CC BY
43
УДК 662.1
Д.С. Гончаров, С.В. Черных, Д.Л. Русин, А.П. Денисюк
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ТОПЛИВА ДЛЯ ОЖИВЛЕНИЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН НА ОСНОВЕ НЕРАСТВОРИМЫХ ТЕРМОСТОЙКИХ КОМПОНЕНТОВ
Thermodynamic designing there is carried out, technological and physicomechanical characteristics of the perspective propellants for revival of oil wells, which burning products render thermo-gas-chemical influence on an oil layer, are investigated. Modeling propellants were made on a basis of divinyl-nitril SRN-40 and fluoro-rubber SRF-32 and contained, as fillers, potassium perclorate and hexogen.
Проведено термодинамическое проектирование и изучены технологические и физико-механические характеристики перспективных топлив для оживления нефтяных скважин, продукты горения которых оказывают термо-газо-химическое воздействие на нефтяной слой. Модельные топлива изготавливались на основе дивинил-нитрильного СКН-40 и фторкаучука СКФ-32 и содержали в качестве наполнителей перхлорат калия или гексоген.
Известно, что для оживления скважин с целью увеличения добычи нефти широко используется термогазохимическая обработка прискважинной зоны пласта или его гидроразрыв при помощи давления газообразных продуктов горения специальных топливных или пиротехнических составов [1, 2]. Такие составы должны иметь высокую температуру горения, а в продуктах горения должны содержаться галогеноводороды, обеспечивающие химическую обработку пласта для растворения карбонатных и терригенных пород, что создает пористость скелета пласта.
Подобные топливные композиции, как правило, в качестве окислителя содержат термостойкие перхлораты аммония (ПХА) или калия (ПХК) и различные каучуки. В РХТУ им. Д.И. Менделеева предложены топлива на основе термопластичного галогенсодержащего каучука - сополимера трифторэтилена с винилиденфторидом (СКФ-32), содержащие ПХА или ПХК, а также 5-20% алюминия [3-6]. Использование указанного каучука вместо углеводородных связующих позволило существенно (до 3 раз) увеличить содержание галогеноводородов в продуктах горения. Эти топлива обладают повышенной термической устойчивостью и высокими физико-механическими характеристиками. Однако их использование в наиболее простых и дешевых бескорпусных скважинных генераторах давления в ряде случаев достаточно затруднено из-за возможного выщелачивания ПХА в скважинной жидкости. В связи с этим, определенный интерес представляет разработка топлив на основе каучука СКФ-32, содержащих водо-нерастворимый энергонасыщенный термостойкий наполнитель. В качестве такового нами предлагается использовать гексоген или октоген вместо ПХА.
Прежде всего, было проведено термодинамическое проектирование таких составов. Рассчитывали температуру и состав продуктов горения, величину «силы пороха», определяющей работоспособность продуктов сгорания. Для сравнения оценивались характеристики топлив не только на основе фторкаучука СКФ-32, но и на бутадиен-нитрильном каучуке СКН-40. Результаты расчетов представлены на рис.1, 2 и в табл.1.
Видно, что влияние ПХК и гексогена на характеристики различно - в первом случае наблюдается экстремальная зависимость термодинамических показателей, причем положение максимума температуры и силы для образцов на основе СКФ-32 лежит в области ~ 65% ПХК, тогда как для образцов на СКН-40 - при 85%.
Аналогичные зависимости для композитов, наполненных гексогеном -возрастающие, но примерно в тех же концентрационных пределах наблюдается возрастание интенсивности изменения температуры и силы. Важно подчеркнуть, что и для
УСП^ЕХИ В химии, и химической технологии. Том XXI. 2 007. №5 (73) 7
образцов, наполненных гексогеном, лучшими свойствами обладают образцы на основе СКФ-32. Например, для композитов, содержащих 65% наполнителей, температура горения образцов с ПХК и СКФ-32 выше в 1,5 раза по сравнению с аналогичными топливами на СКН-40, для составов с гексогеном, соответственно - в 1,3 раза.
4000
н 3500
о
£ 3000
св
2500
^ 2000
И
й
и Н 1500
«
4000
3500
15 &
1-1 ей
3000
2
2500 ей
& 2000 И
1500
40 50 60 70 80 90 Содержание ПХК, мас. %
100
10 20 30 40 50 60 70 80 90 Содержание гексогена, мас. %
100
Рис.1 - Зависимость расчетного значения температуры горения модельных композитов от вида связующего и содержания ПХК (А) и гексогена (Б): 1 - СКН-40/ДОС (10/1); 2 - СКФ-32/ДОС (10/1)
Образцы содержат по 2,5% ф-4 + 1% 81Са
800 700
" 600
Рн
500
& 400 с
Ч 300 б
200
и И
1400
1200
„ 1000
Рн
2
800 600 О 400
&
к я
40 50 60 70 80 90 100 Содержание ПХК, мас. %
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание гексогена, мас. %
Рис.2 - Зависимость расчетного значения силы пороха модельных композитов от вида связующего и содержания ПХК (А) и гексогена (Б): 1 - СКН-40/ДОС (10/1); 2 - СКФ-32/ДОС (10/1).
Образцы содержат по 2,5% ф-4 + 1% 81Са
В таблице 1 представлены данные исследования реологических, технологических и физико-механических характеристик композитов, приготовленных на основе фторкаучука СКФ-32. Образцы содержали по 65% наполнителей (ПХК или КОХ), 2,5% модификатора ф-4.
Определяли: с помощью термомеханического метода температуру текучести образцов (Тт) при нагрузке 10 МПа; на установке ИУСД прочность на срез аср (80оС, Р=10 МПа), как характеристику внутреннего трения образцов; на трибометре ТР-6М удельное внешнее трение т^ по стальной подложке (80оС, нормальная нагрузка в зоне контакта 10 МПа, скорость скольжения 3,5 мм/с); расчетным путем коэффициент технологичности Кт, величина которого для успешного формования изделий методом проходного прессования должна быть не менее 1,5; на разрывной машине Fu-1000e при 20оС и скорости 0,21 мм/с прочность на растяжение ар и разрывную деформацию вр.
1
1
УСПЕХИ В химии и химической технологии,. Том XXI. 2 007. №5 (73) 8
Таблица 1. Влияние вида связующего и наполнителя на расчетные значения характеристик композитов
Вид наполнителя Технологические характеристики Механи характе гаеские ристики
Тт, оС сСр, МПа тц, МПа Кт Стр, МПа 8р, %
ПХК 12,6 1,7 0,75 2,3 9,3 134
гексоген 10,2 1,1 0,55 2,0 5,3 93
Видно, что наличие модификатора в образцах, несмотря на значительную степень их наполнения, обеспечивает необходимые технологические свойства композитов и их достаточно высокие деформационно-прочностные характеристики. Перхлорат калия является более сильно структурирующим наполнителем по сравнению с гексогеном, следствием чего является увеличение температуры текучести и внутреннего трения композитов.
Список литературы
1. Чазов Г.А. Термогазохимическое воздействие на малодебитные и осложненные нефтяные скважины. - М.: Недра, 1986. 150 с.
2. Сарабьев В.И., Вагонов С.Н. Твердотопливные пиротехнические теплогазогенераторы для восстановления работоспособности нефтяных и газовых скважин. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук.- 2005. -Выпуск 3(44). - С.67-70.
3. Денисюк А.П., Русин Д.Л. Пиротехническое топливо для термогазогенераторов, применяемых для обработки продуктивного пласта в нефтяных скважинах. Пат. РФ №2231634, 27.06.2004.
4. Русин Д.Л., Сизарева И.Б. Влияние ПТФЭ на структурно-механические характеристики энергонасыщенных композитов на основе СКФ-32. //Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. - 2002. - Т.16, №6 (23). - С.36-41.
5. Русин Д.Л., Сизарева И.Б., Денисюк А.П. Композиционные материалы для оживления нефтяных скважин. //Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. - 2001. - Т. 15, № 4. - С.58-60.
6. Русин Д.Л., Денисюк А.П., Шепелев Ю.Г. Пиротехническое топливо для термогазогенераторов, применяемых для обработки продуктивного пласта в нефтяных скважинах. Проблемы энергетических материалов. В сборнике трудов Всероссийской НТК «Успехи в специальной химии и химической технологии». Ч.3. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева - 2005. - С.154-157.
УДК 547.872+547.414.2
С.Ю. Ермаков, И.И. Реут, А.А. Гидаспов
Самарский государственный технический университет, Самара, Россия
КАТАЛИЗ СОЛЯМИ ТРИНИТРОМЕТАНА ЗАМЕЩЕНИЯ
ТРИНИТРОМЕТИЛЬНЫХ ГРУПП СПИРТАМИ И ФЕНОЛАМИ В ТРИНИТРОМЕТИЛ-1,3,5-ТРИАЗИНАХ
The interaction of 2-izopropoxy-4,6-bis(trinitromethyl)-1,3,5-triazine with isopropyl alcohol, p-nitrophenol and trinitroethyl alcohol was studied. It is shown for the first time that during the catlaysis of salts
УСПЕХИ В хлимии и химической технологии. Том XXI. 2 007. №5 (73) 9
