CC BY
38
УДК 546.123
3. Э. Эльдарова, Б. Ю. Гаматаева
Махачкалинский многопрофильный лицей №39, Махачкала, Россия Дагестанский государственный педагогический университет, Махачкала, Россия
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СМАЗКИ ДЛЯ ТРУБ ГЛУБОКОГО БУРЕНИЯ НЕФТЕСКВАЖИН
The paper describes one of the directions of scientific research in the development of innovative high-temperature lubricants for deep drilling pipes for oil and gas fields. This article contains information from a choice of salt composition with certain characteristics of lubricants to the ftiture development of promising material. In a pilot study of the salt system of lithium sulfate and strontium sulfate.
В работе освешается одно из направлений научного поиска в области разработок нетрадиционных высокотемпературных смазок для 'Груб глубокого бурения на нефтегазовых месторождениях. Статья содержит информацию от выбора солевых композиций по определенным кри териям будущих смазок до разработки перспективных материалов. В экспериментальной части изучена солевая, система из сульфата лития и сульфата, стронция.
Изучение структуры и свойств сульфатов, которые обладают высокой вязкостью, плотностью и температурой плавления, является одним из наиболее актуальных на сегодняшний день направлений химических исследований [1;3]. Использование таких сульфатов очень перспективно при изготовлении высокоэффективных смазок и флюсов для труб глубокого бурения нефтескважин. Поэтому практическая значимость применения последних при разработке месторождений нефти и газа в шельфовой зоне Каспийского моря и на других территориях Дагестана весьма очевидна [2].
Рис.1. Схема установки для визуально-политермического анализа: I - нагреватель, 2 - сосуд Дыоара, 3 -тигель, 4 - измерительные термопары, 5 - микровольтметр, 6 - осветитель.
Одним из перспективных направлений исследования при этом является поиск веществ и материалов, которые обладают высоким потенциалом разложения, высокой плотностью и вязкостью, термической стойкостью,
— 700
Рис. 2. Фазовая диаграмма реакций в системе (. I; >10 4 ж-жидкая фаза
низкой температурой плавления и т.д. Эти свойства наиболее полно сочетаются в индивидуальных фосфатах, боратах щелочных и щелочно-земельных металлов, их многокомпонентных системах.
-600
Sr.SC),
100
Информационно-логической базой поиска послужили топологические модели фазовых диаграмм многокомпонентных систем, построение которых возможно на основе физико-химического анализа веществ с регламентируемыми свойствами. Для изучения процессов фазообразования в бинарной системе использован визуально-политермический анализ (рисунок 1). Фазовый состав новых соединений определялся на основе рентгенофазо-вого анализа. Сущность этого метода заключается в визуальном наблюдении за появлением первых кристаллов, которые выделяются при охлаждении, а также за исчезновением последних кристаллов. Одновременно регистрируется температура.
В работе использовались платиновые тигли, платиновая мешалка,
шахтная электрическая печь с максимальной температурой 1100-1150°С. Результатом эксперимента явилось образование шести новых бинарных соединений. Все эти соединения характеризуются как кашонные комплексы с общим анионом. Последние образуются по реакциям твердообразного соединения между сульфатами лития и стронция, которые последовательно отражены в схеме:
пи28СХ| + тЗгБСи ~> иь8гт(804)п + ш, где: п = 1; 2; 4; 7 для т = 1; п = 3 для га = 2. Диапазон температуры реакций, согласно данным фазовой диаграммы, составляет 540-750°С (рису-, нок 2).
Табл. 1. Характеристики нонвярнаитнмх точек (НВТ) системы 1л2804 - ЭгвОа
Характер НВТ (пл.,"С Состав, мол. % Кристаллизующиеся фазы
1Л2804 | 8Г304
Эвтектика (е() 559 57,5 42,5 05+04
Эвтектика (е2) 556 62.5 37,5 о4 +о<
Эвтектика (е3) 566 70,0 30,0 о3 + а,
Эвтектика (е,,) 577 77.5 22,5 02 + Оз
Эвтектика (е3) 584 82,5 17,5 0,1-Ог
Эвтектика (е6) 595 90,0 10,0 и2804+Ю|
Эвтектика (е7) 670 55,0 45,0 06+-8Г804
Дистектика (0|) 614 87,5 12,5 о.
Дистектика (03) 610 80.0 20,0 О,
Дистектика (Ц7) 600 75,0 25,0 21
Дистектика (04) 684 66,7 33,3 »4
Дистектика (Р5) 688 60,0 40.0 Оз
Дистектика (06) 760 50,0 50,0 0«
Идентификация новых фаз проведена методом рентгенофазового анализа путем предварительного отжига исходных соотношений компонентов и выдержки их в течение 20-40 часов с последующим снятием рентгенограмм и их сравнением с состояниями индивидуальных сульфатов лития и стронция. Фазовые равновесия в системе представлены только эвтектическими процессами кристаллизации фаз. Первичные линии кристаллизации (солидуса) пересекаются с вторичными линиями (ликвидуса) в семи нонва-риантных точках эвтектического характера плавления (е|-е?). На диаграмме также отражены шесть точек дистектики Ф]-1)б), характеризующие температуры плавления новых бинарных комплексов (таблица 1). В результате поверхность ликвидуса системы предстала в виде полей восьмифазной кристаллизации. Две из этих фаз относятся к исходным компонентам, а шесть -к новым соединениям.
Возможность и целесообразность использования того или иного материала в качестве высокотемпературных смазок и флюсов может быть установлена после тщательного изучения его физико-химических свойств и технологических характеристик, что является задачей следующего этапа наших исследований. Наиболее важными свойствами их являются плотность (р), теплота фазового перехода (АНг) и энтропия фазового перехода (А8г),
которые приведены в таблице 2. Изучение физико-химических свойств данных расплавов показал, что они также обладают более высокой плотностью и теплосодержанием, чем исходные соли.
В работе делается вывод, что расплавы (эвтектические и дистектиче-ские) системы ЦзЗО-г-ЯгёС^ перспективны в качестве высокотемпературных (св. 560°С) флюсов и смазок для труб глубокого бурения.
Табл. 2. Физико-химические свойства расплавов
ХарактерНВТ ! Т. К 1 кДж/кг-К Л 11 г, кДж/кг р, кг/м3
Эвтектика (е^ 832 895 744,6 2959,5
Эвтектика (е:) 829 798 661,5 2872,5
Эвтектика (ез) 839 654 548,7 2742,0
Эвтектика (е4) 850 509 . 432,6 2611,5
Эвтектика (е<) 857 413 353,9 2524,5
Эвтектика (ег,) 868 268 432.6 2394,0
Эвтектика (е?) 943 944 890,2 3003,0
Дистектика (О О 887 316 480,3 2437,5
Дистектика Фз) 883 461 401,1 2568,0
Дистектика (Д)) 873 557 486,3 2985,7
Дистектика (04) 957 718 687,1 2800,1
Дистектика (155) 961 847 814,0 2916,0
Дистектика (Об) 1033 1040 1074,3 309,0
Но результатам изучения физико-химических свойств, структуры и термического анализа сульфатов можно сделать следующие основные выводы:
1 - доступность, дешевизна, широкая распространенность в природе, высокая вязкость и плотность, термохимическая и термодинамическая стабильность в широком температурном интервале позволяют утверждать о перспективности использования сульфатов и их смесей при разработке новых высокотемпературных материалов;
2 - впервые в процессе физико-химического анализа изучены процессы фазообразования в солевой системе 1л,8г//8С>4, что показало образование в ней 6-ти новых бинарных комплексов и реализацию 7-ми нонвариантных точек эвтектического характера плавления;
3 - выявлено 13 новых высокотемпературных (от 556 до 950°С) солевых смесей перспективных для использования в качестве смазок и флюсов при глубоком бурении.
В продолжение данной работы нами планируется экспериментальное изучение физико-химических взаимодействий и свойств более сложных систем по следующим направлениям: 1) изучение фазообразования в более сложных сульфатных системах с оценкой их физико-химических свойств; 2) проведение лабораторных и полупромышленных испытаний образцов новых смазочных материалов для бурения глубоких скважин в Каспийском море.
Такие исследования позволят улучшить значения вязкости и плотности расплавов с увеличением интервала использования материала при глубинном бурении нефтескважин.
Библиографические ссылки
). Бучаченко A.JT. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы // Успехи химии, 1999. Т.68. №12. С. 99-118.
2. Применение расплавов в современной науке и технике. / A.M.. Гасаналиев [и др.]; Махачкала, 2002. 160 с.
3. Ощерин Б.Н., Федотова E.H. О направленном поиске новых неорганических материалов. М., 1999. 21 с.
УДК 677.016.253
М. К. Кошелева, А. И. Осколкова, А. А. Бедняшин, С. Н. Шацких
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Средняя общеобразовательная школа №1145 имени Фритьофа Нансена, Москва, Россия
РАСЧЁТ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Process account konvektivnoy drying of textile materials oritbe equations allowing essentially to accelerate process of account is spent and to spend comparison of alternative variants of process of drying for the purpose of a choice of the most effective mode of drying of textile materials.
Проведен расчет процесса конвективной сушки текстильных материалов по уравнениям, позволяющим существенно ускорять процесс расчета и проводить сравнение альтернативных вариантов процесса сушки с целью выбора наиболее эффективного режима сушки текстильных материалов.
Анализ литературных данных показывает, что многосекционные сушилки различных типов (воздушно-роликовые, сушильно-ширильные стабилизационные, туннельные) широко применяются для сушки тканей, трикотажных полотен и химических волок в бобинах и в паковках.
На кафедре «Процессы и аппараты химической технологии и безопасности жизнедеятельности» МГТУ им. А.Н. Косыгина получены уравнения для расчёта теплового и материального балансов сушки текстильных материалов без использования J-x диаграммы Рамзина, применение которых существенно ускоряет расчёт и позволяет проводить сравнение альтернативных вариантов процесса сушки с целью выбора наиболее эффективного режима сушки текстильных материалов.
Далее приводится пример расчёта процесса сушки текстильного материала с поверхностной плотностью М = 0,15 кг/м , шириной полотна - b =
