СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОХОВЫХ ЗАРЯДОВ ГЕНЕРАТОРА ДАВЛЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING PRESSURE GENERATOR POWDER CHARGES

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретно к области создания газогенерирующих составов для пороховых зарядов генераторов давления, сжигаемых в процессе обработки продуктивного пласта, и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известен термостойкий газогенерирующий состав для высокопрочных скважинных элементов по патенту РФ на изобретение №2233975. Изобретение относится к области создания газогенерирующих составов для твердотопливных элементов, сжигаемых в интервале обработки продуктивного пласта и обеспечивающих термогазохимическое, барическое и виброволновое воздействия на призабойную зону пласта с одновременной солянокислой обработкой. Техническим результатом является повышение эффективности обработки скважины. Газогенерирующий состав предназначен для изготовления цилиндрических канальных элементов повышенной прочности, его можно использовать в глубоких скважинах при температурах до +150°C. Термостойкий газогенерирующий состав содержит, мас.%: полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами 7-9, трансформаторное масло в качестве пластификатора 5,6-6,5, ароматическую аминокислоту 0,03-0,11, ароматический амин 0,01-0,06, стабилизатор горения - дисилицид титана 0,6-1,5, модификатор горения 0,2-0,3, добавка, снижающая показатель v в законе скорости горения U=Pv, карбонат стронция 0,1-0,5, катализатор отверждения 0,01-0,1, аммоний хлорнокислый - остальное. Недостатком газогенерирующего состава для высокопрочных скважинных элементов является низкая скорость горения пороховых зарядов.
Известно твердое ракетное топливо по патенту РФ на изобретение №2170722. Изобретение относится к области создания твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в температурном диапазоне от 60 до минус 70°C, и, применяемых в различных ракетных системах. Предлагаемый состав топлива обладает улучшенными физико-механическими характеристиками при температурах до минус 70°C и сохраняет удовлетворительный уровень характеристик при положительных температурах до 60°C. Технический результат достигается за счет введения в состав топлива, наряду с отвердителем - ароматического амина и дополнительного соотвердителя - ароматической кислоты. Недостатком твердого ракетного топлива является низкая максимальная температура эксплуатации.
Известно твердое топливо по патенту РФ на изобретение №2090545. Использование: топливо для противоградовых установок, предназначенных для воздействия на облака с целью защиты сельскохозяйственных культур от градобитий. Сущность изобретения: топливо включает (в мас.%): нитроглицерин 24,0…26,0; динитротолуол 6,5…8,5; дибутилфталат 2,0…3,0; централит или дифениламин, или симметричную диэтилдифенилмочевину, или их смесь 1,4…2,5, окись магния или двуокись титана, или карбонат кальция, или алюминиево-магниевый сплав 1,5…2,5; окись железа 0,3…1,0; углерод 0,3…1,0; нитрат или гексанитрокобальтат калия 3,0…6,0; расплав стеарата цинка или натрия с вазелиновым, индустриальным, смазочным или сульфированным касторовым маслом в соотношении 1:20 0,8…1,2; сульфорицинат E 0,1…1,2; нитроцеллюлоза - остальное. Изготовление и переработка топлива осуществляется по известной технологии изготовления двухосновных топлив. Недостатком твердого топлива является то, что оно не может использоваться для пороховых зарядов генераторов давления, сжигаемых в процессе обработки продуктивного пласта.
Известно применение композиции для тушения пожара в качестве ракетного топлива по патенту РФ на изобретение №2157270. Настоящее изобретение относится к применению композиций для тушения пожара, содержащей в качестве окислителя соли динитрамида, и/или их смеси с нитратами, и/или перхлоратами щелочных и/или щелочноземельных металлов и аммония (по патенту России № 2105581), по новому значению - в качестве ракетных топлив самого различного назначения и направлений применения как в военной, так и гражданской продукции. Изобретение заключается в применении композиции для тушения пожара, содержащей термически рассеиваемый компонент, окислитель, связующее и добавки и характеризующейся тем, что в качестве окислителя она содержит неорганическое соединение, выбранное из группы, содержащей соли динитрамида, например калиевую, натриевую, цезиевую, аммониевую, как в чистом виде, так и их смеси, их смеси с нитратами и/или перхлоратами тех же металлов и катионов, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термически рассеиваемый компонент 0,2-5,0; окислитель 70,0-76,0; связующее 8,0-14,0, добавки 10,8-20,0 в качестве ракетного топлива. Недостатком композиции для тушения пожара является то, что оно не может использоваться для обработки продуктивного пласта скважины.
Известно устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта по патенту РФ на изобретение №2151282. Используется в нефтегазодобывающей промышленности для термогазохимической обработки продуктивного пласта. Устройство содержит бескорпусный заряд из твердотопливного материала, который соединен с кабелем-тросом и выполнен в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом. Отношение длины канала к его диаметру равно (40-120):1. Перпендикулярно к центральному круглому каналу в теле заряда по его длине выполнены ряды поперечных сквозных каналов диаметром 0,25-1,1 диаметра центрального круглого канала. В каждом ряду поперечные сквозные каналы выполнены пересекающимися под прямым углом друг к другу, а расстояние по длине заряда между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов равно отношению (20-40):1 длины центрального круглого канала к его диаметру. Устройство дополнительно содержит выступающие из шашки сегменты из твердотопливного материала, расположенные на противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала. В сегментах выполнены продольные пазы. Расстояние между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки. Отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1. Недостатком устройства для термогазохимической обработки продуктивного пласта является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известно устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте (варианты) по патенту РФ на изобретение №2170339. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, в частности, к кумулятивным перфораторам и пороховым генераторам давления, применяемым в скважинах. Обеспечивает увеличение эффективности перфоратора и увеличение размеров каналов в колоннах и создания дополнительных трещин в прилегающей к скважине зоне. Сущность изобретения: устройство содержит соединенный с кабелем-тросом для спуска в скважину кумулятивный перфоратор с зарядами взрывчатого вещества. Он образует при детонации кумулятивные струи. Имеется пороховой генератор давления с твердотопливными элементами. Твердотопливные элементы порохового генератора давления расположены между кумулятивными зарядами взрывчатого вещества или около зарядов взрывчатого вещества, соприкасаясь с ними. Твердотопливные элементы могут быть расположены в нижней части устройства вместо груза или части этого груза. При этом твердотопливные элементы не пересекают оси кумулятивных струй и выполнены из неметаллизированного баллиститного или смесевого твердого ракетного топлива в виде цилиндров с центральным круглым каналом, в которых длина и диаметр центрального канала связаны соотношением (20…40):1. Содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента составляет не более 1,5%. В других вариантах устройства длина и диаметр центрального канала связаны другими соотношениями. Кроме того, в других вариантах приведено другое содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента. В других вариантах приведено и другое размещение составных частей устройства и их выполнение. Недостатком устройства для перфорации скважин и трещинообразования в пласте является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известен способ обработки продуктивного пласта и заряд по патенту РФ на изобретение №2176728. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам обработки призабойной зоны пласта. На продуктивный пласт оказывают термогазохимическое, барическое и виброволновое воздействия путем сжигания твердотопливного заряда в интервале пласта. Одновременно с горением заряда проводят кислотную обработку пласта. Соляную кислоту получают в виде парогазовой смеси при высоких температурах и давлениях, превышающих внутрипластовые значения этих параметров, непосредственно из материала твердотопливного заряда. Масса полученной соляной кислоты должна составлять не менее 20% от массы заряда. В качестве материала заряда используют компоненты, применяемые при производстве смесевых твердых топлив. В качестве окислителя используют водорастворимые соли хлорной кислоты, например перхлората аммония, скрепленные горючими компонентами в виде каучукоподобного связующего. Наполнитель используется в виде порошка стабилизатора горения не более 1,5% к массе заряда. Соотношение длины и диаметра центрального канала зависит от размера и состава заряда, температуры и давления в скважине. Расстояния между рядами радиальных сквозных каналов зависят от соотношения длины и диаметра центрального канала. Недостатком способа обработки продуктивного пласта и заряда является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известен газогенерирующий состав на основе нитрата аммония по патенту РФ на изобретение №2444505. Газогенерирующий состав на основе нитрата аммония, используемого в качестве окислителя, включающий горючее-связующее и горючее, отличающийся тем, что дополнительно содержит катализатор - дикарболлильный комплекс железа, в качестве горючего-связующего - метилполивинилтетразол, пластифицированный эвтектикой динитразапентана с 1,2,4-нитротриазолом при следующем содержании компонентов, мас.%: Метилполивинилтетразол 5; Динитразапентан 7; 1,2,4-нитротриазол 16; Динитрамид гуанилмочевины 20-50; Дикарболлильный комплекс железа 2; Нитрат аммония марки ЖВ, остальное до 100%. Недостатком газогенерирующего состава на основе нитрата аммония является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известен термогазогенератор для обработки призабойной зоны продуктивного пласта нефтяных скважин и способ его изготовления по патенту РФ на изобретение №2184220. Термогазогенератор снаряжен термостойкими твердотопливными шашками, позволяющими использовать его при обработке скважин с температурой на забое до 220°C. Твердотопливные шашки защищены от воздействия скважинной жидкости защитной оболочкой, в которую формуют топливную массу в процессе изготовления шашек. Шашки установлены вертикально друг на друга по торцевым поверхностям с помощью устройства сборки. Защитные оболочки выполнены сгораемыми из прорезиненной баллонной ткани типа 500И. Состав сгорающих элементов - твердотопливных шашек включает окислитель, горючее, технологические добавки. Имеются воспламенитель с нагревательным элементом и узел крепления. При 30-50°C в течение 1-1,5 ч смешивают 12-27 мас.% этиленпропиленового горючего связующего, 70-80 мас.% перхлоратного окислителя и 1-12 мас.% функциональных добавок. В течение 0,5-1,0 ч вакуумируют полученную массу, формуют и подвергают ступенчатой полимеризации. Недостатком термогазогенератора для обработки призабойной зоны продуктивного пласта нефтяных скважин является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известно газогенерирующее термостойкое топливо для скважинных аппаратов по патенту RU №2182147 (близкий аналог). Предлагаемое изобретение позволяет создать термостойкое (200-260°C) твердое топливо для АДС и ПГД с улучшенными по сравнению с прототипом энергетическими характеристиками (повышенные энергоемкость и удельный объем выделяемых газов) и пониженным содержанием конденсированной фазы в продуктах сгорания. Технический результат достигается за счет того, что в качестве горючего связующего используют этиленпропиленовый каучук, пластифицированный авиационным маслом, а в качестве окислителя - соли хлорной кислоты: перхлорат калия или(и) аммония. Наиболее существенное повышение энергоемкости достигается введением в состав алюминиевого порошка в количестве до 10 мас.%. Примеры композиций и характеристики предложенного состава и прототипа представлены в табл.1 и 2. Процесс приготовления предлагаемого газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении этиленпропиленового каучука с маслом, технологическими добавками, окислителями, вулканизующими агентами, перемешивании массы при 40-60°C в течение 1,0-1,5 ч без вакуума и 0,5-1,0 под вакуумом с последующей запрессовкой в корпус изделия и полимеризацией при 60-90°C в течение 2-5 суток. Недостатком газогенерирующего термостойкого топлива является неоднородный с включениями воздуха состав, что снижает скорость детонации.
Известно устройство для смешения компонентов взрывчатых веществ и формования изделий из них по патенту RU №2244700 (близкий аналог). Технический результат достигается тем, что конец выгрузочного канала корпуса верхнего смесителя выполнен в виде съемной втулки с фильерой. Она герметично соединена с корпусом смесителя управляемым механизмом захвата - байонетным затвором с приводом и герметично установлена во входном окне вакуумной камеры. Манжетное уплотнение и поджимной фланец манжет с опорной поверхностью под втулку обеспечивают возможность осевого перемещения втулки при раскрытом затворе втулки. Через тяги, размещенные внутри вакуумной камеры, втулка соосно соединена с корпусом гидроцилиндра, расположенного с наружной стороны камеры. На опорных бобышках для тяг со стороны гидроцилиндра установлена упорная вставка с приводом, перемещающаяся перпендикулярно оси штока гидроцилиндра и устанавливаемая при втянутом штоке гидроцилиндра между опорной шайбой, закрепленной на штоке, и бобышкой камеры. При этом размер вставки по длине выполнен больше величины, необходимой для выхода втулки из затвора. Для перекрытия выходного отверстия втулки верхнего смесителя на конце штока гидроцилиндра установлена заглушка с эластичным уплотнительным элементом. Недостатком устройства для смешения компонентов является неоднородный с включениями воздуха состав твердого топлива.
Задачами создания изобретения являются: повышение эффективности воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива за счет увеличения скорости детонации, повышение скорости горения пороховых зарядов и увеличение давления в скважине.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что способ изготовления газогенерирующего состава для пороховых зарядов генератора давления включает смешивание отдельных компонентов, вакуумирование и полимеризацию. Смесь перемешивают в герметичной емкости, в которой с помощью компрессора создают разряжение, и под давлением заливают в пресс-форму, из которой предварительно компрессором откачивают воздух, причем вакуумацию и заливку в пресс-форму выполняют с приложением вертикальных и горизонтальных вибраций, что позволяет более эффективно перемешать отдельные компоненты и удалить пузырьки воздуха.
Устройство для изготовления газогенерирующего состава пороховых зарядов генератора давления состоит из герметичной закрывающейся крышкой емкости соединенной с компрессором для вакуумации. В крышке выполнено отверстие, уплотненное сальником, через которое проходит вал, соединяющий через редуктор перемешивающую рамку и электродвигатель, на крышке установлен манометр, верхняя внутренняя часть емкости, например, через крышку соединена трубопроводом вакуумации с компрессором, между крышкой емкости и компрессором установлены последовательно стеклянная трубка трубопровода вакуумации и кран трубопровода вакуумации, за компрессором установлен кран сброса воздуха, нижняя внутренняя часть емкости соединена с пресс-формой трубопроводом подачи смеси, между емкостью и пресс-формой установлен кран трубопровода подачи смеси, часть трубопровода между краном трубопровода подачи смеси и пресс-формой выполнена в виде гибкого шланга, пресс-форма выполнена разборной, на ее внешней поверхности размещены нагревательные элементы, пресс-форма соединена трубопроводом откачки воздуха с компрессором, между пресс-формой и компрессором установлены последовательно стеклянная трубка трубопровода откачки воздуха и кран трубопровода откачки воздуха. Емкость и пресс-форма закреплены на вибростенде. Трубопровод откачки воздуха может быть соединен с дополнительным компрессором, при этом компрессор в трубопроводе вакуумации устанавливается без крана сброса воздуха. В пресс-форме соосно корпусу закреплен знак, для создания в пороховом заряде отверстия.
Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет всем критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…4, где:
на фиг.1 перемешивание смеси газогенерирующего состава и ее вакуумация на вибростенде,
на фиг.2 откачка воздуха из пресс-формы и ее заполнение под давлением смесью,
на фиг.3 полимеризация,
на фиг.4 трубопровод откачки воздуха может быть соединен с дополнительным компрессором.
На технический результат влияет однородность полученной смеси и отсутствие включений воздуха, что достигается новым способом изготовления газогенерирующего состава для пороховых зарядов генератора давления, который включает смешивание отдельных компонентов, вакуумирование и полимеризацию. Смесь 1 перемешивают в герметичной емкости 2, в которой с помощью компрессора 3 создают разряжение, и под давлением заливают в пресс-форму 4, из которой предварительно компрессором 3 или дополнительным компрессором 5 откачивают воздух, причем вакуумацию и заливку в пресс-форму 4 выполняют с приложением вертикальных и горизонтальных вибраций на вибростенде 6.
Устройство для изготовления газогенерирующего состава пороховых зарядов генератора давления состоит из герметичной закрывающейся крышкой 7 емкости 2, соединенной с компрессором 3 для вакуумации. В крышке 7 выполнено отверстие, уплотненное сальником 8, через которое проходит вал 9, соединяющий через редуктор 10 перемешивающую рамку 11 и электродвигатель 12, на крышке установлен манометр 13, верхняя внутренняя часть емкости 14, например, через крышку 7 соединена трубопроводом вакуумации 15 с компрессором 3, между крышкой 7 емкости и компрессором 3 установлены последовательно стеклянная трубка трубопровода вакуумации 16 и кран трубопровода вакуумации 17, за компрессором 3 установлен кран сброса воздуха 18, нижняя внутренняя часть емкости 19 соединена с пресс-формой 4 трубопроводом подачи смеси 20, между емкостью 2 и пресс-формой 4 установлен кран трубопровода подачи смеси 21, часть трубопровода между краном трубопровода подачи смеси 21 и пресс-формой 4 выполнена в виде гибкого шланга 22, пресс-форма 4 выполнена разборной, на ее внешней поверхности 23 размещены нагревательные элементы 24, пресс-форма 4 соединена трубопроводом откачки воздуха 25 с компрессором 3, между пресс-формой 4 и компрессором 3 установлены последовательно стеклянная трубка трубопровода откачки воздуха 26 и кран трубопровода откачки воздуха 27. Емкость 2 и пресс-форма 4 закреплены на вибростенде 6. Трубопровод откачки воздуха 25 может быть соединен с дополнительным компрессором 5, при этом компрессор 3 в трубопроводе вакуумации 15 устанавливается без крана сброса воздуха 18. В пресс-форме 4 соосно корпусу закреплен знак 28, для создания в пороховом заряде отверстия.
Устройство для изготовления газогенерирующего состава пороховых зарядов генератора давления работает следующим образом. Отдельные компоненты газогенерирующего состава помещают в герметичную емкость 2. Закрывают крышку 7, и кран трубопровода подачи смеси 21. Открывают кран трубопровода вакуумации 17 и кран сброса воздуха 18. Включают вибростенд 6 и компрессор 3. Включают электродвигатель 12, который через редуктор 10 вращает вал 9 с перемешивающей рамкой 11. Рамка 11 перемешивает смесь, одновременно из емкости 2 компрессор 3 выкачивает воздух. Разряжение контролируется по показаниям манометра. Объем смеси увеличивается. После вакуумации и в случае появления смеси в стеклянной трубке трубопровода вакуумации 16, кран сброса воздуха 18 закрывают, переключают у компрессора 3 направление подачи воздуха. Открывают кран трубопровода откачки воздуха 27 из пресс-формы 4 и кран трубопровода подачи смеси 21. При этом компрессор 3 откачивает воздух из пресс-формы 4 и подает его в емкость 2. Смесь под давлением заполняет пресс-форму 4, в которой предварительно создано разряжение, что обеспечивает однородный без включений воздуха газогенерирующий состав пороховых зарядов. Трубопровод откачки воздуха 25 может быть соединен с дополнительным компрессором 5, при этом компрессор 3 в трубопроводе вакуумации 15 устанавливается без крана сброса воздуха 18, при этом компрессор 3 работает на нагнетание воздуха в емкость 2, а компрессор 5 на создание разряжения в пресс-форме 4. После появления смеси в стеклянной трубке трубопровода откачки воздуха 26, кран трубопровода откачки воздуха 27 и кран трубопровода подачи смеси 21 закрывают. Выключают компрессоры 3, 5 и включают нагревательные элементы 24 для полимеризации газогенерирующего состава пороховых зарядов. После полимеризации пресс-форма 4 разбирается и из порохового заряда извлекается знак 28. Использование устройства для изготовления газогенерирующего состава позволяет снизить энергетические потери, связанные с неоднородностью смеси и воздушными включениями пороховых зарядов генератора давления.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
2. Увеличить давление на пласт в интервале обработки.
3. Повысить или восстановить пропускные свойства прилегающей к скважине породы.
4. Обеспечить термогазохимическую обработку и разрыв нефтегазоносных пластов.
5. Получить однородный без включений воздуха высокоэффективный газогенерирующий состав.