Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛШЫ. Возысстость решенпя вазных техно-гогаческах задач добычи а транспорта нефти связана о нсполъзо-ванаец вязко-упругах поднызряых Епдкостей. Такяэ вязко-упругпв сзотеии оОладвют многими полозятвльныыи свойствами, благодаря своему специфическому реологическому поведению п находят широкое применение в различных отраслях науки п техники.
Вязко-упругие гндкостп иогут найти широкое применение в трубопроводной транспорте нефти. Надегная и бесперебойная вкс-плуатация цагиотральных нефтепроводов требует проведения периодических операцнйг гидравлических испытаний (опрессовок), очистки внутренней полости от парафиновых отложений, газовых а водонефтяных скоплений. Существухщйе технические сродства на решают поставленных задач, из-за своей слохности, громоздкости п малой надежности.
В настоящее время наиболее известными вязко-упругими системами являются полимерные жидкости на основе водо- или пефте-растворимих полимеров. Учитывая, дешевизну и доступность вода, как растворителя, а-полиакриламида (ПАА), как полимера, выбор был оделен на ату систему.
В литературе довольно подробно описаны свойства разбавленных растворов ПАА, но концентрированные растворы и гели ПАА изучены недостаточно.
Для решения поставленных научных и практических задач неф-тепроводного транспорта требуется подробное изучение слошого комплекса реологических (механических, структурно-механических) свойств растворов и гелей полимеров, а именно, структурированных систем.
Поэтому, углубление наших знаний о свойствах концентрированных растворов и гелей ПАА является актуальной научно-технической задачей. Как показывает анализ имеющейся литературы, в
і решение отой задачи опрэделяпцую роль мояет сыграть изучение {изико-химичееких свойств концентрированных раотвороа и геле* долнахрилпиида.
Работа выполнена в соответствия о славой научно-иооледава-тельских работ ИХН СО РАН и является составной частью программы "Сибирь'', блок 1, Зшадно-Сибнрский нефтегазовые комплекс и Целевой территориально-отраслевой научно-техничеокоа прог— граммы "Нефть и газ".
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась в разработке полимерных композиций для трубопроводного транспорта вефтв на основании изучения раолоютеокпх в поверностных свойств водных растворов а гелей ПАА, определении оптимальных концентрации и температур, позво-дязщях применять их в транспорте нефти.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА Впервые ва примера ПАА проведены систематические, сравнительные исследования физико-химических в реологических свойств растворов и гелей в широкой концентрашкш-нсм и температурной интервалах.
Установлены критические концентрация я молекулярная масса, по достиаении которых наблддазтоз образованна флуктуаця-оннси сетки зацеплений.
Показано, что поведение макромолекул ПАА в растворах подчиняется универсальному поведена», которое нарушается о началом процесса гелеобразоваяая.
Впервые, методой ЯМР и реокинетнка иоследозааа квнзкка гелеобразования ПАА; установлены оптимальные условия гелэоб-разсвания.
Показано, что образующийся гель предотавляет собой про-отранствошшй каркас, помещенный в раствор макромолекул, где всегдп имеется какая-то часть подвижных молекул и ота сиотема находится в динамической равновесна.
Определены константы скорости гелеобразования и коэффициенты самодиффуэии в реетвораї и гелях.
Показана связь реокинетических характеристик растворов и гелей с их поверхностными свойствами.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Полученные количественные данные по физико-химическим и реологическим свойствам растворов и гелей ПАА, как и обнаруженные закономерности могут быть использованы для интерпретации механизма гелеобразования и поиска систем с лучшими вязкоупругими свойствами, а также для оперативного контроля технологических параметров вязко-упругих систем я науке и промышленности.
Разработана и рекомендована к виедреішю в нефтяной промышленности технология применения полимерных гелей в трубопроводном транспорте нефти.
АПРСКАЩЯ РАБОТЫ. Основное содержание работы докладывалось и обоуадвлось на Всесоюзных школах-семинарах по проблемам трубопроводного транспорта (Уфа, 1986, 1997, 1988, 1991 г.), Международном семинаре "Проблемы сбора, подготовки и магистрального транспорта нефти" (Уфа, 1988г.), Международной конференции по'химии нефти (Томск,1991г.), на Региональной научно-практической конференции "Ускорение научно-технического . прогресса в нефтяной и газовой промышленности." (Томск, 1990 г.), на Всероссийской научно-практической конференции "Контроль герметичности магистральных трубопроводов и проблемы вколоти" (Томск, 199?г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы изложено В 13 печатных работах.
ОБЫЗЛ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация содержит 169 страниц машинописного текста, включая 26 рисунков, 12 таблиц, описок литературы из 150 наименований и состоит из введения, пяти
глаз и щзнлсезнкл.
В первой главе дан анализ литературных данных о применении полимеров в процессах добычи и транспорта нефти, о проблемах трубопроводного транспорта нефти и возможных путях их решения-
Вторая глава содеркит описание объектов и методов исследования.
Третья - посвящена исследованию реологических п структурно-механических свойств растворов и гелей ПАА.
В четвертой главе приведены данные исследовании о трансляционной подвижности и кинетике гелеобразования.
В пятой главе представлены результаты изучения поверхностных свойств растворов и гелей ПАА и поверхностных явлений на граница нефть/раствор полимера.