Газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов

Изобретение относится к твердым газогенерирующим топливам. Газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов включает в себя перхлорат аммония в качестве окислителя, синтетический углеводородный каучук, пластифицированный углеводородным маслом в соотношении 1:1…1:5 в качестве горючего, алюминий, технологические добавки, вулканизующий агент и хлористый аммоний в качестве газогенерирующей добавки. Изобретение направлено на создание газогенерирующего твердого топлива с повышенным содержанием хлористого водорода в продуктах сгорания, высокой энергоемкостью и большим удельным объемом генерируемых газов. 1 табл.

 

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.

Известны различные 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 C06D 5/06, C06B 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 патентам США №3203842, 3152027, 323842, заявке на изобретение RU 2001101664/03 является относительно 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 воздействия на призабойную зону скважины. Невысокое содержание в продуктах сгорания хлористого водорода имеет место и в аналогах (патенты №№2182147, 2183609).

Наиболее близким, принятым за прототип, является топливо (патент России №2182147, МПК C06D 5/06, C06B 29/22, заявлено 5.04.2000, опубл. 10.05.2002) на основе этиленпропиленового каучука, пластифицированного авиационным маслом, содержащее перхлораты аммония и/или калия в качестве окислителя. Основным недостатком прототипа является недостаточно высокий удельный 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 перхлорат аммония, металлическое горючее - алюминий, горючее, газогенерирующую добавку, вулканизующие агенты и технологические добавки.

Соотношение компонентов в предлагаемом топливе следующее, мас.%:

Окислитель	46,0…83,0
Металлическое горючее	1,0…10,0
Горючее	10,0…20,0
Технологические добавки	0,8…3,3
Вулканизующий агент	0,2…1,0
Газогенерирующая добавка	5,0…30,0

В качестве горючего газогенерирующее топливо содержит синтетический углеводородный каучук - изопреновый, или бутадиеновый, или этиленпропиленовый, или изопрендивиниловый, или бутилкаучук в смеси с углеводородным маслом - трансформаторным, или авиационным, или индустриальным в соотношении каучук: масло -1:1…1:5.

В качестве газогенерирующей добавки, увеличивающей как удельный объем газообразных продуктов сгорания, так и содержание в них хлористого водорода, предлагаемое газогенерирующее топливо включает хлористый аммоний.

В качестве технологических добавок предлагаемое газогенерирующее топливо содержит, мас.%: 0,1…0,3 лецитина, 0,2…1,5 эпоксидной смолы, 0,5…1,5 орто-трет-бутил-пара-крезола или третичного бутилфенола, а в качестве вулканизующего агента - 0,2…1,0 мас.% парадинитрозобензола или хинолового эфира.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами, приведенными в таблице. Данные приведены при давлении в скважине 50 МПа.

Процесс изготовления предлагаемого газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении синтетического углеводородного каучука с углеводородным маслом и металлическим горючим - алюминием, технологическими добавками, газогенерирующей добавкой, окислителем, вулканизующим агентом, перемешивании массы при температуре 40…60°C в течение 1,0…1,5 ч без вакуума и 0,5…1,0 ч под вакуумом с последующей запрессовкой в корпус изделия и полимеризацией при 60…90°C в течение 3…8 суток.

Как следует из данных таблицы, при сгорании 1 кг предлагаемого газогенерирующего топлива выделяется порядка 875…1077 литров газообразных продуктов. Продукты сгорания предлагаемого газогенерирующего топлива имеют высокое содержание хлористого водорода, достигая уровня 236 литров. В условиях обводненных скважин при сгорании каждого килограмма предлагаемого газогенерирующего топлива образуется в пересчете на 20%-ную концентрацию 1,25…1,92 кг соляной кислоты. Энергоемкость предлагаемого газогенерирующего топлива высока и достигает уровня 115800 кгс·м/кг. Температура продуктов сгорания составляет 1439…3426К.

Уменьшение содержания перхлората аммония в составе газогенерирующего топлива ниже 46% приводит к снижению температуры продуктов сгорания и энергоемкости. При содержании окислителя более 83% происходит снижение удельного объема продуктов сгорания и концентрации хлористого водорода. Увеличение содержания в газогенерирующем топливе горючего, которое выполняет одновременно роль связующего, более 20% приводит к снижению энергоемкости и температуры продуктов сгорания. При содержании горючего связующего в составе газогенерирующего топлива менее 10% ухудшаются технологические характеристики массы, что может отразиться на качестве изготавливаемых из нее изделий. Уменьшение содержания углеводородного масла в составе горючего связующего - менее чем 1 часть масла на 1 часть синтетического каучука - приведет к ухудшению технологических характеристик массы. Большое содержание масла в связующем - более чем 5 частей масла на 1 часть синтетического каучука - уменьшает содержание последнего в составе газогенерирующего топлива, что влечет ухудшение его механических характеристик. При содержании хлористого аммония менее 5% снижается количество хлористого водорода в продуктах сгорания. Содержание хлористого аммония, превышающее 30%, влечет снижение температуры продуктов сгорания и энергоемкости топлива. При содержании алюминия менее 1% происходит снижение энергоемкости, а при увеличении его более 10% образуется большое количество конденсированной фазы.

Таким образом, предлагаемое топливо превосходит прототип по содержанию хлористого водорода в продуктах сгорания при сохранении высокого уровня энергоемкости и удельного объема генерируемых газов.

Газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов, включающее окислитель - перхлорат аммония, металлическое горючее - алюминий, горючее - синтетический углеводородный каучук, пластифицированный углеводородным маслом, технологические добавки - лецитин, эпоксидную смолу, орто-трет-бутил-пара-крезол или третичный бутилфенол, вулканизующий агент - парадинитрозобензол или хиноловый эфир, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит хлористый аммоний в качестве газогенерирующей добавки, в качестве синтетического углеводородного каучука - изопреновый, или бутадиеновый, или этиленпропиленовый, или изопрендивиниловый, или бутилкаучук, а в качестве углеводородного масла - трансформаторное, или авиационное, или индустриальное масло при соотношении синтетического углеводородного каучука и углеводородного масла 1:1…1:5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

окислитель	46,0…83,0
металлическое горючее	1,0…10,0
горючее	10,0…20,0
технологические добавки	0,8…3,3
вулканизующий агент	0,2…1,0
газогенерирующая добавка	5,0…30,0