Термостойкое гидроизоляционное покрытие для нанесения на поверхность твердотопливного скважинного заряда и способ его нанесения

Изобретение относится к гидроизоляционным материалам для термогазогенераторных твердотопливных скважинных зарядов, используемых для обработок нефтяных, нагнетательных и газовых скважин с целью повышения их производительности, и предназначено для защиты поверхности твердотопливных скважинных зарядов от воздействия скважинной жидкости. Предложено термостойкое гидроизоляционное покрытие для нанесения на поверхность твердотопливного скважинного заряда, состоящее из связующего полидиенуретанэпоксидного олигомерного каучука, отвердителя - метафенилендиамина, наполнителя - углерода технического или углерода технического и аэросила. Нанесение этого покрытия на поверхность скважинного заряда осуществляется путем двукратного погружения заряда в разбавленный состав с выдержкой после каждого погружения в течение 5-10 с и отверждения. Изобретение направлено на расширение температурного диапазона эксплуатации термогазогенераторов, повышение надежности скрепления покрытия с топливом, повышение технологичности процесса нанесения гидроизоляционного покрытия при обеспечении полного сгорания последнего, снижение стоимости термогазогенератора. 2 н. п. ф-лы.

 

Изобретение относится к гидроизоляционным материалам для твердотопливных зарядов термогазогенераторов, используемых для обработок нефтяных, нагнетательных и газовых скважин с целью повышения их производительности, и предназначено для защиты поверхности твердотопливных зарядов от воздействия скважинной жидкости.

Известны устройства для обработок скважин, в составе которых используются заряды, изготовленные из баллиститных или смесевых твердых топлив - пороховые генераторы давления бескорпусные (ПГД.БК), аккумуляторы давления для скважин (АДС). /Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре под ред. Фридляндера Л.Я., Москва, Недра, 1990/.

Заряды из баллиститных топлив не требуют специальной гидроизоляционной защиты поверхности, так как благодаря несовместимости топлива с водой сохраняют работоспособность после контакта со скважинной жидкостью.

Недостатком зарядов из баллиститных топлив, ограничивающих их применение, является недостаточная термостойкость, не превышающая 100°С.

Применение зарядов из смесевых твердых топлив позволяет существенно расширить температурный диапазон их применения (до 200°С), но при этом требуется специальная защита поверхности заряда - гидроизоляция, так как при контакте со скважинной жидкостью из поверхностных слоев заряда растворяется окислитель - перхлорат аммония (NH₄ClO₄), что может привести к невоспламенению заряда.

Известны материалы, используемые для защиты поверхности зарядов из смесевых твердых топлив от воздействия скважинной жидкости. В пороховых генераторах давления ПГД.БК-100, ПГД.БК-150 для этих целей используется защитное покрытие на основе эпоксидной смолы (Инструкция по применению пороховых генераторов давления ПГД.БК в скважинах, ВИЭМС, Москва, 1989, с.18).

Однако покрытие на основе эпоксидной смолы из-за неполного сгорания после завершения работы заряда, оставаясь в скважине, приводит к ее загрязнению.

Покрытие из этиленпропиленового каучука СКЭПТ для зарядов с повышенной температурой применения ПГД-250, изготовленных из термостойкого смесевого топлива ТСП-300 на основе дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30, оказалось не пригодно, так как снижает их термостойкость (НТВ “Каротажник”, вып.66, изд. "АИС", Тверь, 2000, с.92-96).

Поэтому необходимо термостойкое покрытие, защищающее поверхность заряда от воздействия скважинной жидкости и одновременно сгорающее при работе заряда.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является гидроизоляционное покрытие из прорезиненной балонной ткани №500 в термогазогенераторе (пат. RU №2184220 С2, Е 21 В 43/25), принятое авторами в качестве прототипа.

Заряды из смесевого твердого топлива формируются в мягкие формообразующие оболочки из балонной прорезиненной ткани и скрепляются с последней в процессе отверждения топлива. Сгораемая оболочка из балонной ткани № 500 служит защитным покрытием в процессе хранения и эксплуатации термогазогенератора.

Недостатком указанного прототипа является сложность технологического процесса формования зарядов в связи с необходимостью изготовления специальной оболочки для каждого заряда. Другим недостатком защитного покрытия из балонной ткани №500 является недостаточная адгезионная прочность к топливу из-за различия химической природы скрепляемых материалов (топлива и прорезиненной ткани). Этот недостаток не позволяет применять балонную ткань для перспективных термогазогенераторов, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенных температур (>200°С).

Технической задачей настоящего изобретения является расширение температурного диапазона эксплуатации термогазогенераторов, повышение надежности скрепления покрытия с топливом, повышение технологичности процесса нанесения гидроизоляционного покрытия при обеспечении полного сгорания последнего, снижение стоимости изготовления термогазогенератора.

Технический результат достигается следующим образом:

- расширение температурного диапазона эксплуатации термогазогенератора на основе термостойкого смесевого топлива достигается тем, что защитное гидроизоляционное покрытие, наносимое на поверхность твердотопливного скважинного заряда, представляет собой термостойкую композицию, содержащую связующее - полидиенуретанэпоксидный олигомерный каучук, отвердитель - метафенилендиамин, наполнитель - углерода технического при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полидиенурентанэпоксидный олигомерный каучук 100

метафенилендиамин 0,5-2,0

углерод технический 16,0-17,0

или связующее - полидиенуретанэпоксидный олигомерный каучук, отвердитель - метафенилендиамин, наполнитель - углерод технический и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полидиенурентанэпоксидный олигомерный каучук 100

метафенилендиамин 0,5-2,0

углерод технический 12,0-13,0

аэросил 4,0-5,0

- повышение надежности скрепления покрытия с топливом, особенно в условиях повышенных температур, обеспечивается использованием в качестве основы защитного покрытия связующего полидиенуретанэпоксидного олигомерного каучука, служащего связующей основой смесевого топлива, из которого изготовлен заряд. Это обеспечивает высокую степень совместимости материалов топлива и защитного покрытия и, как следствие, высокую адгезионную прочность между ними, что обеспечивает надежную гидроизоляцию поверхности заряда в условиях высоких температур.

Применение в качестве отвердителя метафенилендиамина позволяет отверждать покрытие при комнатной температуре, что дает возможность упростить технологический процесс нанесения покрытия на заряд; введение в состав аэросила обеспечивает тиксотропность состава, что исключает стекаемость состава с вертикальной поверхности заряда при его отверждении; применение в составе углерода технического позволяет структурировать состав, увеличивая его прочность;

- повышение технологичности процесса изготовления зарядов и снижение их стоимости достигается благодаря исключению операции изготовления специальных оболочек из прорезиненной ткани.

Предлагается наносить термостойкое гидроизоляционное покрытие на поверхность твердотопливного скважинного заряда в разбавленном виде, для чего компоненты покрытия смешивают при температуре 45-65°С в течение 1,0-1,5 ч при вакуумировании с остаточным давлением не более 20 мм рт.ст., полученную смесь разбавляют при массовом соотношении ее и разбавителя от 1:9 до 1:19, охлаждают до температуры 15-25°С и наносят на поверхность твердотопливного скважинного заряда путем двукратного погружения заряда в нее с выдержкой после каждого погружения в течение 5-10 с и отверждения при температуре 20-30°С в течение не менее 24 ч, причем в качестве разбавителя используют смесь 1,0 мас.ч. ацетона и 1,5-2,0 мас.ч. хладона.

Температурный диапазон смешения состава (45-65°С) установлен для снижения вязкости до уровня, обеспечивающего эффективное усреднение компонентов, и удаления газообразных продуктов вакуумированием.

Временной диапазон (1,0-1,5 ч) установлен экспериментальным путем и обеспечивает полное усреднение компонентов состава.

Установленная величина остаточного давления (не более 20 мм рт.ст.) и продолжительность перемешивания достаточны для полного удаления воздушных включений и газообразных продуктов. Выбранное количество разбавителя обеспечивает требуемую толщину защитного состава и равномерное нанесение его на поверхность заряда. Состав разбавителя - 1,0 мас.ч. ацетона и 1,5-2,0 мас.ч. хладона обеспечивает пожаробезопасность операции нанесения покрытия.

Были изготовлены два варианта состава разной рецептуры.

1. Состав с 100 мас.ч. полидиенуретанэпоксидного олигомерного каучука с 0,8 мас.ч. отвердителя - метафенилендиамина, с 16,4 мас.ч. наполнителя - углерода технического с последующим десятикратным разбавлением ацетонохладоновой смесью.

2. Состав с 100 маc. ч. полидиенуретанэпоксидного олигомерного каучука, с 2,0 маc. ч. отвердителя - метафенилендиамина, с 12,4 маc. ч. наполнителя - углерода технического, 4,0 маc. ч. аэросила с двадцатикратным разбавлением ацетонохладоновой смесью.

Технология нанесения на заряд в обоих случаях была одинакова: двукратное погружение заряда в приготовленный состав с выдержкой между погружениями 5-10 с. Время отверждения состава при температуре 20-30°С - 24 часа.

Оба варианта состава позволяют наносить покрытие на заряд равномерным слоем с достаточно высокой адгезией к защищаемой поверхности топлива и обеспечивают высокую надежность гидроизоляции поверхности заряда в условиях контакта со скважинной жидкостью при высокой температуре.

Эксплуатационные характеристики покрытия проверены стендовыми испытаниями твердотопливных зарядов с нанесенным гидроизоляционным покрытием. Испытаниями подтверждена высокая надежность покрытия.

1. Термостойкое гидроизоляционное покрытие для нанесения на поверхность твердотопливного скважинного заряда, отличающееся тем, что оно состоит из связующего - полидиенуретанэпоксидного олигомерного каучука, отвердителя - метафенилендиамина, наполнителя - углерода технического при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полидиенуретанэпоксидный олигомерный каучук 100

Метафенилендиамин 0,5-2,0

Углерод технический 16,0-17,0

или оно состоит из связующего - полидиенуретанэпоксидного олигомерного каучука, отвердителя - метафенилендиамина, наполнителя - углерода технического и аэросила при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полидиенуретанэпоксидный олигомерный каучук 100

Метафенилендиамин 0,5-2,0

Углерод технический 12,0-13,0

Аэросил 4,0-5,0

2. Способ нанесения термостойкого гидроизоляционного покрытия на поверхность твердотопливного скважинного заряда, отличающийся тем, что используют термостойкое гидроизоляционное покрытие по п.1 в разбавленном виде, для чего его компоненты смешивают при температуре 45-65°С в течение 1,0-1,5 ч при вакуумировании с остаточным давлением не более 20 мм рт.ст., полученную смесь разбавляют при массовом соотношении ее и разбавителя от 1:9 до 1:19, охлаждают до температуры 15-25°С и наносят на поверхность твердотопливного скважинного заряда путем двукратного погружения заряда в нее с выдержкой после каждого погружения в течение 5-10 с и отверждения при температуре 20-30°С в течение не менее 24 ч, причем в качестве разбавителя используют смесь 1,0 мас.ч. ацетона и 1,5-2,0 мас.ч. хладона.