Экспериментальные исследования опытных образов термогазогенератора для обработки скважин по определению температуры горения, удельного газообразования и содержания твердых шлаков

УДК 662.2-391.4

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

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗОВ ТЕРМОГАЗОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СКВАЖИН ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ, УДЕЛЬНОГО ГАЗООБРАЗОВАНИЯ И СОДЕРЖАНИЯ ТВЕРДЫХ ШЛАКОВ

Ключевые слова: термогазогенератор, удельное газообразование, температура горения, нефтяная скважина.

Проведены экспериментальные исследования опытных образов термогазогенератора на основе термопластичного твердого топлива по определению температуры горения, удельного газообразованию и количества твердых шлаков. Полученные экспериментальные характеристики сравнивались с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем. В результате сравнения сделан вывод о сходимости экспериментальных и расчетных данных, что свидетельствует о достоверности проведенных исследований.

Keywords: termogazogenerator, specific gasification, combustion temperature, oil well.

Experimental studies experienced termogazogenerator images based on a thermoplastic solid fuel, by definition, the combustion temperature, specific gas production and the amount of solid wastes. The experimental characteristics were compared with similar characteristics, obtained by calculation. The comparison concluded that the convergence of the experimental and calculated data, which indicates the reliability of the research.

В работах [1-2] проведены расчетные исследования по определению температуры горения характеристик удельного газообразования, содержания твердых шлаков состава термопластичного твердого топлива, составляющего заряд термогазогенератора. Установлены

оптимальные рецептуры составов топлива и расчетные значения указанных характеристик. В данной работе проведены экспериментальные исследования опытных образов термогазогенератора на основе термопластичного твердого топлива, составы которого были определены расчетным путем, затем оценивалась корреляция полученные экспериментальные данных с расчетными.

Для испытаний использовались опытные образцы термогазогенератора диаметром 63 мм, высотой 80мм и массой 0,2кг, устройство которых приведено в работе [3]. Для достоверности получаемых данных проводили по 5 параллельных испытаний. Исследования проводили на стендовой установке - автоклаве переменного давления, имитирующей скважинные условия. Схема установки приведена на рисунке 1.

Установка состоит из толстостенного цилиндрического сосуда внутренним диаметром 120 мм и высотой 1200 мм для размещения и сжигания образцов в жидкой среде. На боковой поверхности сосуда имеется отверстие для пьезоэлектрического датчика давления. Сосуд герметизируется пробками и крышками.

Опытные образцы, закрепляли на держателе и устанавливали в автоклаве, заполненной скважинной жидкостью, в качестве которой использовалась вода. При этом оставляется свободный объём воздушного пространства, который определяется исходя из массы сжигаемого образца.

Показания давления газов и температуры в процессе горения опытного образца регистрируются комплексом Нейва-2К. Для регистрации изменения объема газообразования во времени в процессе

горения испытуемого образца термогазогенератора используется ЭВМ БК, на котором производился расчет объема образующихся газов по уравнению состояния газов, образующихся при сжигании опытного образца в замкнутом объеме:

р(у-а)=ЯТ/М, где М - средний молекулярный вес продуктов, г/моль, а - коволюм газов (несжимаемый объем молекул газов выделяемых при сгорании 1 кг топлива) равен 0,5-1 л/кг, Я - универсальная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/М*К, Т - температура горения, К.

Рис. 1 - Схема стендовой установки1 -электрическая линия; 2, 8 - верхняя и нижняя крышки; 3, 7 - пробки; 4 - предохранительный клапан;

5 - опытный образец; 6 - корпус автоклава; 9 - пьезоэлектрический датчик; 10 - вентиль для сброса давления; 11- регистрирующая станция; 12 - пусковое устройство

С пульта управления, расположенного вне кабины подается электрический импульс, воспламеняющий образец. В процессе горения на ЭВМ регистрируется изменение удельного газообразования во времени, по которому производится оценка количества газов, выделяемых с единицы массы термогазогенератора. Результаты исследований приведены на рис. 2.

Температура горения во фронте образцов фиксировалась с помощью термопары ТХК-2088-07, которая крепилась к держателю термогазогенераторов. Сигнал с термопары передавался на комплекс Нейва-2К, где сигнал оцифровывался и передавался на ЭВМ, на котором строился график зависимости температуры горения от времени. Результаты исследований представлены на рисунке 3.

Рис. 2 - Зависимость газообразования от времени горения опытного образца

Из данных представленных на рисунке 2, видно, что с увеличением времени горения опытных образцов термогазогенератора объем газов увеличивается и после полного сгорания образца через 90с достигает своего максимума, равного 222 л. С учетом того, что опытные образцы термогазогенератора имели в среднем массу, равную 0,2 кг, удельный объем газов составил 1110 л/кг.

Рис. 3 - Зависимость температуры горения от времени горения опытного образца

Из данных представленных на рисунке 3 видно, что пик температуры горения составляет порядка 2045°С. Пик температуры горения соответствует прохождению фронта горения опытного образца генератора через термопару.

Определение количества шлаков после сгорания опытных образцов термогазогенератора определяли по формуле, %:

С=Ш1/т2х100, где Ш] - масса твердых шлаков после сгорания опытного образца, т2 - масса опытного образца.

После сгорания опытного образца в стендовой установке из нее извлекали твердые шлаки. Массу шлаков определяли взвешиванием на лабораторных весах ВЛТК-500 с точностью до 0,1г

В результате экспериментальных исследований установлено, доля твердых шлаков после сгорания опытных образцов термогазогенераторов составляет 3%.

Полученные экспериментальные значения исследуемых характеристик сравнивались с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем в работах [1-2]. Сравнительные данные по исследуемым характеристикам приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительные данные опытных образцов термогазогенератора по удельному газообразованию, температуре горения и количеству твердых шлаков, полученных расчетным и экспериментальным путем

Наименование параметра Расчетные значения Экспериментальные значения

Удельный объем газообразных продуктов, л/кг 1100-1200 1110

Температура горения, К 2000-2100 2045

Массовая доля шлаков, % 1-2 3

Из данных представленных в табл. 1, можно сделать вывод о сходимости результатов исследований, полученных экспериментальным и расчетным путем для опытных образцов термогазогенераторов по характеристикам удельного газообразования, температуры горения и количеству твердых шлаков. Наличие корреляционной связи между экспериментальными и расчетными данными свидетельствует о достоверности проведенных исследований.

Литература

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

2 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,

3. Гарифуллин Р.Ш., Базотов В.Я., Мокеев А.А., Сальников А.С., Файзуллина М.Р., Ахмадиев И.Д., Борисов В.М. «Термогазогенератор на основе термопластичного твердого топлива для обработки нефтяных скважин» Вестник КГТУ им. Кирова / Казан. гос. технол. ун-т. - Казань, т.16 выпуск №2, 2013. - С. 64

2012. - С. 254-256

© 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 КНИТУ, 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 -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.