CC BY
13
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 662.2-391.4
Р. Ш. Гарифуллин, А. С. Сальников, В. Я. Базотов, А. А. Мокеев, М. Р. Файзуллина
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СБОРНИКА ДЛЯ НЕСГОРЕВШИХ ОСТАТКОВ КОРПУСА
ТЕРМОГАЗОГЕНЕРАТОРА НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
ДЛЯ РАСПЛАВЛЕНИЯ АСФАЛЬТЕНО-СМОЛИСТЫХ-ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Ключевые слова: термогазогенератор, нефтяная скважина, конструкция, термопластичное твердое топливо.
Разработана конструкция сборника для термогазогенератора, которая позволяет исключить загрязнение нефтяной скважины несгоревшими остатками его корпуса. С использованием закономерностей гидродинамики установлена необходимая площадь сквозных пазов сборника, их количество и форма
Keywords: termogazogenerator, oil well construction, thermoplastic solid fuel.
The design of the collection for termogazogenerator that avoids contamination of oil pollution wells unburned remains of his body. Using the laws of hydrodynamics installed the necessary space through slots collection, quantity and form
В результате исследований, проведенных в работе [1] создана опытная конструкция термогазогенератора в пластиковом корпусе для расплавления асфальтено-смолистых-парафиновых отложений и проведены стендовые испытания опытных образцов в условиях имитирующих скважинные. Результаты испытаний показали, что в условиях жидкой среды имеет место интенсивный теплоотвод от боковых стенок корпуса термогазогенератора, что даже при условии высоких температур горения (более 1000 °С) приводит к неполноте сгорания пластикового корпуса. Неполное сгорания корпуса не влияет на эффективность обработки призабойной зоны, однако образующиеся несгоревшие твердые остатки корпус могут загрязнять скважину и стать причиной поломки насосов.
На рисунке 1 представлена схема опытного образца термогазогенератора на основе термопластичного твердого топлива. Наружный диаметр пластикового корпуса термогазогенератора составляет 63 мм, при этом он жестко фиксируется с помощью клеевого соединения в переходнике с наружным диаметром 73 мм. Переходник является конструкционным элементом, необходимым для соединения термогазогенератора с головкой геофизического кабеля. Узел воспламенения термогазогенератора состоит инициирующего заряда, разгонного заряда, мостика накаливания и проводов. Узел инициирования с торца герметизируется тиоколовой пробкой, края корпуса завальцовываются.
Конструкция сборника несгоревших остатков должна быть адаптирована к конструкции термогазогенератора, что накладывает
определенные требования на нее. Во-первых в полости сборника должен свободно помещаться корпус термогазогенератора, во-вторых сборник должен соединяться с переходником термогазогенератора, в третьих сборник должен иметь пазы для выхода газообразных продуктов
горения термогазогенератора, при этом суммарная площадь пазов должна исключать повышение давления в полости сборника для предотвращения его разрушения.
' -
Рис. 1 - Схема опытного образца термогазогенератора: 1 - переходник; 2 - заряд термогазогенератора; 3 - воспламетительный состав; 4,7 - герметизирующее покрытие; 5 -спираль накаливания; 6 -провод для инициирования спирали
Соединение с переходником
термогазогенератора осуществляется с помощью муфты, на наружной поверхности которой нарезана резьба, для соединения со сборником, внутренние резьбы предназначены для соединения с
переходником термогазогенератора и головкой геофизического кабеля.
С учетом представленных требований сборник изготавливается из насосно-компрессорной трубы с наружным диаметром 89 мм и внутренним 77 мм. Длина сборника выполняется исходя из длины термогазогенератора. В нижней части в трубе выполняются треугольные вырезы, формируемые в концевик конической формы, места соединения металлических лепестков свариваются.
Количество пазов для выхода продуктов горения определялось исходя из скорости газоприхода. В случае равенства скорости прихода газов и скорости выхода их через пазы сборника увеличения давления в полости сборника не произойдет. В ходе исследований проведенных ранее установлено , что удельное газообразование состава термогазогенератора составляет 1200 л/кг, а скорость горения заряда 8 мм/с [2-3]. В этом случае скорость газоприхода можно рассчитать по формуле:
W = 0,25Und2p,
где W - скорость газоприхода, U - линейная скорость горения, d - диаметр заряда термогазогенератора (55 мм), р - плотность заряда термогазогенератора (1,65 г/см3). Расчеты показывают, W = 38 л/с.
При условии сгорания всего заряда термогазогенератора в замкнутом объеме сборника развивается давление, рассчитываемое по формуле:
P = m-Po-V^.T/CToVce),
где m - масса заряда термогазогенератора, P0, T0 -давление и температура при нормальных условиях, T - температура газов, Ууд, Усб - удельный объем газов и объем сборника соответственно. При условии, что Т = 1500 К, T0 = 293 К, P0 = 1атм, Ууд = 1200 л/кг, Усб = 8,5 л, m = 10 кг, получаем P = 7227 атм = 722,7 МПа.
Массовый расход газа при его истечении через отверстие определяется формулой
G = SM(PPY((2/(Y+1))A((Y+1)/(Y-1)))0,5, где S - площадь отверстия, м2, ц - коэффициент истечения (ц=0,8), Р - давление в сборнике, Па, р - плотность газа при давлении Р, кг/м3, у - показатель адиабаты (у=1,41).
Плотность газообразных продуктов горения рассчитываем исходя из уравнения Менделеева-Клайперона
р = m/V = PM/RT,
где M - молярная масса продуктов горения (М = 0,03 кг/моль), R - универсальная газовая постоянная.
Плотность газообразных продуктов горения при давлении 722,7 МПа, таким образом, составляет 1739 кг/м3.
Массовый расход газа при истечении через отверстие площадью 1 см2 составит 61 кг/с, что при плотности 1739 кг/м3 эквивалентно объемному расходу
0,035 л/с. Для определения требуемой площади
пазов необходимо объемный газоприход разделить на расход газа через отверстие площадью 1 см2, т.е.
8пазов = 38/0,035 = 1085,7 см2.
Для обеспечения требуемой площади, предложено выполнять пазы прямоугольной формы с размерами 170*20 мм и располагать их в шахматном порядки в 4 ряда, по 8 пазов в каждом ряду. Суммарная площадь пазов в этом варианте составит 2*17*8*4=1088 см2. Схема разработанного сборника представлен на рис. 2
Рис. 2 - Схема сборника для несгоревших остатков корпуса термогазогенератора, масштаб 1:4
Таким образом, разработана конструкция сборника для термогазогенератора, которая позволит исключить загрязнение скважины несгоревшими остатками его корпуса. С использованием закономерностей гидро- и газовой динамики установлена необходимая площадь сквозных пазов для выхода продуктов горения термогазогенератора. На основании выполненных расчетов предложены пазы прямоугольной формы с размерами 170*20 мм с расположением в шахматном порядке в 4 ряда, по 8 пазов в каждом ряду.
Литература
1. Р.Ш. Гарифуллин, А.С. Сальников, Базотов В.Я., Файзуллина М.Р., Ахмадиев И.Д., Борисов В.М. «Термогазогенератор на основе термопластичного твердого топлива для обработки нефтяных скважин», Вестник КГТУ им. Кирова / Казан. гос. технол. ун-т. -Казань, т.16 выпуск №2, 2013. - С. 64-67.
2. Р.Ш. Гарифуллин, А.С. Сальников, Борисов В.М., Мокеев А.А. «Исследование энергетических характеристик термопластичного твердого топлива на основе нитрата аммония и порошкообразного
эластомера» Взрывное дело / Москва, 2012, вып. 107 /64, С.272-275.
3. Р.Ш. Гарифуллин, А.С. Сальников, Базотов В.Я., Борисов В.М. «Анализ расчетных характеристик
сгораемых материалов на основе нитрата аммония и порошкообразного эластомера» Вестник КГТУ им. Кирова / Казан. гос. технол. ун-т. - Казань, т.15, выпуск №10, 2012. - С. 254-256.
© Р. Ш. Гарифуллин - канд. техн. наук, доцент каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, rus-garifullin@yandex.ru; В. Я. Базотов - д-р техн. наук, проф. зав. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, bazotov@kstu.ru; А. С. Сальников - аспирант каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, lucifer21@yandex.ru; А. А. Мокеев - канд. техн. наук, доцент каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, alexander_mokeev@mail.ru; М. Р. Файзуллина - канд. техн. наук, доцент каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, ttxb@kstu.ru.
© R. Sh. Garifullin - candidate. tehn. Sciences, assistant professor, technology of solid chemicals KNRTU, rus-garifullin@yandex.ru; V. J. Bazotov - Dr. Sci. Sciences, prof. Head. Department. technology of solid chemicals KNRTU, bazotov@kstu.ru; A. S. Salnikov -Post-graduate, Department. technology of solid chemicals KNRTU, lucifer21@yandex.ru; A. A. Mokeev - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNRTU, alexander_mokeev@mail.ru; M. R. Fayzullina - candidate. tehn. Sciences, assistant professor. technology of solid chemicals KNRTU, ttxb@kstu.
