 45

4 Исследование модификации поверхности порошков полисахаридных
реагентов …………………………………………………………………………………………………….. 45

5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение……. 46
5.1 Расчет продолжительности проведения исследования ………………………….. 46

5.1.1 Структура исследовательской работы …………………………………………….. 46

5.1.2 Трудоемкость выполнения исследовательской работы ……………………. 47

5.1.3 График выполнения исследовательской работы ……………………………… 48

5.2 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ……………………………… 50

5.2.1 Материальные затраты на проведение НТИ ……………………………………. 50

5.2.2 Затраты на специальное оборудование для проведения исследования 51

5.2.3 Затраты по основной заработной плате …………………………………………… 52

5.2.4 Отчисления в государственные внебюджетные фонды …………………… 53

5.2.5 Амортизационные отчисления ……………………………………………………….. 54

5.2.6 Накладные расходы ……………………………………………………………………….. 55

5.2.7 Прочие расходы …………………………………………………………………………….. 55

5.2.8 Формирование бюджета исследования …………………………………………… 56

5.3 Обоснование эффективности проекта ………………………………………………….. 56

5.3.1 Оценка стоимости вариантов обработки …………………………………………. 56

5.3.2 Анализ конкурентоспособности разработок ……………………………………. 57

6 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 60

6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 60

6.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ………………………………………………………… 60

6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя ………………………………………………………………………………………… 62

6.2 Профессиональная социальная безопасность ……………………………………….. 63

6.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования …………………………………………………………………………………………. 63
6.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований ……………………………………………. 64

6.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов …………………………………………………………………. 68

6.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………… 70

6.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ……….. 70

6.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……… 71

6.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………… 71

6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 72

6.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований …………………………………………………………………………………………. 72

6.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований ………………………………………………………………………. 73

6.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ………………………………………… 73

Заключение …………………………………………………………………………………………………. 75

Список публикаций студента ……………………………………………………………………….. 77

Список использованных источников ……………………………………………………………. 78

Приложение A …………………………………………………………………………………………….. 85

В данной работе был проведен теоретический анализ существующих
способов увеличения эффективности растворения полимерных реагентов,
применяемых в том числе и в сфере строительства скважин. На основании обзора
были разработаны методы модифицирования полимерных реагентов с целью их
применения при приготовлении промывочных жидкостей, а именно
суспендирование в инертной жидкости, создание покрытий с помощью
диспергаторов и поверхностное сшивание. Также была испытана эффективность
растворения модифицированных образцов в системах промывочных жидкостей,
сформулированы следующие выводы.
Суспендированные полимерные реагенты обладают наибольшей
эффективностью растворения как при использовании водорастворимой, так и
водонерастворимой жидкостей-основ. Таким образом, использование данной
формы полимерных реагентов предъявляет минимальные требования к качеству
оборудования для приготовления промывочных жидкостей. Кроме того, за счет
жидкой формы возможна реализация механизированного ввода. Однако,
жидкость-основа способна оказывать негативное влияние на технологические
параметры и требует предварительных испытанием перед применением. В то же
время суспензии являются наиболее дорогой формой полимерных реагентов в
связи с наличием буферной жидкости-носителя. Также содержание
действующего вещества в такой форме относительно низкое, что увеличивает
материальные затраты на доставку эквивалентного количества полимера.
Полисахаридные реагенты с покрытиями обладают гораздо меньшей
эффективностью по сравнению с суспензиями. Их использование способно
сократить скорость растворения полимера и уменьшить размер образующихся
агрегатов. Возможно, при увеличении концентрации диспергатора может быть
достигнуто полное предотвращение образования агломератов, но в таком случае
увеличивается вероятность возникновения негативного влияния полимерного
реагента на технологические параметры промывочной жидкости.
Дополнительным преимуществом этого метода модифицирования выступает
высокая концентрация действующего вещества по сравнению с суспензионной
формой полимерных реагентов. Также сохраняется традиционная
порошкообразная форма реагента. Таким образом, подобные
модифицированные полимерные реагенты могут найти применение в бурении
скважин при необходимости дополнительной обработки промывочной жидкости
в процессе циркуляции.
Частично сшитые полимерные реагенты обладают сопоставимой с
суспензионной формой эффективностью растворения, полностью подавляют
процесс образования агломератов и сохраняют традиционную
порошкообразную форму. Также им свойственно незначительное и
предсказуемое влияние на технологические свойства промывочных жидкостей.
Тем не менее, при низкой скорости сдвига, обеспечиваемой оборудованием для
приготовления промывочных жидкостей на буровой, начало процесса
растворения будет значительно отложено во времени, что следует учитывать при
использовании. Кроме того, процесс сшивания, производимый отдельно от
основной линии производства полимерного реагента, требует высоких затрат на
его осуществление, что создает предпосылки для внедрения этой операции в
процесс синтезирования реагента.
Таким образом, суспензионная и частично сшитая формы полимерных
реагентов обладают наибольшими перспективами для применения при
строительстве скважин. Для осуществления их внедрения необходимо провести
оптимизацию рецептуры для снижения затрат на обработку и повышения
конкурентоспособности.
Список публикаций студента

1. Королев А.С. Разработка и исследование суспензионной формы
полимерных реагентов для буровых промывочных растворов / А.С. Королев, Р.Р.
Сагитов, А.С. Захаров // Тезисы конференции, 71-я международная молодежная
научная конференция «Нефть и газ – 2017» / РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М.
Губкина. – Москва, 2017. – С. 252.
2. Королев А.С. Разработка и исследование способов повышения
скорости растворения полимерных реагентов для буровых промывочных
растворов / А.С. Королев // Новые технологии – нефтегазовому региону:
материалы Всерос. науч.-практ. конф. Т. I. 24-28 апр. 2017 г., г. Тюмень /
Тюменский индустриальный университет. – Тюмень, 2017. – 324 с.
3. Королев А.С. Анализ, моделирование и поиск способов оптимизации
процессов растворения полимерных реагентов для бурения скважин / А.С.
Королев, С.С. Черенев // Проблемы геологии и освоения недр: труды XXII
Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и
молодых ученых, посвященного 155-летию со дня рождения академика В.А.
Обручева, 135-летию со дня рождения академика М.А. Усова, основателей
Сибирской горно-геологической школы, и 110-летию первого выпуска горных
инженеров в Сибири, Томск, 2-7 апреля 2018 г.: в 2 т. – Томск: Изд-во ТПУ, 2018.
– Т. 2. – с. 687-689.
4. Сагитов Р. Р. Исследование понизителей фильтрации буровых
растворов на основе карбоксиметильных эфиров крахмала и целлюлозы / Р. Р.
Сагитов, К. М. Минаев, А. С. Захаров и др. // Нефтяное хозяйство. – 2017. – № 11.
– c. 102-105.