Заряд для порохового генератора давления (варианты)
CHARGE FOR POWDER PRESSURE GENERATOR (OPTIONS)

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к пороховым генераторам давления, предназначенным для термо-барохимической обработки продуктивного пласта с целью интенсификации нефтегазодобычи.
Известны различные заряды для воздействия на пласт, применяемые для интенсификации добычи нефти из разрабатываемых месторождений по патентам:
RU 97118482 А, 10.07.1999,
RU 97118480 А, 27.08.1999
RU 2151282 С1, 20.06.2000,
RU 2178072 С1, 23.10.2000,
RU 2597302 C1, 10.09.2016,
RU 2460877 С1, 10.09.2012,
RU 2413069 С2, 27.02.2011,
RU 2465447 С1, 27.10.2012,
RU 2502867 С2, 27.12.2013,
RU 2503807 С2, 10.01.2014
RU 2643838 C1, 06.02.2018
Наиболее близким к предлагаемому решению по назначению, конструкторскому исполнению и функционированию является универсальный твердотопливный генератор давления скважинный, представленный в патенте RU 2597302 [1], взятый авторами за прототип.
Твердотопливный генератор давления по данному изобретению представляет собой заряд, собранный из шашек баллиститного топлива: однотипных шашек, устанавливаемых концентрическими рядами вокруг центральной шашки, имеющей цилиндрический осевой канал, которые скрепляются между собой по внешним образующим (боковым) поверхностям путем склеивания нитроцеллюлозным клеем на длине 0,065-0,1 длины шашки со стороны обоих торцов, при этом соотношение наружного диаметра центральной твердотопливной шашки и диаметра периферийных шашек равно (2,2-5,5):1.
Воспламенение генератора производится при помощи электронагревательного элемента, вмонтированного в одну из периферийных шашек внешнего ряда в районе склеивания шашек (при применении в корпусных импульсных устройствах может воспламеняться при срабатывании основного заряда). Данная схема расположения нагревательного элемента позволяет воспламенять не отдельную шашку, а блок прочноскрепленных шашек в районе их склеивания.
Существенным недостатком прототипа является недостаточное количество газообразных продуктов сгорания, необходимых для очистки продуктивного пласта после его разрыва, что обусловлено малой массой твердотопливных элементов генератора. Кроме того, существенным недостатком является использование бесканального пороха с минимальной поверхностью горения, а, следовательно, малый газоприход для последующего после разрыва продуктивного пласта репрессионно-депрессионного воздействия на него с целью очистки от асфальто-смолистых парафиновых отложений, и, как следствие, потере положительного эффекта от срабатывания генератора.
Известно другое изобретение (RU 2643838 [2]), также взятое авторами за прототип.
Твердотопливный генератор давления с заданным режимом работы, представляющий собой заряд, собранный из шашек баллиститного топлива: однотипных шашек, имеющих цилиндрический осевой канал, устанавливаемых концентрическими рядами вокруг центральной шашки, имеющей цилиндрический осевой канал, которые скрепляются между собой по внешним образующим (боковым поверхностям) нитроцеллюлозным клеем на длине не более 0,2 длины генератора со стороны обоих торцов. При этом соотношение наружного диаметра центральной шашки 2 и диаметра ее канала равно (2-7):1, соотношение наружного диаметра однотипных твердотопливных шашек 1 и диаметра их канала равно (2-3):1, а соотношение наружного диаметра центральной шашки и диаметра периферийных шашек равно (5-11):1.
Воспламенение заряда генератора производится при помощи электронагревательного элемента, вмонтированного во внешнем ряду периферийных шашек. Для размещения электронагревательного элемента уменьшают длину нескольких шашек. Нагревательный элемент устанавливается на каждый 2-й или 3-й заряд (в зависимости от заявки Заказчика).
Заряды генераторов воспламеняют подачей электрического импульса на нагревательный элемент. При сгорании заряда генераторов в замкнутом объеме скважины, ограниченном столбом скважинной жидкости и обсадной колонной, в зоне обработки создается высокое избыточное давление продуктов сгорания и высокая температура. Зная технические характеристики скважины и ее горногеологические особенности, назначают расчетное количество генераторов для получения избыточного давления, необходимого для разрыва пласта.
Недостатками данного технического решения можно считать возможность разрушения конструкции заряда при воспламенении в связи с распадом пороховых трубок в необработанных клеем местах. Кроме того, применение центральной шашки в сочетании с большим количеством канального пороха не обеспечивает необходимой поверхности горения и, соответственно, необходимого газоприхода. Использование системы воспламенения во внешнем ряду увеличивает время воспламенения всего заряда, а значит и время его горения, а, следовательно, увеличивает температуру в интервале проведения скважинных работ.
Целью настоящего изобретения является получение максимального эффекта при воздействии на продуктивный пласт, регулирование в широких пределах поверхности горения зарядов и величины достигаемого импульса давления, а также повышение эффективности действия генераторов давления в связи с обеспечением стабильного срабатывания системы воспламенения.
Техническая задача, решаемая авторами посредством представленного разработанного изобретения, состоит в использовании диверсификационных технологий, а именно: имеющихся в распоряжении порохов, получаемых при утилизации боеприпасов, для применения в гражданской продукции.
Бескорпусные заряды изготавливаются из трубчатого артиллерийского пороха, который обеспечивает горение в водной, водонефтяной, кислотной средах, пригодного для горения в жидкой среде.
Основной заряд для порохового генератора давления 1 (фиг.1) собирается из однотипных трубок артиллерийского пороха с центральным цилиндрическим каналом, устанавливаемых концентрическими рядами плотно друг к другу вокруг центральной удаляемой оснастки для получения цилиндрического осевого канала, с помощью которого изделия располагаются на оснастке. Трубки артиллерийские пороха прочно скрепляются между собой в единый пороховой заряд по всей длине или со стороны обоих торцов заряда растворителем (типа ацетон, этилацетат и т.д.).
Воспламенительный заряд 2 (фиг. 2) представляет собой заряд, собранный (как и основной) из однотипных трубок артиллерийского пороха с центральным цилиндрическим каналом, устанавливаемых концентрическими рядами плотно друг к другу вокруг центральной удаляемой оснастки для получения цилиндрического осевого канала, прочно скрепленных между собой в единый пороховой заряд путем склеивания по всей длине заряда растворителем. Воспламенение заряда производится с помощью от 1 до 4 равноудаленных воспламенительных устройств с электронагревательными элементами, установленных в среднем ряду заряда между однотипными трубками артиллерийского пороха вдоль оси заряда. Стендовые испытания показали, что для надежности и стабильности воспламенения оптимальным является использование 3 воспламенительных устройств.
Заряды воспламеняют подачей электрического импульса на нагревательный элемент.
Такая схема расположения воспламенительных устройств в среднем ряду заряда между однотипными трубками артиллерийского пороха по центральной оси заряда позволяет одновременно воспламенять трубки внутреннего и внешнего рядов, что значительно сокращает время горения зарядов.
По результатам стендовых испытаний время воспламенения всей поверхности секций зарядов 1 и 2 не превышает 2 с. Горение происходит по наружной и внутренней поверхностям зарядов 1 и 2.
Воспламенительный заряд 2 может устанавливаться в любом месте порохового генератора давления по необходимости.
Использование сырья с каналами позволяет существенно увеличить поверхность горения, а значит, повысить количество газообразных продуктов сгорания.
Горение порохового заряда в скважине, заполненной жидкостью, сопровождается резким повышением давления и температуры.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает максимальную вероятность безотказной работы заряда в целом, т.е. позволяет надежно осуществить гидравлическое воздействие с разрывом пласта.
Применение конструкции с воспламенительными устройствами, герметично расположенным внутри заряда, позволяет заряду быстро возгораться, что сокращает время сгорания заряда.
Таким образом, создан эффективный заряд для воздействия на пласт и расширен арсенал зарядов для воздействия на пласт.
При этом достигается увеличение надежности за счет повышения безотказной работы воспламенителя и заряда в целом, исключения возможности нарушения целостности изоляции, недопустимого изменения электрических характеристик и динамики горения топлива заряда.
Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипами являются стабильность срабатывания воспламенения и высокая полнота сгорания, а также сокращение времени горения заряда.
Кроме того, применение имеющихся на складах порохов и простая, без переработки, технология сборки зарядов позволяют существенно снизить расходы на их изготовление.
Сборка зарядов из однотипных трубок артиллерийского пороха позволяет менять геометрические размеры газогенератора (диаметр и длину), вес и поверхность горения, что позволяет применять его в различных конструкциях корпусных и бескорпусных устройств.
Предлагаемая конструкция заряда позволяет изготавливать его с заранее заданными параметрами для обработки конкретной скважины в зависимости от требуемого импульса давления, максимального давления и времени работы генератора* учитывая горно-геологические особенности скважины и ее эксплуатационное состояние.
Литература
1. Патент RU 2597302 Е21В 43/263, опубл. 10.09.2016.
2. Патент RU 2643838 Е21В 43/263, Е21В 28/00, опубл. 06.02.2018.