Исследование влияния добавок на прочность и характеристики горения термопластичного твердого топлива на основе порошкообразного эластомера

УДК 662.2-391.4

Р. Ш. Гарифуллин, А. С. Сальников, В. Я. Базотов, А. А. Мокеев, М. Р. Файзуллина

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК НА ПРОЧНОСТЬ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕНИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ПОРОШКООБРАЗНОГО

ЭЛАСТОМЕРА

Ключевые слова: прочность, скорость горения, упрочняющие добавки, нефтяная скважина.

Проведены исследования по изучению влияния различных по природе добавок на прочность термопластичного твердого топлива на основе порошкообразного эластомера. В результате проведенных исследований была выбрана упрочняющая добавка для исследуемого состава и изучено ее влияние на скорость горения.

Keywords: strength, burning rate, reinforcing additives, oil well.

Conducted a study on the effect of various additives on the nature of the strength of the thermoplastic solid fuels on the basis ofpowdered elastomer. The studies were selected for the test reinforcing additive composition and studied its effect on the rate of combustion.

В связи с истощением запасов углеводородного сырья на многих нефтяных месторождениях Российской Федерации получили широкое распространение методы увеличения нефтеотдачи пластов (МУН). Значительную долю среди них занимают методы, основанные на использовании энергии и продуктов сгорания твердотопливных композиций. При горении твердого топлива выделяются нагретые до высокой температуры продукты, которые способствуют расплавлению асфальтено-смолисто-парафинистых отложений (АСПО), выносу их из перфорационных каналов и улучшению фильтрационных характеристик призабойной зоны пласта [1].

В связи с этим, разработка устройств и составов, отвечающих ряду требований для интенсификации нефтедобычи, является актуальной задачей. В работе [2] были предложены перспективные составы термопластичного твердого топлива для обработки нефтяных скважин, содержащие в качестве технологической основы порошкообразные эластомеры. Значительным преимуществом этих составов перед существующими аналогами является возможность их переработки высокопроизводительными и экономными методами проходного прессования или экструзии в изделия заданной длины и сечения. В работах [3-4] были установлены оптимальные рецептуры составов термопластичного твердого топлива и определены их энергетические характеристики, такие как температура горения, удельное газообразование. Однако, как показано в работе [5], важной характеристикой, влияющей на параметры горения исследуемой композиции, является прочность заряда твердого топлива. Одним из путей повышения прочности твердотопливных композиций является введение в их состав специальных добавок [6]. В связи с этим, в данной работе проведены исследования по влиянию различных упрочняющих добавок на прочность и скорость горения образцов термопластичного твердого топлива на основе порошкообразного эластомера.

С целью повышения прочностных характеристик термопластичного твердого топлива, в ис-

ходный состав, содержащий, %: аммиачная селитра - 83, бихромат калия - 5, синтетический порошкообразный каучук - 12, вводили дополнительные компоненты за счет уменьшения содержания нитрата аммония в количестве 5, 10 и 15 %. Переработку состава осуществляли методом глухого прессования при давлении 100 МПа. Результаты исследований представлены на рис. 1.

? 10 1?

Содержание добавки, % —♦—Алюминий —— Фторопласт4 —А— Идитол Полиэтилен

—Поликлорвиниловая -Ж-Поливинилбутираль смола

Рис. 1 - Влияние содержания добавок на прочность образцов сгораемого материала

Из представленных данных видно, что наибольшей прочностью (14,3 МПа) обладают образцы с добавлением фторопласта 4 в количестве 15 %. Это можно объяснить способностью фторопласта к образованию вытянутых, нитевидных структур при приложении давления. В связи с этим определяли характеристики горения состава, содержащего, %: аммичная селитра - 68, бихромат калия - 5, синтетический порошкообразный каучук - 12, фторопласт 4 - 15. Результаты представлены на рис. 2.

10

ас

0 10 20 30 40 50 60 70 80 00 Давление, атм

Рис. 2 - Зависимость скорости горения от давления исследуемого состава термопластичного твердого топлива

Из представленных данных видно, что наблюдается плавное, монотонное возрастание скорости горения в исследуемом интервале давлений. Состав проявляет устойчивое послойное горение со скоростью 7,8 мм/с при давлении 80 атм, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к составам твердых топлив, применяемых в устройствах для интенсификации нефтедобычи.

Литература

1. Аглиуллин, М.М. Новые термобарические технологии обработки призабойной зоны пластов / М.М. Аглиуллин [и др.] // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС. 2001, Вып. 92, С 23-26.

2. Гарифуллин, Р.Ш. Перспективные составы для обработки нефтяных скважин с применением порошкообразного эластомера / Р.Ш. Гарифулин [и др.] // Вестник КГТУ им. Кирова / Казан. гос. технол. ун-т. - Казань, выпуск №9, 2010. - С.873-876

3. Гарифуллин Р.Ш., Борисов В.М., Мокеев А.А., Сальников А.С. «Исследование энергетических характеристик термопластичного твердого топлива на основе нитрата аммония и порошкообразного эластомера» Взрывное дело / Москва, 2012, вып. 107 /64, С.272-275

4 Гарифуллин Р.Ш., Базотов В.Я., Мокеев А.А., Сальников А. С. «Анализ расчетных характеристик сгораемых материалов на основе нитрата аммония и порошкообразного эластомера» Вестник КГТУ им. Кирова / Казан. гос. технол. ун-т. - Казань, т.15, выпуск №10, 2012. - С. 254-256

5. Рогов Н.Г., Ищенко М.А. Смесевые ракетные топлива: Компоненты. Требования. Свойства: Учебное посо-бие.-СПб.: СПбГТИ(ТУ),2005.-195с.

6. Мадякин Ф.П. Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигоме-ры:учебное пособие: в 2 томах. Т.2.- Казань: Изд-во Казан.гос.технол.ун-та,2008.-492с.

© Р. Ш. Гарифуллин - канд. техн. наук, доцент каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, rus-garifullin@yandex.ru; В. Я. Базотов - д-р техн. наук, проф. зав. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, bazotov@kstu.ru; А. С. Сальников - аспирант каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, lucifer21@yandex.ru; А. А. Мокеев - канд. техн. наук, доцент каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, alexander_mokeev@mail.ru; М. Р. Файзуллина - канд. техн. наук, доцент каф. технологии твердых химических веществ КГТУ, ttxb@kstu.ru.

© R. Sh. Garifullin - candidate. tehn. Sciences, assistant professor, technology of solid chemicals KNRTU, rus-garifullin@yandex.ru; V. J. Bazotov - Dr. Sci. Sciences, prof. Head. Department. technology of solid chemicals KNRTU, bazotov@kstu.ru; A. S. Salnikov -seals - Post-graduate Department. technology of solid chemicals KNRTU, lucifer21@yandex.ru; A. A. Mokeev - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNRTU, alexander_mokeev@mail.ru; M. R. Fayzullina - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNRTU, ttxb@kstu.