ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ ТОПЛИВО ДЛЯ СКВАЖИННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2010 года по МПК C06D5/06 C06B29/22 

Предлагаемое 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, в том числе с осложненными геофизическими условиями.

Известны 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 патент, МКИ 7 Е21В, 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, МКИ 7 C06D 5/06, С06В 29/22, заявлено 5.04.2000), бутадиенстирольного термоэластопласта (патент России №2183609, МКИ 7 C06D 5/06, С06В 29/22, заявлено 5.04.2000).

Недостатком топлив по патентам №№3203842, 3152027, заявке на патент 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 термобарического воздействия на призабойную зону скважины. Невысокое содержание в продуктах сгорания хлористого водорода имеет место и в аналогах (патенты Ru №№2182147, 2183609).

Наиболее близким, принятым за прототип, является топливо (патент России №2183609, МКИ 7 C06D 5/06, С06В 29/22, заявлено 5.04.2000, опубликовано 20.06.2002) на основе бутадиенстирольного термоэластопласта, содержащее перхлорат калия в качестве окислителя. Прототип имеет следующие недостатки: недостаточно высокие энергоемкость и 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 скважинкых аппаратов, сгорание которого обеспечивает наряду с термобарическим воздействием на призабойную зону скважины и эффективное химическое воздействие на призабойную силу скважины и эффективное химическое воздействие на продуктивный нефтяной слой за счет наличия в продуктах сгорания 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, термопластичное горючее и металлическое горючее. В качестве окислителя газогенерирующее топливо содержит перхлорат аммония, а в качестве термопластичного горючего - хлорсодержащий термопластичный полимер или его смесь с хлорсодержащим низкомолекулярным соединением. В качестве металлического горючего газогенерирующее топливо содержит алюминий. Соотношение компонентов в предлагаемом газогенерирующем топливе следующее, мас.%;

Окислитель 50,0…79,0 Термопластичное горючее 20,0…40,0 Металлическое горючее 1,0…10,0

В качестве хлорсодержащего термопластичного полимера газогенерирующее топливо содержит хлорированный полиэтилен или поливинилхлорид, или хлорированный поливинилхлорид, или хлорсульфированный полиэтилен. В качестве хлорсодержащего низкомолекулярного соединения газогенерирующее топливо может содержать хлорпарафин или метилхлороформ, или тетрахлорэтан, или перхлорэтилен, или дихлорбензол, или гексахлор-п-ксилол. Оптимальное соотношение термопластичного полимера и хлорсодержащего низкомолекулярного соединения в термопластичном горючем 1:0,1…1:2.

Газогенерирующее топливо, в составе которого нет хлорсодержащего низкомолекулярного соединения или его количество мало, дополнительно может содержать технологическую добавку - стеарат кальция или цинка в количестве 0,05…1,0 мас.%.

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

Пример изготовления газогенерирующего топлива

Процесс изготовления газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении хлорсодержащего термопластичного полимера с металлическим горючим, технологической добавкой и окислителем, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 1,0…1,5 ч. Полученную смесь формуют при температуре 120…160°С методом экструзии или горячего глухого прессования.

Пример изготовления газогенерирующего топлива

Процесс изготовления газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении хлорсодержащего термопластичного полимера, хлорсодержащсю низкомолекулярного соединения с металлическим горючим, технологической добавкой и окислителем, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 1,0…1,5 ч. Полученную смесь формуют при температуре 120…160°С методом экструзии или горячего глухого прессования.

Пример изготовления газогенерирующего топлива

Процесс изготовления газогенерирующего топлива заключается в последовательном смешении хлорсодержащего термопластичного полимера, хлорсодержащего низкомолекулярного соединения с металлическим горючим и окислителем, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 1,0…1,5 ч. Полученную смесь формуют при температуре 120…160°С методом экструзии или горячего глухого прессования.

Как следует из данных таблицы, при сгорании 1 килограмма предлагаемого газогенерирующего топлива выделяется 707…950 литров газообразных продуктов, продукты сгорания предлагаемого газогенерирующего топлива на хлорсодержащем термопластичном горючем имеют высокое содержание хлористого водорода - до 242 литров. В условиях обводненных скважин при сгорании каждого килограмма предлагаемого газогенерирующего топлива образуется в пересчете на 20%-ную концентрацию 1,26…1,98 кг соляной кислоты. Предлагаемое газогенерирующее топливо отличается высокой энергоемкостью - 87737…106620 кгс·м/кг. Температура продуктов сгорания составляет 2327…3823 К.

При содержанки хлорсодержащего термопластичного горючего менее 20% происходит снижение объема хлористого водорода, выделяющегося при сгорании газогенерирующего топлива. Увеличение количества хлорсодержащего горючего в составе до величины более 40% приводит к снижению как энергоемкости газогенерирующего топлива, так и содержания хлористого водорода в продуктах его сгорания. Увеличение количества хлорсодержащего низкомолекулярного соединения в составе термопластичного горючего более 2 частей на 1 часть хлорсодержащего термопластичного полимера влечет снижение механических характеристик газогенерирующего топлива. При содержании хлорсодержащего низкомолекулярного соединения в составе термопластичного горючего менее 0,1 части на 1 часть хлорсодержащего термопластичного полимера газогенерирующее топливо имеет характеристики, аналогичные варианту, в котором отсутствует хлорсодержащее низкомолекулярное соединение. Снижение содержания металлического горючего в составе газогенерирующего топлива менее 1% приводит к снижению энергоемкости и температуры продуктов сгорания. Увеличение содержания алюминия более 10% приводит к снижению объема газообразных продуктов питания и увеличению содержания в них конденсированной фазы.

Таким образом, предлагаемое газогенерирующее топливо превосходит прототип по основным эксплуатационным характеристикам - по энергоемкости, по объему газообразных продуктов сгорания, содержанию в них хлористого водорода.

Предлагаемое изобретение относится к созданию твердых топлив, предназначенных для использования в скважинных аппаратах, для термобарического воздействия на призабойную зону для повышения продуктивности нефтяных скважин, в том числе с осложненными геофизическими условиями. Газогенерирующее топливо содержит окислитель и горючее. Согласно изобретению в качестве окислителя оно содержит перхлорат аммония, а в качестве горючего - металлическое горючее в виде алюминия и термопластичное горючее в виде хлорсодержащего термопластичного полимера или его смеси с хлорсодержащим низкомолекулярным соединением в соотношении 1:0,1-1:2, при следующем соотношении компонентов, мас.%: окислитель - 50,0-79,0, термопластичное горючее - 20,0-40,0, металлическое горючее - 1,0-10,0. При этом в качестве хлорсодержащего термопластичного полимера оно содержит хлорированный полиэтилен или поливинилхлорид, или хлорированный поливинилхлорид, или хлорсульфированный полиэтилен. В качестве хлорсодержащего низкомолекулярного соединения оно содержит хлорпарафин или метилхлороформ, или тетрахлорэтан, или перхлорэтилен, или дихлорбензол, или гексахлор-п-ксилол. Кроме того, оно дополнительно содержит технологическую добавку - стеарат кальция или цинка в количестве 0,05-1,0 мас.%. Обеспечивается создание топлива с повышенными энергоемкостью, объемом выделяемых газов и содержанием хлористого водорода в продуктах сгорания. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов, включающее окислитель и горючее, отличающееся тем, что в качестве окислителя оно содержит перхлорат аммония, а в качестве горючего - металлическое горючее в виде алюминия и термопластичное горючее в виде хлорсодержащего термопластичного полимера или его смеси с хлорсодержащим низкомолекулярным соединением в соотношении 1:0,1-1:2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель 50,0-79,0 Термопластичное горючее 20,0-40,0 Металлическое горючее 1,0-10,0

2. Газогенерирующее топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве хлорсодержащего термопластичного полимера оно содержит хлорированный полиэтилен или поливинилхлорид, или хлорированный поливинилхлорид, или хлорсульфированный полиэтилен.

3. Газогенерирующее топливо по п.1, отличающееся тем, что в качестве хлорсодержащего низкомолекулярного соединения оно содержит хлорпарафин или метилхлороформ, или тетрахлорэтан, или перхлорэтилен, или дихлорбензол, или гексахлор-п-ксилол.

4. Газогенерирующее топливо по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит технологическую добавку - стеарат кальция или цинка в количестве 0,05-1,0 мас.%.