Влияние химической природы эмульгатора на свойства гидрофобно-эмульсионных буровых растворов

Объектами исследования являются модельные системы гидрофобно-эмульсионных буровых растворов, стабилизированных эмульгаторами, являющимися продуктами реакции жирных кислот таллового масла и моноэтаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина, полиэтиленполиамина.
Целью данной работы является исследования влияние химической природы эмульгатора на свойства гидрофобно-эмульсионных буровых раствор в зависимости от состава эмульгаторов, его концентрации, условий их синтеза, классов реагирующих веществ для их получения.
В процессе работы проводились экспериментальные исследования стабильности модельного бурового раствора, его фильтрационных и структурно-механических свойств с целью выявления закономерности между этими свойства и химической природой эмульгатора, температурой и временем его синтеза.

Введение ………………………………………………………………………………………………………………….. 13
1 Литературный обзор ………………………………………………………………………………………………. 15
1.1 Буровые растворы на углеводородной основе ………………………………………………….. 15
1.2 Общие понятия об эмульсиях, Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы …. 20
1.3 Функция эмульгатора в составе РУО, эмульгирование …………………………………….. 21
1.4 Классификация ПАВ, используемых для получения и стабилизации обратных
эмульсий ………………………………………………………………………………………………………………….. 29
2 Методика проведения исследований и оборудование ……………………………………………… 34
2.1 Методика приготовлений модельного бурового раствора ………………………………… 34
2.2 Методика испытаний электростабильности РУО …………………………………………….. 35
2.3 Методика замера реологических характеристик ………………………………………………. 37
2.4 Методика замера фильтрации бурового раствора …………………………………………….. 38
3 Результаты экспериментальных исследований ……………………………………………………….. 41
3.1 Влияние химической природы эмульгаторов ряда производных жирных кислот и
этаноламинов на свойства ГЭБР ……………………………………………………………………………….. 41
3.2 Влияние условий синтеза эмульгатора DcD на свойства ГЭБР …………………………. 50
3.3 Влияние химической природы эмульгаторов ряда производных жирных кислот и
этилентэтраминов на свойства ГЭБР …………………………………………………………………………. 56
3.4 Исследование влияние pH водной фазы на свойства ГЭБРОшибка! Закладка не
определена.
4 Социальная ответственность ………………………………………………………………………………….. 57
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………… 58
4.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства …………………………………………………………………………… 58
4.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………………………………… 60
4.2 Профессиональная социальная безопасность …………………………………………………… 61
4.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования ……………………………………………………………………………………………………………. 61
4.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований ………………………………………………………………. 63
4.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия опасных и
вредных факторов …………………………………………………………………………………………………….. 67
4.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………………………… 68
4.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду …………………. 68
4.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……………….. 69
4.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды…………………..70
4.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………………… 71
4.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследований71
4.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………………………………. 71
4.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС ………………………………………………………………………… 71
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение…………………. 74
5.1 Расчет продолжительности проведения исследования……………………………..74
5.1.1 Структура исследовательской работы………………………………………….74
5.1.2 Трудоемкость выполнения исследовательской работы……………………….75
5.1.3 График выполнения исследовательской работы ……………………………………….. 76
5.2 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………………………………. 78
5.2.1 Материальные затраты на проведение НТИ……………………………………78
5.2.2 Затраты на специальное оборудование для проведения исследования………79
5.2.3 Затраты по основной заработной плате…………………………………………79
5.2.4 Отчисления в государственные внебюджетные фонды……………………….81
5.2.5 Амортизационные отчисления…………………………………………………82
5.2.6 Накладные расходы…………………………………………………………….82
5.2.7 Прочие расходы…………………………………………………………………83
5.2.8 Формирование бюджета исследования………………………………………..83
5.3 Обоснование эффективности проекта……………………………………………… 84
5.3.1 Сравнение стоимости промышленных и синтезируемых эмульгаторов……84
5.3.2 Анализ конкурентоспособности разработок………………………………….84
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………. 88
Список использованной литературы …………………………………………………………………………. 89
ПРИЛОЖЕНИЕ А …………………………………………………………………………………………………….. 96

В ходе выполнения магистерской диссертации проведен литературный
обзор, в котором были рассмотрены основные системы РУО, представленные
на рынке сервиса буровых растворов. Приведены общие понятия гидрофобно-
эмульсионных буровых растворов, проанализированы и описаны основные
классы эмульгаторов, используемых для стабилизации обратных эмульсий.
С помощью модельного бурового раствора, согласно описанных в ходе
работы методик были получены графических и табличные зависимости свойств
электростабильности, реологических параметров, фильтрационных параметров
от концентрации исследуемых эмульгаторов, времени и температуры синтеза
эмульгатора DcD, щелочности среды эмульсии.
Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы, стабилизированные
исследуемыми эмульгаторами, имеют максимум электростабильности, причём
этот пик электростабильности сильно зависит проведения реакции
амидирования. Для большинства образцов, включая промышленный
эмульгатор, присутствие в своём составе извести приводит ухудшению
реологических свойств, ослаблению агрегативной устойчивости эмульсии.
Проведение исследований приводят к выводу, что при знании лучших
условий синтеза эмульгатора можно получать те же свойства гидрофобно-
эмульсионного бурового раствора при различных соотношениях фаз. Это
приводит к сокращению затрат на приготовление куба раствора и к большей
рентабельности использования РУО в качества промывочной жидкости в
бурении.

1.Уляшева, Н.М. Технология буровых жидкостей: учебное пособие для
вузов / Н.М. Уляшева. – Ухта.: УГТУ, 2008. – 164 с.
2.Уляшева, Н.М. Техника и технология отрасли. Методические указания /
Н.М. Уляшева, М.А. Михеев. – Ухта: УИИ, 1997. – 49 с.
3.Грей, Дж. Р. Состав и свойства буровых агентов (промывочных
жидкостей): пер. с англ. / Дж. Р. Грей, Г.С.Г. Дарли. – М.: Недра, 1985. – 509 с.
4.Мухин, Л.К. Промывочные растворы на нефтяной основе / Л.К. Мухин //
ТрудыУкраинскойнаучно-техническойконференциипотермо-и
солеустойчивым жидкостям и тампонажным растворам.- Киев.: АН УССР,
1970.
5.Ишбаев, Г.Г. ООО НПП «Буринтех»: влияние испарения на свойства
инвертно-эмульсионного бурового раствора / Г.Г. Ишбаев, М.Р. Дильмиев //
Инженерная практика. – 2013. – № 6-7. – С. 34-39.
6.Буровые растворы на углеводородной основе. Демонстрационный
материал компании «M-I SWACO».
7.Буровые растворы на углеводородной основе. Демонстрационный
материал компании «Halliburton».
8.МельниковИ.И.,Разработкаинвертныхэмульсийсразличной
активностью водной фазы для бурения в неустойчивых глинистых породах и
вскрытия продуктивных пластов на месторождениях Северного Сахалина:
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / И.И.
Мельников. – Москва, 1984. – 156с.
9.Кравчук М.В., Близнюков В.Ю., Уляшева Н.М., Логачев Ю.Л. Опыт
моделирования рецептуры утяжеленного бурового раствора на углеводородной
основе с заданными технологическими параметрами // Строительство
нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2016. – № 2. – С. 19-23.
10.Арсланбеков А.Р., Лутфуллин А.А., Меденцев А.В., Мосин В.А., Королев
А.В. Вскрытие гидрофобных коллекторов c использованием буровых растворов
на углеводородной основе // Бурение и нефть. – 2014. – № 9. – С. 29-32.
11.Волков А.А., К вопросу разрушения стабильных водонефтяных эмульсий
/ А.А. Волков, В.Д. Балашова, О.Ю. Коновальчук // Нефтепромысловое дело. –
2012. – №5. – с.40-42.
12.Тирон Д.В, Совершенствование технологии эмульсионных растворов для
бурения скважин в условиях повышенных забойных температур: дис. на соиск.
учен. степ. канд. техн. наук (25.00.15) / Тирон Денис Вячеславович; УГТУ. –
Ухта, 2017. – 114с.
13.Кравчук М.В., Обоснование и разработка технологических параметров
бурового раствора на углеводороднойоснове для бурения наклонно-
направленных скважин гидромониторными долотами: дис. на соиск. учен. степ.
канд. техн. наук (25.00.15) / Кравчук Михаил Владимирович; УГТУ. – Ухта,
2017. – 122с.
14.Шамсутдинов, Р.Д. Применение волокнистых наполнителей в инвертно-
эмульсионных растворах для повышения качества капитального ремонта
скважин: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических
наук / Р.Д. Шамсутдинов. – Уфа, 2002.
15.Токунов, В.И. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы / В.И.
Токунов, И.Б. Хейфец. – М.: Недра, 1982. – 268 с.
16.Токунов, В.И. Технологические жидкости и составы для повышения
продуктивности нефтяных и газовых скважин / В.И. Токунов, А.З. Саушин. –
М.: Недра-Бизнесцентр, 2004. – 711 с.
17.Абрамзон, М.Г. Справочник по механическим и абразивным свойствам
горных пород нефтяных и газовых месторождений / М.Г. Абрамзон, Б.В.
Байдюк Б.В. – М.: Недра, 1984. – 207 с.
18.Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии / С.С. Воюцкий. – М.: Химия,
1964. – 574 с.
19.Кремнев, Л.Я. Об устойчивости эмульсий / Л.Я. Кремнев, Л.А.
Никитечкина, А.А. Равдель // ДАН СССР. – 1963. – т. 152. – С. 372-377.
20.Кремнев, Л.Я. Основные принципы образования высокоустойчивых
концентрированных эмульсий / Л.Я. Кремнев // Коллоидный журнал. – 1948. –
т. 18. – № 1. – С. 18-24.
21.Ребиндер, П.А. Современные проблемы коллоидной химии / П.А.
Ребиндер // Коллоидный журнал. – 1958. – т. 20. – № 5. – С. 527-539.
22.Шетнев Н.М., Гурвич Л.М., Булина И.Г. и др. Применение композиций
ПАВ при эксплуатации скважин/.- М.: Недра, 1988. – 184 с.: ил.
23.Сюняев З. И., Р. 3. Сюняев Р. 3., Сафиева 3. И. Нефтяные дисперсные
системы.- М : Химия, 1990.- 226 с.
24.Кремнев Л.Я. Об устойчивости эмульсий. // ДАН СССР, 1963, т. 52, № 2.
-120- 160 с.
25.Алмерс В. / Стабильность эмульсии воды в нефти. // J. Colloid. Sei., 1959,
v. 14. -510 р.
26.Воюцкий C.C. / О причинах агрегативой устойчивости эмульсий. //
Успехи химии, 1961, т. 30, № 3, -1100-1200 с.
27. Глущенко В..Н., Орлов Г.А., Мусабиров М.Х. Исследование фильтратов
обратных эмульсий, стабилизированных ЭС-2// Нефть и газ. пром-с, 1987.- №
2. -40-42 с.
28. Глущенко В.Н., Кендис М.Ш., Вакулко Т.Е., Орлов Г.А. Влияние вязкости
углеводородной среды и объемного соотношения на свойства обратных
эмульсий.- Нефтяное хоз-во.- 1985.- № 7.- 45-48 с.
29.Глущенко В.Н., Кендис М.Ш., Орлов Г.А. Влияние объемного содежания
фаз на свойства обратных эмульсий// Нефт. и газ. пром-сть.- 191 № 2. -35-38 с
30.Мухин, Л.К. К вопросу оценки агрегативной устойчивости гидрофобных
эмульсий / Л.К. Мухин, А.Г. Розенгафт // Нефтяное хозяйство, 1974. – №3. – С.
15-17.
31.Chenevert M.E. Oil base mud ballanced activity of water face for the drilling
of caving schale. – J. of Petrol Techn. 1970, №10, p. 1309-1316.
32.ANSI/API 13I/ISO 10416 Recommended Practice for Laboratory Testing of
Drilling Fluids // American petroleum institute, 2004. – 137 p.
33.Instruction manual «Electrical Stability Meter» #131-50, updated 12/10/2015,
ver. 3.0. OFI Testing Equipment, Inc.
34.Instruction manual «Model 800 Viscometer» #130-76-C, updated 8/10/2015,
ver. 8.0. OFI Testing Equipment, Inc.
35.Григорьев М.С., Сидоров Д.Н., Власов Е.Н., Королев А.В., Рябцев П.Л.
Разработка рецептуры РУО UNIDRIL для бурения скважин с АВПД в Ямало-
Ненецком автономном округе // Бурение и нефть. – 2017. – № 3. – С. 46-48.
36.Минаева Е.В., Неделько Е.С., Скотнов С.Н., Яровенко О.И., Вафин Р.Ф.,
МалаховаР.Д.Разработкаивнедрениеутяжеленныхрастворовна
углеводородной основе. РУО с «плоским» реологическим профилем для
первичного вскрытия продуктивных горизонтов с АВПД // Нефть. Газ.
Новации. – 2014. – № 9 (188). – С. 30-33.
37.Ильясов С.Е., Попов С.Г., Окромелидзе О.В., Нацепинская А.М.,
Гребнева Ф.Н. Эмульсионные буровые растворы – тенденции развития
технологии // Территория Нефтегаз. – 2011. – № 11. – С. 14-17.
38.Яновский В.А., Чуркин Р.А., Андропов М.О., Косова Н.И. Синтез и
исследование свойств эмульгаторов обратных эмульсий на основе производных
кислот дистиллята таллового масла и этаноламинов // Вестн. Том. гос. ун-та. –
2013. – № 370. – С. 194–199.
39.Yanovsky V.A., Andropov M.O., Fakhrislamova R.S., Churkin R.A., Minaev
K.M., Ulyanova O.S. Rheological properties of inverse emulsions stabilized by
ethanolamides of tall oil fatty acids // MATEC Web Conf. –2016. – Vol. 85. – P. 1-7.
40.Minaev K., Epikhin A., Novoseltsev D., Andropov M., Yanovsky V., Ulyanova
O. Research of inverted emulsions properties on the base of new emulsifiers // IOP
Conf. Ser. Earth Environ. – 2014. – Vol. 21. – P. 1-6.
41.Maag H. Fatty Acid Derivatives: Important Surfactants for Household,
Cosmetic and Industrial Purposes // Journal of the American Oil Chemists’ Society.
– 1984. – V. 61. – № 2. – P. 259–267.
42.Должностная инструкция лаборанта (электронный ресурс). Режим
доступа: свободный. URL: https://hr-portal.info/job-description/dolzhnostnaja-
instrukcija-laboranta (дата обращения: 02.05.2019).
43.”Трудовой кодекс Российской Федерации” от 30.12.2001 N 197-ФЗ (ред.
от 01.04.2019).
44.Приказ Минтруда России от 09.12.2014 № 997н “Об утверждении
Типовых норм бесплатной выдачи специальной одежды, специальной обуви и
других средств индивидуальной защиты работникам сквозных профессий и
должностей всех видов экономической деятельности, занятым на работах с
вредными и (или) опасными условиями труда, а также на работах, выполняемых
в особых температурных условиях или связанных с загрязнением”.
45.Федеральный закон “О специальной оценке условий труда” от 28.12.2013
N 426-ФЗ.
46.Постановление Кабинета Министров СССР от 26.01.1991 N 10 (ред. от
02.10.1991) “Об утверждении Списков производств, работ, профессий,
должностейипоказателей,дающихправональготноепенсионное
обеспечение”.
47.ГОСТ 12.2.049-80 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Оборудование производственное. Общие эргономические требования.
48.Инструкция № 13-107 по охране труда для работающих с химическими
веществами. Научно-инновационная лаборатория «Буровые промывочные и
тампонажные растворы».
49.СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 Гигиенические требования к естественному,
искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.
50.СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений.
51.ГН 2.2.5.686-98 Предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных
веществ в воздухе рабочей зоны.
52.ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Электробезопасность.Предельнодопустимыезначениянапряжений
прикосновения и токов;
53.ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и
номенклатура видов защиты.
54.ПНД Ф 12.13.1-03 Методические рекомендации. Техника безопасности
при работе в аналитических лабораториях (общие положения).
55.Правила устройства электроустановок. Седьмое издание.
56.СП52.13330.2016Естественноеиискусственноеосвещение.
Актуализированная редакция СНиП 23-05-95.
57.ГОСТ 12.4.011-89 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Средства защиты работающих. Общие требования и классификация.
58.СП 60.13330.2012 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.
59.ГОСТ 17.1.3.06–82. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к
охране подземных вод.
60.РД 51-1-96 Инструкция по охране окружающей среды при строительстве
скважин на суше на месторождениях углеводородов поликомпонентного
состава, в том числе сероводородсодержащих.
61.ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Пожарная безопасность. Общие требования (с Изменением №1).
62.НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружных
установок по взрывопожарной и пожарной опасности.
63.Kenny P. Ester-based muds show promise for replacing some oil-base muds //
Oil & Gas Journal, 1993, – Nov. 8, – pp. 89-91.
64.103. Oil-based muds and Synthetic-based muds: Formulation, Engineering,
Field habits and Recommendations. Official manual of Halliburton Company, 2011.
65.104. Omland, T.H. Detection Techniques Determining Weighting Material Sag
in Drilling Fluid and Relationship to Rheology / T.H. Omland, A. Saasen, P.A.
Amundsen // Annual transactions of the Nordic rheology society, vol. 15, 2007.
66.105. Petroleum Geology of the Cusiana Field, Llanos Basin Foothills,
Colombia; AAPG Bulletin, v. 79, no. 10, 1995, p. 1444-1463.
67.106. Schlumberger Company [Электронный ресурс]. – G., 2013.- Режим
доступа: http://slb.com.
68.107. White W., McLean F. Better practices and synthetic fluid improve drilling
rates // Oil & Gas Journal, 1995, – Feb. 20, – pp. 43-46.
69.108. Zamora, M. Taming of the Shoe / M. Zamora // American association of
drilling engineers, 2011, p. 1-7.
70.Becker T. Correlations for Drill-Cuttings Transport in Directional-Well
Drilling. PhD thesis, University of Tulsa, 1987.