Применение термопластичного сгораемого материала в технологии разрыва нефтяного пласта

УДК 662.2-391.4

Р. Ш. Гарифуллин, А. С. Сальников, В. Я. Базотов, И. Д. Ахмадиев, А. П. Евдокимов

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО СГОРАЕМОГО МАТЕРИАЛА

В ТЕХНОЛОГИИ РАЗРЫВА НЕФТЯНОГО ПЛАСТА

Ключевые слова: термопластичный материал, технология, нефтяная скважина, разрыв пласта.

В работе представлена принципиальная схема и принцип действия устройства для проведения технологии газодинамического разрыва нефтяного пласта с применением термогазогенератора на основе термопластичного сгораемого материала, не содержащего взрывчатых материалов

Keywords: thermoplastic material, technology, oil well, fracturing.

The paper presents the concept and principle of operation of the device technology for gas-dynamic discontinuity oil reservoir with termogazogeneratora based combustible thermoplastic material that does not contain explosive materials.

В результате исследований проведенных в работах [1-4] был разработан опытный образец термогазогенератора на основе термопластичного сгораемого материала для газотермической обработки приза-бойной зоны пласта, не содержащий взрывчатых материалов. Проведенные промысловые испытания показали, что разработанное устройство - термогазогенератор на основе термопластичного сгораемого материала не является универсальным и может применяться только на нефтяных скважинах, эксплуатация которых осложняется выпадением асфальто-смоло-парафиновых отложений.

При этом по данным аналитического обзора консалтингового агентства КР1 доля таких скважин в России составляет 24 %. Значительно больший фонд российских скважин, находящихся на поздней стадии разработки имеют нефтяные пласты с низкопроницаемыми коллекторами (40% российских скважин, коэффициент проницаемости менее 0,1 мкм2) [5,6]. Для улучшения проницаемости коллекторов на таких скважинах, где газотермическая обработка не является эффективной, используют более эффективный и универсальный метод увеличения нефтеотдачи - газодинамический разрыв нефтяного пласта с использованием пороховых зарядов [7].

Несмотря на эффективность метода газодинамического разрыва пласта, он имеет ряд серьезных недостатков, обусловленных использованием в конструкции взрывчатых материалов (баллистиных и пироксилиновых порохов). Так, средняя аварийность при применении пороховых генераторов составила 18% [8]. Анализ инцидентов показал, что высокая аварийность обусловлена химической природой порохов, которые склонны к очень быстрой самоподдерживающейся неконтролируемой химической реакции горения, которая в замкнутом объеме и при высокой температуре способна переходить в детонацию, распространяющуюся со скоростью 10004000 м/с с давлением во фронте 50-100 тыс. атм.

В связи с этим в данной работе представлена принципиальная схема устройства для проведения технологии газодинамического разрыва нефтяного пласта с применением термогазогенератора на основе термопластичного сгораемого материала, не содержащего взрывчатых веществ (см. рис. 1).

Основным фактором, необходимым для осуществления технологии разрыва пласта является высокий импульс давления до 1000 атм, достичь которого без применения взрывчатых материалов является сложной научно-технической задачей. В связи с этим для осуществления данной технологии предлагается дополнительно разработать технологическое скважинное оборудование, приведенное на рис. 1.

Рис. 1 - Принципиальная схема устройства для проведения технологии газодинамического разрыва нефтяного пласта с применением термогазогенератора на основе термопластичного сгораемого материала

Основная идея применения термопластичного сгораемого материала в технологии разрыва пласта связана с тем, чтобы создавать высокий импульс не за счет быстрого сгорания взрывчатых материалов (порохов), а за счет накопления в специальной секции нагретых газов, выделяемых при его сгорании и их регулируемого выпуска в пласт через мембранный узел и газораспределительную секцию.

В приведенной на рис. 1е компоновке устройства за счет регулирования параметров мембраны предполагается контролировать импульс давления обработки и в зависимости от требований, предъявляемых к конкретной скважине создавать необходимые параметры обработки (импульс давления, температуру нагрева и т.д.), что позволит повысить эффективность и безопасность технологии газодинамического разрыва пласта.

Таким образом, на следующем этапе работы предполагается с учетом конкретных характеристик термогазогенератора (табл.1) на основе термопластичного сгораемого материала, разработать параметры технологической скважинной аппаратуры, включающую газонакопительную и газораспределительную секции, мембранный и соединительный узлы.

Таблица 1 - Технические характеристики термогазогенератора на основе термопластичного сгораемого материала

Наименование параметра Значение параметра

Плотность сгораемого состава, кг/м3 1450-1600

Геометрические размеры термогазогенератора: длина / диаметр, мм 1500-1800/63

Максимально допустимая температура, при выдержки 6 часов, 0 С 80-90

Максимально допустимое давление, МПа 10

Минимально допустимое давление, МПа 1

Скорость горения в скважин-ных условиях рабочей среды и давления 5-25 МПа, мм/с 2-10

Безотказность 0,95

Температура горения состава, К (расчет.) 1800

Количество тепла выделяемого с единицы веса, кДж, не менее (расчет.) 3250

Объем газов выделяемых с единицы веса сгораемого состава, м3/кг (расчет.) 1,1

Массовая доля твердых продуктов горения 0,01

Чувствительность к удару по ГОСТ 4545-88, % 0

Безотказный ток, А 1,0

Безопасный ток, А 0,1

Сопротивление электрической цепи, Ом 3-8

Следует отметить, что для достижения поставленной задачи количество накопленных в секции устройства газов, выделяемых при сгорании термопластичного материала, должно создавать при выходе через мембранный узел и газораспередитель-ную секции импульс давления, как минимум на уровне импульса давления, создаваемого пороховыми генераторами, которые несмотря на свои недостатки в ряде случаев успешно применяются в технологиях газодинамического разрыва пласта.

Литература

1. Гарифуллин, Р.Ш. Термогазогенератор на основе термопластичного твердого топлива для обработки нефтяных скважин / Р.Ш. Гарифуллин [и др.] // Вестник КГТУ

2013. -№2,- С.64-67

2. Гарифуллин, Р.Ш. Экспериментальные исследования опытных образов термогазогенератора для обработки скважин по определению температуры горения, удельного газообразования и содержания твердых шлаков составы на основе порошкообразных эластомеров / Гарифуллин Р.Ш. [и др.] // Вестник Казан. Технол ун-та. -

2014.- №18.- С. 186-189.

3. Гарифуллин Р.Ш. Исследование энергетических характеристик термопластичного твердого топлива на основе нитрата аммония и порошкообразного эластомера / Га-рифуллин Р.Ш., Борисов В.М., Мокеев А.А., Сальников А.С. // Взрывное дело. 2012. № 107-64. С. 60-68.

4. Гарифуллин Р. Ш. Исследование энергетических характеристик термопластичного твердого топлива на основе нитрата аммония и порошкообразного эластомера / Га-рифуллин Р.Ш., Борисов В.М., Мокеев А.А., Сальников А.С. // Взрывное дело. 2012. № 107-64. С. 60-68.

5. Аналитический обзор RPI «Российский рынок нефтепромыслового сервиса». www.rpi-research.com.

6. Мокеев А. А. Исследование комбинированных зарядов энергонасыщенных материалов для обработки нефтяных скважин / Мокеев А.А., Сальников А.С., Бадретдинова Л.Х., Евдокимов А.П., Марсов А.А. // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 15. С. 268-269.

7. Аглиуллин, М.М. Разработка и внедрение термобаро-химического метода увеличения продуктивности нефтегазовых скважин / М.М. Аглиуллин [и др.] // Нефтегазовое дело». - Уфа: 2004, Вып. №3, С. 123-127.

8. 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.

© 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; А. С. Сальников - ассистент той же кафедры; А. А. Мокеев - канд. техн. наук, доцент той же кафедры; И. Д. Ахмадиев -канд. техн. наук, ассистент той же кафедры.

© R. Sh. Garifullin - candidate tehn. Sciences, Associate Professor, Dept. . Chemical technology of KNRTU, rus-garifullin@yandex.ru; V. J. Bazotov - Dr. Sc . Sciences, prof. Head . kaf. Chemical technology of KNRTU; A. S. Salnikov - assistant in the same department; 1 D. Akhmadiev - candidate. tehn. Sciences, assistant in the same department.