Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в технологиях нефтедобычи
находят все большее применение методы разобщения пластов, ограничения
межпластовых перетоков, крепления скважин с помощью так называемых
набухающих пакеров. В таких устройствах уплотнительный элемент изготовлен
из резины, способной увеличиваться в объеме вследствие набухания в
определенных жидкостях (в воде или в нефти). Также наблюдается тенденция
применения для герметизации стыков в водопроводах, запорной арматуре, в
сборных железобетонных конструкциях, в системах вентиляции и
кондиционирования воздуха и других областях материалов, способных расширяться при контакте с водой.
Все чаще на замену резиновым композициям приходят композиции на основе термопластичных полимеров – динамические термоэластопласты (ДТЭП) или термопластичные вулканизаты (ТПВ). Подобные материалы имеют ряд преимуществ: они позволяют создавать полностью автоматизированные процессы производства, отличающиеся повышенным энергосбережением, а также способны к многократной переработке без ухудшения их свойств. Все это обеспечивает снижение себестоимости готовой продукции.
В то же время при монтаже изделий подобного типа встает вопрос о регулируемом времени их набухания. Чаще всего необходимо отложить начало процесса набухания или замедлить его скорость.
В этой связи целью работы является создание динамических термоэластопластов с регулируемой скоростью набухания в водных и нефтяных средах.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
разработка водо- и нефтенабухающих полимерных композиционных материалов и изучение их сорбционных свойств;
определение деформационно-прочностных свойств разработанных материалов;
определение зависимостей набухания композиций от температуры и давления;
поиск пути регулирования скорости набухания разработанных материалов в водных и нефтяных средах;
выпуск опытно-промышленной партии водонабухающего материала;
анализ эффективности работы изделий из полученных ТПВ в реальных условиях эксплуатации.
Научная новизна работы. Созданы термопластичные вулканизаты, способные регулируемо (поверхностно или объемно) набухать до заданных значений, как в пластовой воде, так и в нефти.
Впервые в качестве метода, позволяющего регулировать (замедлять) набухание ТПВ в жидких средах, использован перевод композиции в электретное состояние, и выявлена зависимость скорости набухания ТПВ от величины его электретных характеристик.
Практическая ценность работы. На ЗАО «КВАРТ» по технологическим и рецептурным рекомендациям КНИТУ выпущена опытно-промышленная партия водонабухающего ТПВ под маркой ДТЭП-Ш в объеме 5000 кг, стоимостью 1
4 220 000 руб., рентабельность выпущенной продукции составила 10%. Из полученной партии ТПВ были изготовлены пакеры, внедрение которых на скважинах 8 нефтедобывающих компаний Республики Татарстан позволило уменьшить обводненность нефти в среднем в 2,6 раз.
Положения, выносимые на защиту:
влияние состава ТПВ на его сорбционные свойства;
влияние электретного состояния на скорость набухания ТПВ в водных и нефтяных средах.
Достоверность результатов и методология исследования. Достоверность результатов и выводов исследования обеспечена большим объемом не противоречащих между собой экспериментальных данных, полученных различными методами исследования полимеров и композиций на их основе. Для получения образцов использовали смешение полимеров в расплаве, горячее прессование, электретирование в коронном разряде, для анализа их свойств использовали золь-гель анализ, ДСК, ИК-спектроскопию, метод периодического экранирования приемного электрода, измерение краевого угла смачивания.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2009), Всероссийской научно-технической и методической конференции «Современные проблемы технической химии» (Казань, 2009), XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009» (Москва, 2009), Х научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2011), Всероссийской 46-ой научной студенческой конференции «Россия. Наука. Университет» (Чебоксары, 2012), Всероссийской 51-й научной студенческой конференции по техническим, гуманитарным и естественным наукам (Чебоксары, 2017), VIII Научной конференции молодых ученых «Инновации в химии: достижения и перспективы» (Москва, 2017), IV Международной молодежной научной конференции «ФТИ-2017» (Екатеринбург, 2017).
Личный вклад автора состоит в сборе и анализе представленных в научной литературе данных по теме исследования, участии в формулировке проблематики работы и ее решении, в постановке экспериментов, обсуждении и оформлении полученных результатов в виде публикаций и диссертации, в формулировании выводов по проделанной работе.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для размещения результатов диссертаций, 2 статьи в источниках, входящих в международную реферативную базу данных Scopus, 6 тезисов докладов международных и всероссийских конференций.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, госзадание 10.1718.2017/174 от 21.05.2017 г.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 109 страниц основного машинописного текста, в том числе 28 таблиц, 31 рисунок, 2 Приложения. Библиографический список включает 121 наименование.