ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ ТОПЛИВО ДЛЯ СКВАЖИННЫХ АППАРАТОВ
GAS-GENERATING FUEL FOR DOWNHOLE APPARATUS

Изобретение относится к области создания твердых топлив, предназначенных для использования в скважинных аппаратах (пороховых аккумуляторах давления скважин АДС, пороховых генераторах давления ПГД и др.) для термобарического и химического воздействия на призабойную зону с целью повышения продуктивности нефтяных скважин.
Ниже приведены известные твердые топлива, которые могут быть использованы в скважинных аппаратах. Это топлива на основе фторированного эластомера (патент США №3203843 НКИ 149-19, заявлено 24.01.62; заявка России №2001101664/03 на изобретение, МПК E21B 43/27, 43/25, заявлено 17.01.2001), полиоксаланового связующего (патент Швеции №323842, МКИ C06D 5/06, заявлено 25.07.65.), полиакрилового каучука (патент США №3152027, НКИ 149-83, заявлено 25.05.62.), этиленпропиленового каучука (патент России №2182147 МПК 7 C06D 5/06, C06B 29/22, заявлено 05.04.2000), бутадиенстирольного термоэластопласта (патент России №2183609 МПК C06D 5/06, C06B 29/22, заявлено 05.04.2000).
Недостатком топлив по заявке на изобретение RU 2001101664/03 и патентам №3203842, 3152027, 323842 является невысокая энергоемкость, присутствие в продуктах сгорания либо чрезвычайно агрессивной плавиковой кислоты, вызывающей коррозию оборудования и снижение качества нефти, либо конденсированных продуктов сгорания (например, кремния), вызывающих эрозию, забивание нефтедобывающего оборудования и снижение проницаемости горных пород нефтяного пласта, либо невысокое содержание в продуктах сгорания хлористого водорода. Хлористый водород является химическим агентом, эффективно разрушающим пластовые отложения, а в обводненных скважинах, насыщая скважинную жидкость, он образует соляную кислоту, которая также растворяет пластовые отложения, способствуя тем самым повышению эффективности термобарического воздействия на призабойную зону скважины. Невысокое содержание в продуктах сгорания хлористого водорода является недостатком аналогов (патенты №2182147, 2183609).
Наиболее близким, принятым за прототип, является топливо (патент России №2182147, МПК C06D 5/06, C06B 29/22, заявлено 05.04.2000, опубл. 10.05.2002) на основе этиленпропиленового каучука, пластифицированного авиационным маслом, содержащее перхлораты аммония и/или калия в качестве окислителя. Главным недостатком прототипа является недостаточно высокий удельный объем хлористого водорода, выделяющегося при сгорании топлива и, как следствие, невысокая концентрация образующейся соляной кислоты, являющейся эффективным химическим агентом, растворяющим пластовые отложения различного типа.
Технической задачей изобретения является разработка газогенерирующего топлива для скважинных аппаратов, продукты сгорания которого обеспечивают повышение продуктивности нефтяного пласта не только термобарическим, но и химическим воздействием на призабойную зону скважины за счет наличия в них большого количества хлористого водорода и/или соляной кислоты.
Технический результат достигается за счет рационального выбора компонентов и установления оптимального их содержания в композиции.
Предложено газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов, включающее окислитель - перхлорат аммония, горючее, газогенерирующую добавку, вулканизующие агенты и технологические добавки.
Соотношение компонентов в предлагаемом газогенерирующем топливе следующее, мас.%:
Окислитель
45,7…84,0
Горючее
10,0…20,0
Технологические добавки
0,8…3,3
Вулканизующий агент
0,2…1,0
Газогенерирующая добавка
5,0…30,0
В качестве горючего оно содержит синтетический углеводородный каучук (изопреновый, или бутадиеновый, или этиленпропиленовый или изопрендивиниловый, или бутилкаучук), пластифицированный углеводородным маслом (трансформаторным, или авиационным, или индустриальным) в соотношении каучук: масло -1:1…1:5.
В качестве газогенерирующей добавки, увеличивающей как удельный объем газообразных продуктов сгорания, так и содержание в них хлористого водорода, предлагаемое газогенерирующее топливо включает хлористый аммоний.
В качестве технологических добавок предлагаемое газогенерирующее топливо содержит, мас.%: 0,1…0,3 лецитина, 0,2…1,5 эпоксидной смолы, 0,5…1,5 орто-трет-бутил-пара-крезола или третичного бутилфенола, а в качестве вулканизующего агента - 0,2…1,0 парадинитрозобензола или хинолового эфира.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами, приведенными в таблице. В данной таблице приведены также данные по прототипу, просчитанные в тех же условиях - при давлении в скважине 50 МПа.
Процесс изготовления предлагаемого газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении углеводородного каучука с маслом, технологическими добавками, газогенерирующей добавкой, окислителем, вулканизующим агентом, перемешивании массы при температуре 40…60°C в течение 1,0…1,5 ч без вакуума и 0,5…1,0 ч под вакуумом с последующей запрессовкой в корпус изделия и полимеризацией при 60…90°C в течение 3…8 суток.
Как следует из данных таблицы, при сгорании 1 килограмма предлагаемого газогенерирующего топлива выделяется порядка 882…972 литров газообразных продуктов. Продукты сгорания предлагаемого газогенерирующего топлива имеют высокое содержание хлористого водорода, достигая уровня 223 литров. В условиях обводненных скважин при сгорании каждого килограмма предлагаемого газогенерирующего топлива образуется в пересчете на 20%-ную концентрацию 1,44…1,82 кг соляной кислоты. Конденсированная фаза в продуктах сгорания практически отсутствует. Энергоемкость предлагаемого газогенерирующего топлива высока и достигает уровня 113660 кгс·м/кг. Температура продуктов сгорания составляет 1385…3403 К.
Уменьшение содержания перхлората аммония в составе газогенерирующего топлива ниже 45,7% приводит к снижению температуры продуктов сгорания и энергоемкости. При содержании окислителя более 84% происходит снижение концентрации хлористого водорода в продуктах сгорания. Увеличение содержания в газогенерирующем топливе горючего, которое выполняет одновременно роль связующего, более 20% приводит к снижению энергоемкости и температуры продуктов сгорания. При содержании горючего связующего в составе топлива менее 10% ухудшаются технологические характеристики массы, что может отразиться на качестве изготавливаемых из нее изделий. Уменьшение содержания углеводородного масла в составе горючего связующего менее чем 1 часть масла на 1 часть синтетического каучука приводит к ухудшению технологических характеристик массы; большое содержание масла в связующем - более чем 5 частей масла на 1 часть синтетического каучука - уменьшает содержание последнего в составе газогенерирующего топлива, что влечет ухудшение его механических характеристик. При содержании хлористого аммония менее 5% снижается количество хлористого водорода в продуктах сгорания. Содержание хлористого аммония, превышающее 30%, влечет снижение температуры продуктов сгорания и энергоемкости топлива.
Таким образом, предлагаемое топливо превосходит прототип по содержанию хлористого водорода в продуктах сгорания при сохранении высокого уровня энергоемкости, удельного объема генерируемых газов и отсутствии конденсированной фазы.