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, в том числе с осложненными геофизическими условиями.
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, С06В 29/22, заявлено 5.04.2000), бутадиенстирольного термоэластопласта (патент России №2183609, МПК C06D 5/06, C06B 29/22, заявлено 5.04.2000).
Недостатком топлив по заявке на изобретение 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 имеет место и в аналогах (патенты RU №№2182147, 2183609).
Наиболее близким, принятым за прототип, является топливо (патент России №2183609, МКИ 7 С06D 5/06, С06В 29/22, заявлено 5.04.2000, опубликовано 20.06.2002) на основе бутадиенстирольного термоэластопласта, содержащее перхлорат калия в качестве окислителя. Прототип имеет следующие недостатки: недостаточно высокие энергоемкость и 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 не только термобарическое, но и химическое воздействие 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 и термопластичное горючее. В качестве окислителя газогенерирующее топливо содержит перхлорат аммония, а в качестве термопластичного горючего - хлорсодержащий термопластичный полимер или его смесь с хлорсодержащим низкомолекулярным соединением. Соотношение компонентов в предлагаемом газогенерирующем топливе следующее, мас.%:
Окислитель
60,0…80,0
Тсрмопластичное горючее
20,0…40,0
В качестве хлорсодержащего термопластичного полимера газогенерирующее топливо содержит хлорированный полиэтилен, или поливинилхлорид, или хлорированный поливинилхлорид, или хлорсульфированный полиэтилен. В качестве хлорсодержащего низкомолекулярного соединения оно может содержать хлорпарафин, или метилхлороформ, или тетрахлорэтан, или перхлорэтилен, или дихлорбензол, или гексахлор-п-ксилол. Оптимальное соотношение хлорсодержащего термопластичного полимера и хлорсодержащего низкомолекулярного соединения в термопластичном горючем 1:0,1…1:2.
Газогенерирующее топливо, в составе которого нет хлорсодержащего низкомолекулярного соединения или его количество мало, дополнительно может содержать технологическую добавку - стеарат кальция или цинка в количестве 0,05…1,0 мас.%.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами, приведенными в таблице 1. Данные в таблице приведены при давлении в скважине 50 МПа.
Пример изготовления газогенерирующего топлива варианта 1.
Процесс изготовления газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении хлорсодержащего термопластичного горючего с технологической добавкой и окислителем, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 1,0…1,5 ч. Полученную смесь формуют при температуре 120…160°С методом экструзии или горячего глухого прессования.
Пример изготовления газогенерирующего топлива варианта 2.
Процесс изготовления газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении хлорсодержащего термопластичного горючего с хлорсодержащим низкомолекулярным соединением, технологической добавкой, окислителем, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 1,0…1,5 ч. Полученную смесь формуют при температуре 120…160°С методом экструзии или горячего глухого прессования.
Пример изготовления газогенерирующего топлива варианта 3.
Процесс изготовления газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении хлорсодержащего термопластичного горючего с хлорсодержащим низкомолекулярным соединением, окислителем, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 1,0…1,5 ч. Полученную смесь формуют при температуре 120…160°С методом экструзии или горячего глухого прессования.
Как следует из данных таблицы 1, при сгорании 1 кг предлагаемого газогенерирующего топлива выделяется 73 9…915 л газообразных продуктов. Продукты сгорания предлагаемого газогенерирующего топлива на хлорсодержащем термопластичном горючем имеют высокое содержание хлористого водорода - до 260 л. В условиях обводненных скважин при сгорании каждого килограмма предлагаемого газогенерирующего топлива образуется в пересчете на 20%-ную концентрацию 1,66…2,12 кг соляной кислоты. Конденсированная фаза в продуктах сгорания отсутствует. Предлагаемое газогенерирующее топливо отличается высокой энергоемкостью - 87856…107080 кгс м/кг. Температура продуктов сгорания составляет 2429…3535 К.
При содержании термопластичного горючего менее 20% происходит снижение объема хлористого водорода, выделяющегося при сгорании топлива. Увеличение количества хлорсодержащего горючего в составе до величины более 40% приводит к снижению как энергоемкости топлива, так и содержанию хлористого водорода в продуктах его сгорания. Увеличение содержания хлорсодержащего низкомолекулярного соединения в составе термопластичного горючего более 2-х частей на 1 часть хлорсодержащего термопластичного полимера влечет снижение механических характеристик газогенерирующего топлива. При содержании хлорсодержащего низкомолекулярного соединения в составе термопластичного горючего менее 0,1 части на 1 часть хлорсодержащего термопластичного полимера газогенерирующее топливо имеет характеристики, аналогичные варианту, в котором отсутствует хлорсодержащее низкомолекулярное соединение.
Таким образом, предлагаемое топливо превосходит прототип по основным эксплуатационным характеристикам - по энергоемкости, по объему газообразных продуктов сгорания, содержанию хлористого водорода в них.