Исследование воспламеняемости энергонасыщенного материала термоисточника от промышленного электроинициатора

УДК 662.2:662.76

А. А. Мокеев, А. П. Евдокимов, А. С. Сальников, Р. Ш. Гарифуллин, А. А. Марсов, М. Р. Файзуллина

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННОГО МАТЕРИАЛА ТЕРМОИСТОЧНИКА ОТ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОИНИЦИАТОРА

Ключевые слова: электроинициатор, термоисточник, воспламеняемость.

В работе выполнено исследование воспламеняемости энергонасыщенного материала термоисточника от промышленного электроинициатора. Исходя из результатов исследования рекомендовано использование электроинициатора ЭИ-2Т в конструкции промышленного термоисточника.

Keywords: electric initiator, thermal source, flammability.

In work research flammability energy-materials thermal sources was carried. Based on the results of the study recommended the use of an electric initiator EI-2T in the construction of industrial thermal source.

Введение

Проблемы повышения нефтеотдачи месторождений, находящихся на поздней стадии разработки в настоящее время очень актуальны. Одними из перспективных технологий повышения нефтеотдачи пластов являются так называемые экспресс-технологии разработанные в Казанском национальном исследовательском технологическом университете [1,2,3]. В настоящее время промысловыми испытаниями подтверждена эффективность комплексной технологии

перфорации с одновременной термогазокислотной обработкой скважины. Для ее осуществления используется устройство (рисунок 1), включающее корпусный кумулятивный перфоратор и термогазокислотный модуль (ТГК модуль), которые соединяются в единую конструкцию с помощью специального соединительного узла [4,5]. ТГК модуль включает кислотный термоисточник, представляющий собой герметичный пластиковый контейнер, заполненный энергонасыщенным материалом, способным при горении выделять активные кислоты (соляную кислоту или смесь соляной и плавиковой кислот).

В применяемой конструкции устройства в качестве инициатора кислотного термоисточника применяется электрическая спираль, которая обеспечивает надежное воспламенение

энергонасыщенного материала термоисточника при протекании через нее электрического тока величиной 1А в течении 2 с. Электровзрывная цепь кумулятивного перфоратора инициируется с помощью электродетонатора (ЭД), который срабатывает от взрывной машинки, выдающей импульсный ток длительностью 100 мс.

Слишком малая длительность импульса тока взрывной машинки не позволяет задействовать электрическую спираль термоисточника. В связи с этим при проведении промысловых работ сначала приходится инициировать электродетонатор с помощью взрывной машинки, а затем термоисточник от сети 220 В.

Следует отметить, что при функционировании комплексного устройства после срабатывания электродетонатора возможно два

варианта изменения электрической цепи. При параллельном соединении узла инициирования перфоратора и термоисточника, в случае если центральный провод остается изолированным, то электрическая цепь остается работоспособной и термоисточник воспламеняется подачей

электричества напряжением 220В. В противном случае происходит короткое замыкание, и система становится неработоспособной. При

последовательном соединении ситуация

противоположна. При изолированном центральном проводе после срабатывания ЭД система становится неработоспособной.

1 - головка; 2 - ТГК модуль; 3 - соединительный узел; 4 -

перфораторный модуль; 5 - хвостовик Рис. 1 - Устройство для комплексной перфорации и термогазокислотной обработки нефтяных пластов

Также следует заметить, что скважинная жидкость представляет собой взвешенные или растворенные в воде различные соли или твердые частицы пород. В зависимости от характеристик пластов, скважинная жидкость может быть электролитом и в случае попадания в корпус перфоратора, электрическая цепь становится

неработоспособной при параллельной схеме, даже если центральный провод остается изолированным от корпуса.

Надежная работа устройства возможна при наличии системы инициирования, обеспечивающей срабатывание перфоратора и ТГК модуля от одного короткого импульса взрывной машинки. В данной работе для решения задачи предлагается в качестве инициатора термоисточника использовать промышленный электроинициатор ЭИ-2Т. Однако сведений о воспламеняемости энергонасыщенного материала термоисточника от промышленных электоринициаторов нет. В этой связи в настоящей работе проведены экспериментальные исследования по изучению воспламеняемости энергонасыщенного материала теромоисточника от электоринициатора.

Экспериментальная часть

Выбор электоринициатора ЭИ-2Т обусловлен его малыми габаритами, длительным временем пламенного горения и током срабатывания, сопоставимым с током, выдаваемым взрывной машинкой ПВВ-1, обычно применяемой на нефтяных промыслах. Кроме того, несомненным достоинством электроинициатора ЭИ-2Т является его отнесение к четвертому классу опасности (4.1 -легковоспламеняющиеся твердые вещества), что не требует применения военизированной охраны и спецтранспорта при его перевозке.

Технические характеристики

электроинициатора ЭИ-2Т приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические электроинициатора ЭИ-2Т

характеристики

Наименование показателя Значение

Электрическое сопротивление каждого мостика, Ом 2,0 - 3,5

Безопасный ток, А 0,04

Ток срабатывания, А 0,8

Время работы (пламенного горения), с 1 - 2

Класс опасности 4.1

Для исследований использовались опытные образцы термоисточника, оснащенные электроинициатором (рис. 2).

На начальном этапе исследований оценивалась воспламеняемость опытных образцов электроинициатором ЭИ-2Т. Испытания проводились в бронекабине с использованием лабораторного стенда [6,7], электроинициатор задействовали от взрывной машинки.

Эксперименты показали, что при данной схеме во всех случаях не происходит воспламенение термоисточника, поскольку под действием давления образовавшихся газов от электоринициатора происходит отстрел последнего, до того, как состав термоисточника успеет воспламениться. Результаты эксперимента представлены на рисунке 3.

1 - тиокольный герметизирующий слой; 2 - слой эпоксидного компаунда; 3 - кислотогенерирующий состав; 4 - ПВХ-корпус;5 - штатный состав термоисточника марки ТИМ;_6 - воспламенительный состав; 7- электроинициатор «ЭИ-2Т»; 8- втулка

Рис. 2 - Опытный образец термоисточника с электоронинициатором

б

а - до подачи электрического импульса; б - после срабатывания

Рис. 3 - Опытный образец термоисточника с электроинициатором

В качестве решения этой проблемы были сформированы боковые отверстия для разгрузки области узла воспламенения в момент срабатывания ЭИ-2Т, что позволило избежать разрушения термоисточника и отказа.

Отверстия выполнялись диаметром 4 мм. Количество отверстий варьировалось от 4 до 1. Эксперименты показали, что при наличии разгрузочных отверстий во всех случаях происходит надежное воспламенение термоисточника от электоринициатора. На рисунке 4 представлены

фотоснимки опытного образца термоисточника, воспламененного от ЭИ.

При серийном производстве

термоисточников формирование боковых разгрузочных отверстий нежелательно в целях безопасности производства и необходимости

Рис. 4 - Опытный образец термоисточника с разгрузочными отверстиями

надежной герметизации отверстий. Поэтому предложено формирование разгрузочных отверстий непосредственно во втулке крепления электоринициатора с последующей герметизацией отверстий тиоколовым герметиком. Лабораторные испытания опытных образцов термоисточника с отверстиями во втулке подтвердили их надежное срабатывание.

Заключение

Таким образом, исходя из проведенных испытаний, можно сделать вывод о том, что энергонасыщенный материал термоисточника надежно воспламеняется от электоринициатора ЭИ-2Т при условии наличия разгрузочных отверстий для выравнивания уровня давления в области размещения электоринициатора. На основе полученных результатов предлагается

использование электроинициатора ЭИ-2Т в качестве

инициатора промышленного термоисточника термоисточника для использования его в конструкции комплексного устройства с перфораторным и термогазокислотным модулями.

Литература

1. Мокеев А. А. Экспресс-технологии термогазокислотно-имплозионного воздействия и термогазоимпульсных давлений для обработки нефтяных скважин. Возможности комплексного использования / А.А. Мокеев, И.Ф. Садыков, А.А. Марсов // Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковзких нефтей и природных битумов: Материалы Международной научно-практической конференции. -Казань 2007: Изд-во «Фэн» - 726 с.

2. Садыков И.Ф. Способ обработки призабойной зоны скважины / И.Ф. Садыков, С.В. Чипига, А.А. Марсов, А.А. Мокеев, А.А., М.М.Каримов // Патент РФ на изобретение №2469189 от 13.04.2011 бюл. №35.

3. Садыков И.Ф. Способ обработки призабойной зоны пласта жидким горюче-окислительным составом / И.Ф. Садыков, О.А.Брюханова, А.А. Марсов, Р.М. Миннуллин, А.А. Мокеев// Патент РФ на изобретение №2459946 от 25.06.2009.

4. Чипига С.В. Устройство и технология для комплексной перфорации и термогазокислотной обработки призабойной зоны скважины. / С.В. Чипига, И.Ф. Садыков, А. А. Марсов, А. А. Мокеев // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, КНИТУ, 2012, т.15, №24, с.126.

5. Садыков И. Ф. Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления. / И.Ф. Садыков, А.А. Марсов, С.В. Чипига, А.А. Мокеев, М.Р. Хайрутдинов, Д.В. Часовский, У.Х. Булатов // Патент РФ на изобретение №2469180 от 10.11.2010.

6. Мокеев А.А. Лабораторный стенд для изучения характеристики горения комбинированных зарядов энергонасыщенных материалов / А.А. Мокеев, А.С. Сальников, Л.Х. Бадретдинова, А.П. Евдокимов // Вестник Казанского технологического университета. -Казань, КНИТУ, 2014, т.17, №15, с.95-97.

7. Александров В. Н. Тепловые потери при манометрических испытаниях / Александров В.Н., Диновецкий Б.Д., Сафронов П.А., Скупко С.А. // Вестник Казанского технологического университета. -Казань, КНИТУ, 2012, т.15, №23, с.148-150.

© А. А. Мокеев - канд. техн. наук, доц. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, alexander_mokeev@mail.ru; А. П. Евдокимов - магистр той же кафедры, fabshb@mail.ru; А. С. Сальников - асп. той же кафедры, lucifer21@yandex.ru; Р. Ш. Гарифуллин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, rus-garifullin@yandex.ru; А. А. Марсов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; М. Р. Файзуллина - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, ttxb@kstu.ru.

© А. А. Mokeev - PhD, Associate Professors of department of Technology of Solid Chemical Substances KNRTU, alexander_mokeev@mail.ru; А. P. Evdokimov - Master Degree of the same department, fabshb@mail.ru; А. S. Salnikov - Graduate student of the same department, lucifer21@yandex.ru; R. Sh. Garifullin - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNITU, e-mail: rus-garifullin@yandex.ru; А. А. Marsov - PhD, Associate Professors of the same department; M. R. Fayzullina - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KSTU, e-mail: ttxb@kstu.ru.