Способ и композиция для химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к инициированию горения водных растворов горючеокислительных составов - ГОС, используемых для воздействия на продуктивный пласт давлением газообразных продуктов горения для возбуждения скважин путем формирования трещин или разрывов пласта. Техническим результатом является ускорение горения водного раствора ГОС. В способе химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта, включающем введение в водный раствор ГОС инициатора горения, в качестве инициатора-ускорителя горения используют композицию, полученную в виде спрессованных таблеток из смеси компонентов, следующего состава, мас.%: боргидрид натрия 85 - 95, перекись натрия 5 - 15. Причем инициатор используют в количестве 2 - 5 мас.% от массы водного раствора ГОС. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам инициирования горения водных растворов горючеокислительных составов - ГОС, используемых для воздействия на продуктивный пласт давлением газообразных продуктов горения с целью возбуждения скважин путем формирования трещин или разрывов пласта.

Примерами растворов ГОС являются водные растворы на основе аммиачной селитры и водорастворимых горючих органического происхождения. Такие растворы не содержат токсичных компонентов, имеют широкую сырьевую базу, пожаро- и взрывобезопасны при нормальных условиях, имеют низкую стоимость [1]. Для образования трещин давление при горении растворов ГОС в скважине должно превышать горное давление, составляющее 25-50 МПа, необратимые трещины образуются при давлении ~100 МПа [2].

Известен тепловой способ инициирования горения закачанного в скважину водного раствора ГОС [3] с помощью источника энергии с требуемым энерговыделением. В качестве источника энергии используются преимущественно пороховые заряды массой около 10 кг (примерно 2% от массы раствора ГОС). Максимальное давление в скважине при сгорании раствора ГОС, инициированного указанным способом, достигает 120 МПа, что обеспечивает надежный разрыв пласта и приводит примерно к трехкратному увеличению производительности низкодебитных скважин.

Недостатком такого способа инициирования горения водных растворов ГОС с использованием пороха в качестве инициирующей композиции является возможность разрушения скважины из-за перехода горения порохового заряда во взрыв. Возможность неконтролируемого перехода горения во взрыв связана с высокой теплотворной способностью инициирующих пороховых композиций (~4 МДж/кг).

Наиболее близким аналогом является способ химического инициирования горения водных растворов ГОС при барической обработке пласта [4], включающий закачку в скважину водного раствора ГОС с последующим введением инициатора горения - композиции из смеси порошков алюминия и оксида хрома VI общей массой 2-8% от массы раствора ГОС.

Наиболее близким аналогом в части композиции является композиция для химического инициирования горения водного раствора ГОС при барической обработке пласта, полученная в виде спрессованных таблеток из смеси компонентов порошков алюминия и оксида хрома VI [4].

Недостаток этих способа и композиции заключается в том, что при их применении давление во время горения раствора ГОС в скважине (~60 МПа) не достигает уровня, требуемого для формирования необратимых трещин в пласте (~100 МПа). Это снижает продолжительность существования образующихся трещин и уменьшает результативность обработки пласта. Для повышения давления необходимо ускорить процесс горения раствора ГОС, т.е. сократить время его сгорания.

Задачей изобретения является ускорение горения водного раствора ГОС.

Указанная задача решается тем, что в способе химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава - ГОС, включающем введение в водный раствор ГОС инициатора горения, в качестве инициатора используют композицию, обеспечивающую наряду с инициированием ускорение горения состава (мас.%): боргидрид натрия 85-95, перекись натрия 5-15. Указанная композиция в дальнейшем называется ИУГ - инициатор-ускоритель горения.

Обычные приемы ускорения горения основаны на дополнительном предварительном включении в горючую систему промоторов (катализаторов) горения [5]. Роль инициатора горения ограничивается запуском устойчивого горения системы.

Предлагаемое решение использования одной и той же композиции для одновременного инициирования и ускорения горения является нестандартным.

Принцип действия изобретения заключается в следующем: - контакт ИУГ с раствором ГОС приводит к воспламенению на границе между ИУГ и раствором, что запускает (инициирует) горение раствора; - теплообмен горящего раствора с ИУГ обеспечивает нагрев и термическое разложение боргидрида натрия на поверхности ИУГ. Температура разложения боргидрида натрия - 400^oC, разложение сопровождается выделением газообразного гидрида бора (BH₃); - перекись натрия вступает в экзотермическую реакцию с боргидридом натрия на нагретой поверхности ИУГ. Тепловыделение за счет реакции ускоряет термическое разложение боргидрида натрия; - выделяющийся при разложении боргидрида натрия гидрид бора вступает в экзотермическое взаимодействие с водяным паром в зоне горения раствора ГОС, что повышает энерговыделение в зоне горения и ускоряет горение раствора ГОС.

Указанная задача также решается тем, что инициатор используют в количестве 2 - 5 мас.% от массы водного раствора ГОС. Малое содержание перекиси натрия в ИУГ обеспечивает низкую теплотворную способность заявляемой композиций боргидрид натрия - перекись натрия (менее 0,4 МДж/кг), что делает ИУГ взрывобезопасным.

Указанная задача также решается тем, что композиция для химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта, полученная в виде спрессованных таблеток из смеси компонентов, содержит в качестве компонентов боргидрид натрия и перекись натрия при следующем их соотношении (мас.%): боргидрид натрия - 85-95 перекись натрия - 5-15 Примеры реализации изобретения сведены в таблицы 1 и 2.

Инициирующие композиции ИУГ получают в виде таблеток путем прессования перемешанной смеси компонентов.

Испытания проводят в модельной установке объемом 1 л, выдерживающей давление до 600 МПа и нагретой до 60^oC, в которую помещают водные растворы ГОС, нагретые до той же температуры. Температуру испытаний выбирают как типичную пластовую температуру. Масса растворов ГОС составляет 400 г, масса таблеток ИУГ - 2 и 5% от массы раствора ГОС, содержание перекиси натрия в ИУГ - 5 и 15 мас.%, создаваемое азотом начальное давление в установке - 10 МПа. Горение раствора инициируют введением таблеток ИУГ в раствор ГОС, время горения определяют по регистрации нарастания давления. Значения времени горения представлены в таблице 1, составы растворов ГОС, приготовленные в соответствии с рецептурой, данной в [4], - в таблице 2.

Данные таблицы 1 показывают, что увеличение содержания перекиси натрия в ИУГ с 5 до 15 мас.% сокращает время горения растворов ГОС в 5 - 7 раз. Это означает, что инициатор способен значительно ускорить горение растворов ГОС.

Таким образом, заявляемый способ и композиция для инициирования горения водного раствора ГОС позволяют и инициировать и ускорять горение раствора ГОС, используемого для барической обработки пласта.

Источники информации 1. Прострелочно-взрывные и импульсные виды работ в скважинах / Сборник научных трудов.М.,ВНИПИвзрывгеофизика, 1989, 196 с.

2. Желтов Ю.П. Деформация горных пород. М., Недра, 1966, 198 с.

3. Патент РФ N 2092682, E 21 B 43/263, 1997.

4. Патент РФ N 2126084, E 21 B 43/24, 43/25, 1999.

5. Глазкова А. П. Катализ горения взрывчатых веществ. М., Наука, 1976, 263 с.

Формула изобретения

1. Способ химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта, включающий введение в водный раствор горючеокислительного состава инициатора горения, отличающийся тем, что в качестве инициатора используют композицию состава, мас.%:
Боргидрид натрия - 85 - 95
Перекись натрия - 5 - 15
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициатор используют в количестве 2 - 5 мас.% от массы водного раствора горючеокислительного состава.

3. Композиция для химического инициирования горения водного раствора горючеокислительного состава при барической обработке пласта, полученная в виде спрессованных таблеток из смеси компонентов, отличающаяся тем, что в качестве компонентов она содержит боргидрид натрия и перекись натрия при следующем их соотношении, мас.%:
Боргидрид натрия - 85 - 95
Перекись натрия - 5 - 15

РИСУНКИ

Рисунок 1