Газогенерирующее термостойкое топливо для скважинных аппаратов

 

Изобретение относится к области создания твердых топлив, предназначенных для использования в качестве рабочего тела в скважинных аппаратах (пороховых генераторах давления (ПГД), аккумуляторах давления скважин (АДС) и др.). Согласно изобретению газогенерирующее термостойкое топливо для скважинных аппаратов включает в себя окислитель - перхлорат калия, горючее - бутадиенстирольный термоэластопласт, вулканизирующие агенты - серу, тетраметилтиурамдисульфид, окись цинка и альтакс или каптакс, а также содержит углеводородный пластификатор. В качестве углеводородного пластификатора топливо может содержать трансформаторное или индустриальное масло. Изобретение направлено на создание термостойкого (до 260^oС) твердого топлива для АДС и ПГД с повышенной энергоемкостью и удельным объемом выделяемых газов и пониженным содержанием конденсированной фазы в продуктах сгорания. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области создания твердых топлив, предназначенных для использования в качестве рабочего тела в скважинных аппаратах (пороховых генераторах давления ПГД, аккумуляторах давления скважин АДС и др.) для термогазохимического воздействия на призабойную зону с целью повышения продуктивности нефтяных скважин, в том числе с осложненными геотермальными условиями.

Известны также термостойкие газогенерирующие топлива на основе фторированного эластомера (США, патент 3203843, НКИ 149-19, заявлено 24.01.62, опубликовано 31.08.65), полисилоксанового связующего (Швеция, патент 323842, МКИ С 06 d 5/06, заявлено 25.07.65, опубликовано 11.05.70) и другие (США, патент 3463682, МКИ С 06 В, заявлено 13.02.67, опубликовано 26.08.69, НКИ 149-19).

Недостатками этих топлив являются низкая энергоемкость, присутствие в продуктах сгорания либо агрессивных элементов (F; HF), вызывающих коррозию оборудования и снижение качества нефти, либо конденсированного кремния, увеличивающего общее содержание конденсированной фазы, вызывающей эрозию и забивание нефтедобывающего оборудования, а также снижение проницаемости горных пород нефтяного пласта.

Наиболее близким, принятым за прототип, является состав на основе полиакрилового каучука и ПХК (США, патент 152020 НКИ 149-03 заявлено 25.05.62, опубликовано 6.09.64; пункт 10) как наиболее близкий по составу (одинаковый окислитель), термостойкости (260^oС) и назначению (для скважинных аппаратов).

Прототип имеет следующие недостатки: недостаточно высокие энергоемкость и удельный объем выделяемых газов (на 1кг сгораемого топлива), а также присутствие конденсированной фазы в продуктах сгорания), которые являются существенным препятствием для повышения эффективности работы скважинных аппаратов и, как следствие, продуктивности нефтяных скважин (т.е. нефтеотдачи).

Предложено: Газогенерирующее термостойкое топливо, включающее перхлорат калия в качестве окислителя, горючее, технологические добавки, вулканизующий агент, которое отличается от наиболее близкого аналога тем, что в качестве горючего используют бутадиенстирольный термоэластопласт, пластифицированный углеводородным пластификатором; в качестве вулканизующего агента термостойкое топливо содержит серу, тетраметилтиурамдисульфид, окись цинка и альтакс или каптакс. В качестве углеводородного пластификатора используют трансформаторное или индустриальные масла. Соотношение компонентов в предлагаемом топливе следующее, мас.%: Перхлорат калия - 70-85 Бутадиенстирольный термоэластопласт - 3-11 Пластификатор - 11,6-17 Вулканизирующие агенты - 0,4-2,0 Оптимальное соотношение вулканизующих агентов в предлагаемом термостойком топливе: сера 0,1-0,7 мас.%, тетраметилтиурамдисульфид 0,1-0,6 мас.%, окись цинка 0,2-1,2 мас.%, альтакс или каптакс 0,03-0,2 мас.%.

Предлагаемое изобретение позволяет создать термостойкое (до 260^oС) 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, а именно улучшение энергетических характеристик и снижение содержания конденсированной фазы, достигается использованием в качестве горючего связующего бутадиенстирольного термоэластопласта, пластифицированного углеводородным пластификатором в сочетании с выбранной вулканизующей системой, взятыми в оптимальном соотношении.

Примеры композиции и характеристики предложенного состава и прототипа представлены в таблице.

Термодинамические характеристики составов просчитаны в одинаковых условиях применительно к скважинам различной глубины (до 10 км).

Уменьшение содержания ПХК менее 70 мас.% нежелательно, т.к. ведет к существенному увеличению содержания конденсированной фазы из-за недостаточной обеспеченности окисляющими элементами. Увеличение его более 85 мас.% нежелательно ввиду сложности технологической переработки массы с малым содержанием связующего (менее 15 мас.%).

Процесс приготовления предлагаемого газогенерирующего термостойкого топлива заключается в последовательном смешении в смесителях типа "Беккен" сополимера дивинилстирола с маслом, перхлоратом калия, отверждающими добавками, перемешивании массы при 50-80^oС в течение 1,0-1,5 ч, затем перемешивании под вакуумом в течение 0,5-1,0 ч с последующей запрессовкой в корпус изделия и полимеризацией при 80-140^oС в течение 1-5 суток.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемый состав при сохранении достаточно высокой термостойкости (того же уровня, что и у прототипа, а именно 260^oС) превосходит прототип по энергоемкости (варианты 2; 3; 5; 6), содержанию конденсированной фазы при соотношении компонентов, близком к оптимальному (варианты 3; 6), а по удельному объему газов, во всем заявленном диапазоне соотношения компонентов. Причем при оптимальном соотношении компонентов (варианты 3; 6) в отличие от прототипа (варианты 1; 2) может быть достигнуто полное отсутствие конденсированной фазы в расчетных продуктах сгорания топлива на глубинах до 5 км (Р=50МПа).

Таким образом, предлагаемый состав превосходит прототип по основным эксплуатационным характеристикам - энергоемкости, объему газов и содержанию конденсированной фазы, что дает возможность обеспечить высокую эффективность работы скважинных аппаратов (увеличить нефтеотдачу скважин), а кроме того, технологический процесс изготовления предлагаемого топлива в отличие от прототипа является экологически более чистым и безопасным.

Формула изобретения

1. Газогенерирующее термостойкое топливо для скважинных аппаратов, включающее перхлорат калия в качестве окислителя, горючее, вулканизирующие агенты, отличающееся тем, что содержит в качестве горючего бутадиенстирольный термоэластопласт, в качестве вулканизирующих агентов - серу, тетраметилтиурамдисульфид, окись цинка и альтакс или каптакс, а также содержит углеводородный пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: Перхлорат калия - 70-85 Бутадиенстирольный термоэластопласт - 3-11
Углеводородный пластификатор - 11,6-17
Вулканизирующие агенты - 0,4-2,0
2. Газогенерирующее термостойкое топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве углеводородного пластификатора оно содержит трансформаторное или индустриальное масло.

3. Газогенерирующее термостойкое топливо по п.1, отличающееся тем, что оно содержит вулканизирующие агенты в следующем соотношении, мас.%:
Сера - 0,1-0,7
Тетраметилтиурамдисульфид - 0,1-0,6
Окись цинка - 0,2-1,2
Альтакс или каптакс - 0,03-0,2к

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2