Оптимизация рецептур буровых растворов с применением понизителей фильтрации на основе карбоксиметиловых эфиров крахмала и целлюлозы

Объектами исследования являются современные системы пресных и минерализованных полимер-глинистых буровых растворов, содержащих понизители фильтрации на основе карбоксиметилированной целлюлозы и крахмала. Целью магистерской диссертации является оценка возможности замещения понизителей фильтрации на основе КМЦ/ПАЦ на карбоксиметилированный крахмал с высокой степенью замещения с сохранением или улучшением технологических свойств бурового раствора. Результатом работы стала комплексное исследование синтезированных образцов карбоксиметилкрахмала с различными степенями замещения, показавшее, что образцы могут демонстрировать свойства, сопоставимые с эфирами целлюлозы. Полученные результаты имеют перспективы применения в нефтегазодобывающей отрасли.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 12
1 Современное состояние практики получения и применения
карбоксиметилированных полисахаридных реагентов в буровых растворах …. 13
1.1 Применение полисахаридных реагентов в буровых технологических
жидкостях ………………………………………………………………………………………………….. 13
1.2 Механизм фильтрации бурового раствора …………………………………………….. 17
1.3 Обзор применяемых полисахаридов ……………………………………………………… 20
1.4 Методы модификации эфиров целлюлозы и крахмала для нужд
нефтегазовой отрасли …………………………………………………………………………………. 24
1.5 Выводы и постановка цели и задач исследования ………………………………….. 30
2 Методики, приборы и оборудование экспериментальных исследований ……. 31
2.1 Методики приготовления модельных буровых растворов ……………………… 31
2.1.1 Порядок приготовления полимер-глинистого раствора ……………………… 32
2.1.2 Порядок приготовления минерализованного полимер-глинистого
раствора ……………………………………………………………………………………………………. 32
2.2 Методики измерения реологических параметров модельных буровых
растворов …………………………………………………………………………………………………… 33
2.2.1 Определение реологических параметров с помощью вискозиметра
OFITE 900 ………………………………………………………………………………………………… 34
2.2.2 Определение реологических параметров с помощью вискозиметра
OFITE 1100 ………………………………………………………………………………………………. 36
2.3 Методики измерения фильтрационных параметров модельных буровых
растворов …………………………………………………………………………………………………… 37
2.3.1 Определение показателя фильтрации с помощью фильтр-пресса OFITE
низкого давления………………………………………………………………………………………. 38
2.3.2 Определение показателя фильтрации с помощью тестера
проницаемости тампонирующего раствора (PPT)………………………………………. 39
2.4 Методика измерения водородного показателя pH модельных буровых
растворов …………………………………………………………………………………………………… 42
3. Исследование технологических свойств буровых растворов на основе
карбоксиметилированных полисахаридных реагентов………………………………….. 44
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение……. 66
4.1 Расчет продолжительности исследований ……………………………………………… 66
4.2 Расчет сметной стоимости исследования ………………………………………………. 70
4.2.1 Расчет материальных затрат на исследования ……………………………………. 70
4.2.2 Расчет затрат на электроэнергию и коммунальные услуги …………………. 72
4.2.3 Расчет затрат на выплату заработной платы и страховые отчисления … 73
4.2.4 Формирование бюджета затрат НИП ………………………………………………… 74
4.3 Определение эффективности исследовательского проекта …………………….. 75
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 76
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. ……….. 77
5.1.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства. ……………. 77
5.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………………… 78
5.2 Производственная безопасность. …………………………………………………………… 79
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования. …………………………………………………………………………………………… 80
5.2.2. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований. ……………………………………………… 80
5.2.3 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия опасных
и вредных факторов на исследователя (работающего) ……………………………….. 84
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………………. 87
5.3.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду. ………… 87
5.3.2. Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду. ………. 87
5.3.3. Обоснование мероприятий по защите окружающей среды. ………………. 88
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………. 89
5.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований. …………………………………………………………………………………………… 89
5.4.2. Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований. ………………………………………………………………………… 89
5.4.3. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС. ………………………………………….. 89
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 92
Список публикаций студента ……………………………………………………………………….. 93
Список литературы ……………………………………………………………………………………… 94
ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………….. 98

В настоящее время значительный объем проектов по строительству
скважин включает в себя применение пресных и минерализованных полимер-
глинистых буровых растворов, в которых для регулирования фильтрационных
свойств применяются модифицированные полисахаридные реагенты на основе
эфиров крахмала и целлюлозы. На свойства реагентов оказывает влияние
качество исходного сырья, степень и равномерность замещения, применение
специальных добавок при их изготовлении и содержание примесей в конечном
продукте. Критически важно придавать буровому раствору такие
технологические свойства, чтобы в процессе бурения интервалов
образовывалась плотная и низкопроницаемая фильтрационная корка, с целью
снижения фильтрации и потери раствора. Поддержание фильтрации и
проницаемости корки на минимально возможном уровне – ключевое
требование, предъявляемое к реагентам.
Результаты исследований показали, что карбоксиметилированный крахмал
с высокой степенью замещения имеет высокие перспективы для применения в
нефтегазодобывающей отрасли в качестве понизителя фильтрации для полимер-
глинистых растворов. Благодаря техническим свойствам, проявляемым в
буровом растворе, КМК может составить конкуренцию реагентам на основе
эфиров целлюлозы за счет более экономичных способов синтеза. В ближайшее
время в данном направлении будет стоять актуальная задача – повысить
эффективность методов получения карбоксиметилкрахмала с высокой степенью
замещения при сохранении конкурентных преимуществ.
Список публикаций студента
1. Сухарев М. А. Полимерглинистые буровые растворы на основе
полисахаридов / М. А. Сухарев, А. С. Захаров, Р. Р. Сагитов ; науч. рук. К.
М. Минаев // Проблемы геологии и освоения недр : труды XXI
Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и
молодых ученых, посвященного 130-летию со дня рождения профессора М.
И. Кучина, Томск, 3-7 апреля 2017 г. : в 2 т. — Томск : Изд-во ТПУ, 2017. —
Т. 2. — [С. 530-532].
2. Буровой раствор с содержанием высокозамещенного
карбоксиметилированного крахмала: патент Рос. Федерация №2017145123;
заявл. 21.12.2017; опубл 10.10.2018.