Безоболочный заряд на основе микрокапсулированного окислителя для обработки нефтяных скважин

УДК 662.21

Р. М. Вахидов, Р. Ш. Гарифуллин, А. С. Сальников,

З. М. Рахматуллина, А. В. Косточко, В. Н. Савагин

БЕЗОБОЛОЧНЫЙ ЗАРЯД НА ОСНОВЕ МИКРОКАПСУЛИРОВАННОГО

ОКИСЛИТЕЛЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

Ключевые слова: микрокапсулированный окислитель, газогенератор, полимерная оболочка, прогрессивный характер газовыделения.

Апробирована технология микрокапсулирования аммиачной селитры для создания водостойких горюче-окислительных составов (ГОС). Использование микрокапсулиро-ванного окислителя позволяет формовать безоболочные изделия, не требующие герметизации, а также создавать газогенераторы с прогрессивным характером газовыделения. Размер полученных микрокапсул варьируется в пределах 5-30 мкм. При этом 90% массы микрокапсулы составляет аммиачная селитра, 8% - полимерная оболочка, являющаяся одновременно и горючим, 2% -технологическая добавка.

Кеу words: microencapsulated oxidizer, gas generators, polymer shell, progressive

character of gas discharge.

It is approved technology of microencapsulating NH4NO3, for making combustible oxidizing compositions (COC). The use of microencapsulated oxidizer enables to shape products without shell, which don't demand pressurization and also to make gas generators with progressive character of gas discharge. Dimensions of received microcapsules varies from 5 to 30 mkm. 90 % of microcapsule mass makes NH4NO3, 8 % - polymer shell, which is fuel at the same time, 2 % - technological addition.

В настоящее время для повышения нефтеотдачи пластов применяют различные методы обработки нефтяных скважин. Одним из таких методов является использование пороховых газогенераторов для гидроразрыва пласта. Недостаток пороховых газогенераторов заключается в опасности при обращении с ними и возможности несанкционированного срабатывания изделия, обусловленной высокой чувствительностью порохового заряда. Подобных недостатков лишены газогенераторы из ГОС, где в качестве окислителя применяется аммиачная селитра [1, 2, 3]. Однако крайне низкая водостойкость подобных составов затрудняет их использование без специальной оболочки. Микрокапсулирование окислителя полимерами позволяет создавать водоустойчивые заряды, не требующие защитной оболочки и герметизации, что позволяет увеличить удельную поверхность, а соответственно и обеспечить прогрессивный характер горения скважинных зарядов. Кроме того, с использованием полимерной микрокапсулы существенно увеличивается адгезия между капсулированным окислителем и эластомерным связующим.

Микрокапсулирование аммиачной селитры осуществлялось путем создания эмульсии типа «вода в масле», где в качестве дисперсионной среды применялся расплав или раствор полимера, а в качестве дисперсной фазы расплав аммиачной селитры. Стеклование

полимера в процессе охлаждения микроэмульсии приводит к образованию закапсулиро-ванной аммиачной селитры [4].

Для создания стабильной микроэмульсии, необходимо подобрать соответствующее поверхностно-активное вещество (ПАВ), от которого зависит прочность гидрофобной оболочки и размер микрокапсулы. Подбор ПАВ в каждом конкретном случае производился индивидуально с учетом компонентов [5]. Например, устойчивая эмульсия с удовлетворительной гидрофобностью микрокапсулы получаются при интенсивном смешении расплавов парафина и аммиачной селитры с ПГТ или эмульталом. Эффективным ПАВом для системы полиэтилен - аммиачная селитра является олеат триэтаноламина.

Водоустойчивость полученных микрокапсул оценивалась по потере массы аммиачной селитры после длительной выдержки в воде, нагретой до температуры 65-70 0С. Результаты по водостойкости микрокапсул аммиачной селитры с применением некоторых ПАВ приведены в табл. 1

Из данных приведённых в табл. 1 видно, что потеря окислителя некоторыми составами незначительна. Поэтому микрокапсулирование аммиачной селитры незначительно сказывается на эксплуатационных характеристиках готового изделия, например, на скорость и температуру горения.

Таблица 1 - Водостойкость микрокапсул аммиачной селитры с применением некоторых ПАВ

Материал микрокапсул ПАВ Потеря массы, после 8 ч выдержки (% мас).

Парафин-аммиачная селитра ПГТ 3

Парафин-аммиачная селитра эмультал 6

Полиэтилен-аммиачная селитра ПГТ 7

Полиэтилен-аммиачная селитра эмультал 15

Полиэтилен-аммиачная селитра олеат триэтанолами-на 2

Размеры полученных микрокапсул варьируется в пределах 5-30 мкм. Толщина внешней оболочки микрокапсулы зависит от содержания полимерного материала, обычно оно составляет 5-20% мас., при этом с увеличением массы полимера возрастает прочность пленки. Однако при использовании в качестве связующего в таких составах эластомеров, возникает недостаток кислорода, что приводит в свою очередь к понижению температуры горения и повышению зольности конечных продуктов. Вследствие этого, оптимальным является состав, содержащий 90% аммиачной селитры, 8% - полимера и 2% - ПАВ.

Испытания показали, что предложенный состав сгорает полностью, не оставляя золы. Отсутствие зольности является важной характеристикой газогенерирующих составов, так как твердые продукты сгорания приводят к засорению призабойной зоны скважины. Полнота сгорания ГОС зависит от дисперсности микрокапсул, уменьшение размера последних способствует их равномерному распределению в эластомерной матрице.

Литература

1. Аглиуллин, М.М. Новые термобарические технологии обработки призабойной зоны пластов / М.М. Аглиуллин [и др.] // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС. 2001. - Вып. 92. - С 23-26.

2. Еникеев, М.Д. Методы и технологии испытания и воздействия на призабойную зону пласта / М.Д. Еникеев [и др.] // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС. - 2000. - Вып. 66. - С 33-35.

3. Мадякин, Ф.П. Твердые топлива на основе порошкообразного эластомера для малогабаритных двигателей / Ф.П. Мадякин [и др.] // Вестник Казан. технол ун-та: специальный выпуск. - 2008. -С.53-54.

4. Солодовник, В.Д. Микрокапсулирование / В.Д. Солодовник. - М.: Наука. - 1980. -168с.

5. Холмберг, К. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах / К. Холмберг [и др.] // Москва: Бином. - 2007. - 528с.

© Р. М. Вахидов - канд. техн. наук, асс. каф. технологии твердых химических веществ КГТУ, wa-chidow@mail.ru; Р. Ш. Гарифуллин - канд. техн. наук, асс. каф. технологии твердых химических веществ КГТУ, rus-garifullin@yandex.ru; А. С. Сальников - студ. каф. технологии твердых химических веществ КГТУ; З. М. Рахматуллина - асп. той же кафедры; А. В. Косточко - д-р техн. наук, проф., зав. каф химии и технологии высокомолекулярных соединений КГТУ; В. Н. Савагин -канд. техн. наук, доц. той же кафедры.