Магистерский диплом (ВКР) на тему Исследование и разработка принципиальной технологии получения аналогов ксантановых смол на основе крахмала

Содержание:

Введение:

Актуальность
темы: Интенсификация процессов нефтегазодобычи неразрывно
связана с совершенствованием бурового оборудования и буровых растворов,
используемых для бурения, цементирования проходки, заканчивания скважин и
вторичного вытеснения флюидов из продуктивных пластов.

Одним из перспективных направлений в этой
области считается создание и применение «умных» полимерных материалов,
позволяющих регулировать комплекс технологических свойств растворов в
зависимости от назначений и условий применения. Исследования в этой области
ведутся во всех нефтегазодобывающих странах мира. Разработаны классы
промывочных, тампонажных растворов и растворов для вторичного вытеснения
флюидов на водной и углеводородной основе. Большинство этих многокомпонентных
систем, содержащих полимерные материалы, позволяют регулировать тиксотропные,
реологические физико-химические и ряд других технологических свойств буровых
растворов.

Практика применения полимерных материалов
для интенсификации нефтегазодобычи показывает, что многие технологические
свойства полимеров связаны с их молекулярной и надмолекулярной структурой, а
также характером их межмолекулярного взаимодействия. Условия эксплуатации
растворов в пресной и жесткой воде, при умеренно высоких и низких температурах
указывает на эффективность применения биополимеров на основе ксантановых смол,
продуцируемых штаммами Xanthomonas campestris.

Объектом исследования являются
высокомолекулярные полисахариды и их структурированные производные, которые
могут успешно заменить дорогостоящие (XC-полимеры), в качестве полимерных
материалов для буровых растворов. Это в первую очередь связано с их молекулярным
и микростроением. Разработка экономически выгодных технологий получения
полимеров с молекулярной, надмолекулярной и микроструктурой, способных
функционировать в пресной и морской воде в присутствии поливалентных ионов и
низких температур на базе искусственных и синтетических полимеров является
актуальной задачей для нефтегазодобывающего комплекса.

Целью
работы: является
анализ особенностей структурного строения и состава ксантановых смол,
определение их влияния на реологические свойства буровых растворов на водной
основе и разработка принципиальных подходов создания искусственных полимеров
аналогов.

Для достижения поставленной цели требуется
решение следующих задач:

1) Изучить
химическое и молекулярное строение (XC-полимеров);

2) Сформулировать
требования к молекулярной структуре и микростроению полимеров аналогов;

3) Представить
схему протекания реакции, выбрать реагенты и установить технологические
параметры процесса, обеспечивающих образование трехмерных структур с заданными
размерами;

4) Исследовать
зависимость влияния температуры и концентрации водных растворов крахмала на
изменение их размера частиц и структуры;

5) Определить
основные реологические свойства композиций, состоящих из растворов
структурированного и нативного крахмала с добавками;

6) Предложить
принципиальный подход для создания микроструктур сшитых полисахаридов;

7) Разработать
принципиальную технологическую схема для реализации процесса получения 3-х
мерных структур.

Научная
новизна: предложен механизм функционирования микроструктур
сшитого полимера и его композиций с линейными и разветвленными структурами за
счёт образования водородных и комплексных связей в водных средах.

Разработан способ получения микроструктур
сшитых полимеров, на основе крахмала, позволяющий регулировать размер
микросфер, изменяя концентрацию раствора.

Практическая
значимость: механизм функционирования получаемых
микроструктур возможно использовать и для синтетических и искусственных
полимеров для регулирования реологических свойств буровых растворов.

Апробация: результаты исследований  обсуждались на 54-ой и 55-ой внутривузовских
конференциях ВолгГТУ (2017-2018 гг.), на Международной научной конференция
студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 10-14 апреля
2017 г.), на смотре-конкурсе научных, конструкторских и технологических работ
студентов ВолгГТУ (16-20 апреля 2018 г.)

Объем и структура работы: магистерская диссертация содержит 60
страниц текста, 21 рисунок, 5 таблиц, работа состоит из введения, трех глав,
выводов и списка использованных источников (77 источников).

Заключение:

В результате проведенного диссертационного
исследования можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что эффективное применение
ксантановых смол в качестве полимерных добавок в буровые растворы обусловлено
их молекулярной структурой и микростроением, включающим сшитые оболочки
бактерий размером 0,4 – 1,8 мкм, разветвлённые и линейные полисахариды.

2. Показано, что требуемый размер частиц
структурированного крахмала достигается при обработке 20 % (масс.) водного
раствора крахмала при 145 – 150 °С, давлении 4,5 – 5 атм. в течение 30 минут.

3. Найдено, что при использовании
структурированного крахмала в присутствии тетрабората натрия возможно
регулировать реологические свойства буровых растворов в пределах сопоставимых с
ксантановой смолой. Растворы с использованием таких структур можно использовать
при проходке, заканчивании скважин и вторичного вытеснения флюидов продуктивных
пластов.

4. Реологические свойства растворов
структурированных полимеров и их композиций незначительно меняются от ионного
состава водно-солевых растворов.

5. Предложена принципиальная технологическая
схема процесса получения структурированного крахмала.

Фрагмент текста работы:

1. Назначение, функции, свойства и
требования, предъявляемые к промывочным жидкостям (аналитический обзор) В первых нефтяных скважинах буровой
раствор (промывочная жидкость) отсутствовал вовсе. Только в 1846 году
французским инженером М. Фовеллем был предложен способ непрерывной очистки
скважин, т.е. промывка [1]. Первоначальным раствором являлась жидкая грязь,
образующаяся при бурении. Дальнейшая хронология развития буровых растворов
включает появление и модификацию глинистых, силикатно-натриевых, известковых
растворов, а также жидкостей на основе крахмала, нефти, гипса, солей, акриловых
полимеров.

«Буровой раствор» – это многокомпонентные
системы сложного состава, зависящего от геолого-технических, климатических
условий бурения, а также от стадий разработки месторождений нефти или газа и
динамики их добычи. Нет универсальных буровых растворов, все они отличаются
составом, свойствами и областью применения. [2]. 1.1 Функции, классификации и параметры
буровых растворов Эволюция буровых промывочных жидкостей шла
долгим путем совершенствования состава и технологией применения в соответствии
с развитием и усложнением технологии бурения скважин от «буровой грязи» до
сложных многокомпонентных систем с регулируемыми физико-химическими и
технологическими свойствами.

В функции современного
бурового раствора входит множество задач, важных при извлечении нефти и газа.
Буровой раствор служит как носитель тепля, отводя тепло от бурильных труб и
долот, а также обеспечивает их смазывание; очищает забой скважины; обеспечивает
унос обломков породы из скважины; формирует на стенках скважины слой,
препятствующий перетоку; предотвращает обвалы; увеличивает качество вскрытия
продуктовых пластов;