Способ инициирования горения при газотермобарической обработке нефтяных и газовых скважин и состав для его осуществления

 

Изобретение относится к области нефтедобычи. Техническим результатом является повышение эффективности инициирования горения топливного заряда. Состав для инициирования горения в скважине содержит алюминий и оксид хрома, а также дополнительно содержит пероксид, или надпероксид, или озонид щелочного металла, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пероксид или надпероксид, или озонид щелочного металла 40-94, оксид хрома 0,1-5 и алюминий остальное, а также может дополнительно содержать пластификатор - диоктилсебацинат 0,1-5,0 мас.%. Способ инициирования горения в скважине заключается во введении в зону обработки указанного выше состава и приведении его в контакт со средой, содержащей воду. Этой средой может быть вода или 5-30%-ный водный раствор соляной кислоты. Инициирующий состав помещают в контейнер в обезвоженной углеводородной среде. Контейнер имеет изолирующие мембраны. При подаче в скважину скачка давления мембраны разрушаются и состав приводится в контакт с водой или раствором. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области нефтедобычи и, в частности, к способам активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин.

По сравнению с применяемыми в настоящее время способами инициирования горения твердых топливных зарядов и жидких горюче-окислительных смесей ГОС (далее “топливный заряд”), предлагаемое изобретение обеспечивает большую надежность и безопасность газо-термобарической обработке нефтяных и газовых скважин при одновременной невысокой себестоимости и полной экологической безопасности.

После пускового воздействия на инициатор, находящийся внутри скважины, начинается протекание быстрой химической реакции между компонентами инициатора с выделением большого количества тепла. Как следствие этого, температура инициирующей смеси резко повышается до нескольких тысяч градусов. Инициирование предусматривает одновременное с началом реакции между компонентами проникновение продуктов реакции в топливный заряд. И так как температура инициатора значительно превосходит температуру возгорания топливного заряда, находящегося в нефтяной или газовой скважине, происходит возгорание и дальнейшее горение топливного заряда. Таким образом, достигается поджиг топливного заряда в скважине.

Известен химический инициатор горения, используемый в твердом или жидком виде, на основе боргидрида щелочного металла и метанола либо диэтилового эфира в количестве 5-95 мас.% [1]. Доставку инициатора горения осуществляют путем спуска герметизированного контейнера с инициатором горения в колонну насосно-компрессорных труб посредством промысловой лебедки. Возможна доставка инициатора путем закачки. Недостатком является необходимость использования взрывчатых веществ (шнуровая торпеда) для разрушения спускаемого контейнера с инициатором горения, что существенно усложняет технологию использования и технику безопасности.

Наиболее близкими к предложенному являются химический инициатор горения в нефтяных и газовых скважинах в виде таблеток, состоящих из смеси порошков алюминия и оксида шестивалентного хрома, покрытых парафином или канифолью, а также способ его использования путем введения данного инициатора в зону обработки и приведения его в контакт со средой, содержащей воду, для осуществления экзотермической реакции [2].

Недостатком данного инициатора горения является сильная гигроскопичность смеси порошков алюминия и оксида шестивалентного хрома, при этом последний со временем разлагается, что ведет к плохой хранимости инициатора и создает неудобства при его использовании, при этом снижается эффективность инициирования горения.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности инициирования горения за счет снижения гигроскопичности и уменьшения скорости разложения компонентов.

Технический результат достигается тем, что состав для инициирования горения в скважине, содержащий алюминий и оксид хрома СrО₃, дополнительно содержит пероксид или надпероксид, или озонид щелочного металла, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пероксид или надпероксид,

или озонид щелочного металла 40-94

Оксид хрома 0,1-5

Алюминий Остальное

В качестве пероксида щелочного металла он может содержать пероксид натрия.

Кроме того, он может дополнительно содержать пластификатор, например диоктилсебацинат, в количестве 0,1-5,0 мас.%.

Технический результат достигается тем, что в способе инициирования горения в скважине путем введения в зону обработки состава для инициирования горения, содержащего алюминий и оксид хрома, и приведения состава в контакт со средой, содержащей воду, для осуществления экзотермической реакции в качестве инициирующего состава используют описанный выше состав.

При этом в качестве среды для осуществления экзотермической реакции можно использовать воду или 5-30%-ный водный раствор соляной кислоты.

Кроме того, введение инициирующего состава в зону обработки целесообразно осуществлять, поместив указанный состав в обезвоженную углеводородную среду. При этом состав в указанной среде размещают в контейнере с изолирующими мембранами, а приведение состава в контакт с указанной средой осуществляют путем подачи скачка давления, достаточного для разрыва мембран.

Между алюминием и пероксидом натрия в присутствии воды протекает следующая экзотермическая реакция:

В случае использования водного раствора соляной кислоты также происходит следующая экзотермическая реакция:

Na₂O₂+2HCl→2NaCl+H₂O₂

Образующаяся перекись водорода далее разлагается с образованием воды и кислорода:

2Н₂O₂ → 2Н₂O+O₂

Кислород в дальнейшем участвует в реакциях горения. При использовании надпероксида калия КO₂ или озонида калия КО₃ протекают аналогичные реакции.

Оксид хрома Сr₂O₃ также вступает в экзотермическую реакцию с компонентами состава.

Предлагаемый состав хранится и сохраняет свои свойства гораздо более длительное время, чем состав ближайшего аналога, поскольку он содержит гораздо меньшую долю неустойчивого оксида хрома Сr₂О₃, а пероксиды, надоксиды и озониды являются более устойчивыми соединениями, чем оксид хрома.

Тепловой эффект превышает 5000 кДж/кг смеси. Соответственно, температура реагирующей смеси повышается до 1500-2000°С.

При инициировании горения водным раствором соляной кислоты из 1 кг инициирующей смеси будет образовываться 787 г Nа₃АlO₃; 165 г NaCl; 25 г Н₂О; 23 г O₂.

В таблице приведены рецептуры заявленного состава.

Проводились эксперименты по поджигу предлагаемой инициирующей смесью различных твердых и жидких топливных зарядов. Использовались два вида твердых топливных зарядов. Первый из них содержал перхлорат аммония, алюминиевый порошок, фторкаучук СКФ-32 и технологические добавки. В состав второго топливного заряда входил перхлорат калия, алюминиевый порошок, фторкаучук СКФ-32 и технологические добавки. Образцы топлива имели цилиндрическую форму диаметром 2 см, высотой 2 см. Инициирующая смесь пероксида натрия с порошковым алюминием помещалась в глицерин и располагалась на различных расстояниях от образца топлива (2-10 см). При экспериментах в качестве жидкого топливного заряда использовался ГОС на основе аммиачной селитры - NH₄NO₃ и мочевины СО(NН₂)₂ с технологическими добавками.

При добавлении в одних опытах воды, а в других водного раствора соляной кислоты (5%, 10%, 15%, 25%-ной) в инициирующую смесь происходила бурная экзотермическая реакция с образованием пламени, от которого происходило устойчивое возгорание образцов топлива. Таким образом, выполненные экспериментальные исследования свидетельствуют об эффективности применения предлагаемого химического способа инициирования горения топливных зарядов в скважине.

Технология поджига в скважине горючей смеси определяется ее физическим состоянием. В случае если горючая смесь представляет собой твердое вещество, близкое по составу твердому ракетному топливу, оно как и химический инициатор горения (ХИТ) помещаются в соединяемые контейнеры, изготовленные из алюминиевых труб. Контейнеры присоединяются к нижней части колонны НКТ (насосно-компрессорных труб), при этом контейнер с ХИГ находится над контейнером с топливным зарядом и оборудуется нижней и верхней диафрагмами (мембранами), которые после установки в заданном интервале обработки (зоне перфорации) разрушаются гидравлическим воздействием (вследствие превышения критического для диафрагмы давления, достигаемого с помощью насоса цементировочного агрегата), ХИГ в контейнере находится в обезвоженной среде.

До спуска контейнеров в интервал обработки в скважину закачивается необходимый (определяемый исходя из весовых количеств компонентов ХИГ) объем воды или 12-15%-ного раствора соляной кислоты, который вступает в химическую реакцию с ХИГ после разрушения диафрагм контейнеров.

В случае предварительно закачанной в скважину жидкого горючего заряда (ГОС различных модификаций) подобный вышеописанному контейнер с ХИТ присоединяется к нижней части колонны НКТ, а необходимый для реакции объем воды или 12-15%-ного раствора соляной кислоты помещается в НКТ над контейнером. Инициирование реакции происходит после вышеописанного гидравлического разрушения диафрагмы контейнера.

В случае если глубина интервала обработки менее 1200 м над зоной обработки устанавливается пакер.

В мелких (до 1000 м) скважинах предложенный инициатор горения при увеличенных его объемах может использоваться в качестве самовоспламеняющегося топливного заряда, т.е. без дополнительных твердых или жидких топливных зарядов иного состава.

Источники информации

1. Патент РФ №2153065, Е 21 В 43/24, 2000.

2. Патент РФ №2126084, Е 21 В 43/24, 1999.

Формула изобретения

1. Состав для инициирования горения в скважине, содержащий алюминий и оксид хрома CrO₃, отличающийся тем, что дополнительно содержит пероксид, или надпероксид, или озонид щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пероксид, или надпероксид,

или озонид щелочного металла 40-94

Оксид хрома 0,1-5

Алюминий Остальное

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве пероксида щелочного металла он содержит пероксид натрия.

3. Состав по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит пластификатор, например диоктилсебацинат, в количестве 0,1-5,0 мас.%.

4. Способ инициирования горения в скважине путем введения в зону обработки состава для инициирования горения, содержащего алюминий и оксид хрома, и приведения состава в контакт со средой, содержащей воду, для осуществления экзотермической реакции, отличающийся тем, что в качестве состава для инициирования горения используют состав по любому из пп.1-3.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве среды для осуществления экзотермической реакции используют воду.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве среды для осуществления экзотермической реакции используют 5-30%-ный водный раствор соляной кислоты.

7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что введение указанного состава в зону обработки осуществляют, поместив указанный состав в обезвоженную углеводородную среду.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что состав в указанной среде размещают в контейнере с изолирующими мембранами, а приведение указанного состава в контакт с указанной средой осуществляют путем подачи скачка давления, достаточного для разрыва мембран.

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.10.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2008        БИ: 02/2008

---