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

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к пороховым генераторам давления, предназначенным для 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 заряд для порохового генератора давления, представленный в заявке RU 2020100534 [1], взятый авторами за прототип.
Бескорпусные заряды изготавливаются из трубчатого артиллерийского пороха, обеспечивающего горение в водной, водонефтяной, кислотной средах.
Невоспламенительный основной заряд для порохового генератора давления собирается из однотипных трубок артиллерийского пороха с центральным цилиндрическим каналом, устанавливаемых концентрическими рядами плотно друг к другу с целью получения цилиндрического осевого канала, с помощью которого изделия располагаются на оснастке. Трубчатые элементы прочно скрепляются между собой в единый пороховой заряд путем склеивания по всей длине заряда растворителем (типа ацетон, этилацетат и т.д.).
Воспламенительный заряд представляет собой заряд, собранный (как и основной) из однотипных трубок артиллерийского пороха с центральным цилиндрическим каналом, устанавливаемых концентрическими рядами плотно друг к другу вокруг с целью получения цилиндрического осевого канала, прочно скрепленных между собой в единый пороховой заряд путем склеивания по всей длине заряда растворителем. В среднем ряду заряда расположено от 1 до 4 равноудаленных воспламенительных устройств. Заряды воспламеняют подачей электрического импульса на нагревательный элемент.
Схема расположения воспламенительных устройств в среднем ряду позволяет одновременно воспламенять трубки внутреннего и внешнего рядов, что значительно сокращает время горения зарядов.
Недостатком данного технического решения можно считать наличие более одного воспламенительного устройства, которые требуют увеличения напряжения подаваемого электрического импульса на нагревательный элемент, тем самым увеличивая нагрузку на геофизический кабель оборудования, используемого в полевых условиях. Кроме того, поскольку торцы зарядов ровные, для их центрирования необходимо устанавливать, дополнительные центрирующие кольца, которые при срабатывании порохового генератора давления не сгорают полностью, тем самым засоряют скважину, что может привести к поломке насосного оборудования.
Известно другое изобретение (ПМ №117502 [2]), также взятое авторами за прототип.
Сущность полезной модели состоит в том, что заряд для воздействия на пласт содержит размещенную вдоль составной несущей штанги бескорпусную группу секций заряда из твердого топлива, пригодного для горения в жидкой среде, выполненных с осевым каналом, в котором размещена с зазором упомянутая несущая штанга, на концах которой установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы, а между секциями заряда расположен воспламенитель, выполненный в виде подключенной к проводу питания нихромовой спирали, размещенной на торце секции заряда и закрепленной с помощью упругих фиксаторов вокруг его фигурного осевого канала с возможностью воспламенения топлива заряда по поверхности осевого канала, а также центрирующие кольца, выполненные с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр этих секций, при этом конусы выполнены с отверстиями для прохода продуктов сгорания, причем нижний конус выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон.
Предпочтительно, нихромовая спираль воспламенителя намотана на резиновый шнур и подключена к проводу питания с помощью отрезков промежуточных изолированных медных проводов, а осевой канал воспламенителя выполнен фигурным с несколькими полыми лучами, при этом резиновые фиксаторы установлены в лучах осевого канала и выполнены каждый в виде усеченного конуса с центральным ступенчатым каналом, в котором размещена спайка спирали с промежуточным проводом.
Применение заряда достаточно эффективно. Недостатками данного технического решения можно считать достаточно длительное воспламенение по времени и относительно низкую стабильность воспламенения нихромовой нити при использовании несгорающего материала - резинового шнура. Максимальный импульс давления и время работы заряда порохового газогенератора не всегда применимо к горно-геологическим особенностям скважины, поскольку техническое состояние скважины не всегда позволяет использовать заряд большой мощности. Температурное воздействие во время работы заряда в скважине оказывает негативное воздействие на геофизический кабель. Кроме того, в связи с применением центрирующих колец, которые не сгорают в процессе работы зарядов газогенератора, происходит засорение скважины, что может привести к выходу из строя насосного оборудования.
Целью настоящего изобретения является получение максимального эффекта при воздействии на продуктивный пласт, регулирование поверхности горения зарядов и величины достигаемого импульса давления, а также повышение эффективности действия зарядов порохового генератора давления в связи с обеспечением стабильного срабатывания воспламенительного устройства, увеличения скорости работы заряда и уменьшения температурного воздействия на скважину и на геофизический кабель, а также применение в конструкции заряда сгораемых материалов для исключения засорения скважин.
Техническая задача, решаемая авторами посредством представленного разработанного изобретения, состоит в использовании диверсификационных технологий, а именно: имеющихся артиллерийских порохов, в том числе получаемых при утилизации боеприпасов, для применения в гражданской продукции.
Бескорпусные заряды изготавливаются из артиллерийского пороха, который обеспечивает горение в водной, водонефтяной, кислотной средах. Один или несколько зарядов в составе порохового генератора давления - воспламенительные, а остальные, возгорающие от него - основные.
Заряд основной 1 (невоспламенительный) для порохового генератора давления (фиг. 1) собирается из артиллерийского пороха с развитой поверхностью горения, устанавливаемого концентрическими рядами плотно друг к другу в форме цилиндра без центрального осевого канала или с центральным осевым каналом любой формы, с помощью которого изделия располагаются на подходящей по размерам оснастке газогенератора любого сечения. Пороховые элементы 2 прочно скрепляются между собой в единый пороховой заряд путем склеивания по всей длине заряда растворителем (типа ацетон, этилацетат и т.д.).
Средний ряд заряда основного 1 расположен на определенном расстоянии ниже, чем крайние ряды заряда, образуя торцевую «канавку» 3 в верхней части заряда, а в нижней части - выступающий «хвост» 4. «Хвостовая» часть заряда основного 1 устанавливается в торцевую «канавку» 3 следующего за ним заряда основного 1, образуя прочно скрепленную условно герметичную конструкцию порохового генератора давления. В торцевую «канавку» 3 заряда основного 1 устанавливается «хвост» 4 заряда воспламенительного 5.
Средним рядом заряда считаются все ряды, расположенные ниже крайних рядов и образующие торцевую «канавку». Крайние ряды (внешний и внутренний) также могут состоять из различного количества рядов.
Заряд воспламенительный 5 (фиг. 2) представляет собой заряд, который собирается из артиллерийского пороха с развитой поверхностью горения, устанавливаемого концентрическими рядами плотно друг к другу в форме цилиндра без центрального осевого канала или с центральным осевым каналом любой формы, с помощью которого изделия располагаются на подходящей по размерам оснастке газогенератора любого сечения. Пороховые элементы 2 прочно скрепляются между собой в единый заряд путем склеивания по всей длине заряда растворителем (типа ацетон, этилацетат и т.д.).
Средний ряд заряда воспламенительного 5 расположен на определенном расстоянии ниже, чем крайние ряды заряда, образуя торцевую «канавку» 3 в верхней части заряда, а в нижней части - выступающий «хвост» 4. «Хвостовая» часть заряда воспламенительного 5 устанавливается в торцевую «канавку» 3 следующего за ним заряда 1, образуя прочно скрепленную условно герметичную конструкцию порохового генератора давления. Средним рядом заряда считаются все ряды, расположенные ниже крайних рядов и образующие торцевую «канавку». Крайние ряды (внешний и внутренний) также могут состоять из различного количества рядов.
В торцевую «канавку» 3 заряда воспламенительного 5 устанавливается воспламенительное устройство 6.
Для предотвращения попадания скважинной жидкости и обеспечения герметичности перед установкой воспламенительного устройства 6 торцевая «канавка» 3 заливается жидким горящим составом, после чего устанавливается само воспламенительное устройство 6, которое заливается тем же горящим составом.
Таким образом, воспламенительное устройство может быть установлено в торцевую «канавку» заряда воспламенительного как без заливки жидким горящим составом, так и герметично располагаться внутри заряда после заливки жидким горящим составом.
В случае заливки жидким горящим составом воспламенительное устройство 6 и все ответственные соединения герметично располагаются внутри заряда, а на поверхность выводятся только монтажные провода 7 для подсоединения к геофизическому кабелю. Такая конструкция надежно защищает ответственные соединения спайки нагревательного элемента и монтажных проводов воспламенительного устройства 6, исключает изменение положения нихромовой спирали накаливания 8 в воспламенительном устройстве 6 при внешнем воздействии, предотвращает попадание скважинной жидкости, что исключает обрыв цепи и тем самым повышается надежность и стабильность воспламенения.
Воспламенительное устройство 6 (фиг. 3) состоит из нагревательной нихромовой спирали накаливания 8, намотанной на пороховой элемент 9, и двух отрезков монтажного провода 7. Использование порохового элемента 9 вместо резинового шнура, указанного в прототипе, позволяет обеспечить стабильность воспламенения зарядов. Длина отрезков нихромовой спирали накаливания 8, количество ее витков и сечение выбираются из условия обеспечения нагрева нихромовой спирали накаливания 8 и воспламенения заряда 5.
Заряды порохового генератора давления воспламеняют подачей электрического импульса на нагревательный элемент (нихромовую спираль накаливания).
Такая схема расположения воспламенительного устройства в торцевой «канавке» позволяет одновременно воспламенять внутренний, средний и внешний ряды заряда, что обеспечивает равномерное распределение горения заряда.
Применение воспламенительного устройства, расположенного внутри воспламенительного заряда, особенно расположенного герметично, позволяет заряду стабильно воспламеняться и обеспечивает равномерную передачу горения и газообразования зарядам основным.
Использование артиллерийского пороха как сырья с развитой поверхностью горения позволяет существенно увеличить скорость горения и повысить количество газообразных продуктов сгорания.
Конструкция заряда, в которой один из выступающих рядов одного заряда устанавливается в торцевую «канавку» другого заряда, позволяет исключить использование центрирующих колец и тем самым предотвратить засорение скважины и поломку насосного оборудования. Кроме того, это позволяет значительно увеличить быстроту передачи горения от одного заряда к другому и сократить время горения порохового генератора давления в целом, что снижает вероятность повышения температуры в скважине.
Предлагаемое изобретение обеспечивает максимальную вероятность безотказной работы порохового генератора давления в целом, что позволяет осуществить надежное газодинамическое воздействие на пласт.
Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипами являются полнота сгорания и отсутствие несгоревших остатков ввиду применения только сгорающих материалов, стабильность срабатывания воспламенительного устройства, уменьшение времени воспламенения заряда, равномерное газораспределение и горение порохового генератора давления, что значительно снижает нагрузку на геофизический кабель.
Наличие в конструкции зарядов для порохового генератора давления торцевой «канавки» и «хвостовой» части обеспечивает условную герметичность, а также упрощает сборку порохового генератора давления в полевых условиях без использования центрирующих колец.
Кроме того, применение имеющихся артиллерийских порохов, получаемых при утилизации боеприпасов, а также применяемая технология сборки зарядов без переработки позволяет существенно снизить расходы на их изготовление.
Конструктивная особенность предлагаемого изобретения позволяет изготавливать заряд порохового генератора давления с заранее заданными параметрами, применять его в различных конструкциях корпусных и бескорпусных устройствах для обработки конкретной скважины в зависимости от времени работы порохового генератора давления и максимально допустимого давления, учитывая горно-геологические особенности скважины и ее эксплуатационное состояние.
Литература
1. Заявка RU 2020100534.
2. ПМ RU 117502 Е21В 43/263, опубл. 27.06.2012.