Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пиротехнические составы для интенсификации нефтедобычи. Учебное пособие
.pdf
61
– ППХ-2 – для тепловой обработки призабойной зоны эксплуатационных и нагнетательных скважин;
– ППХ-3 – для термообработки тампонирующих материалов при
проведении ремонтно-изоляционных работ и др.
Указанные типы прогревателей отличаются друг от друга только
размерами и материалом корпуса прогревателя.
Принцип действия прогревателей ППХ основан на выделении
тепла в результате процесса горения в скважине заряда из медленногорящего состава на основе механической смеси железоалюминиевого термита, нитрата бария и эпоксидной смолы (в соотношении 65:30:5 % мас.). Время действия прогревателя определяется
в основном длиной заряда и составляет 1-3 ч. За счет высокой температуры горения и большой теплоотдачи прогреватели разогревают
нефтяные пласты, что приводит к снижению вязкости нефтепродуктов
и к увеличению нефтеотдачи пласта. Забойными замерами установлено, что нагреватель позволяет поднять температуру на забое на
60-900°С выше первоначальной (геостатической).
Контрольные вопросы
1. Условия и эффект образования газового пузыря при термога-
зохимическом воздействии на призабойную зону пласта.
2. Механизм горения составов в газовом пузере с участием среды.
3. Корпусные и бескорпусные термогазогенераторы.
4. Достоинства и недостатки корпусных и бескорпусных термога-
зогенераторов.
5. Применяемые виды генераторов.
6. Принципы действия генераторов с истечением и без истечения
продуктов горения термогазогенераторов.
7. Положительная роль конденсированных продуктов сгорания
термогазогенераторов.
8. Требования к зависимости скорости горения от внешних фак-
торов.
9. Практика применения термогазогенераторов.
10. Эффективность работы термогазогнераторов.
11. Перспективы развития метода.
62
5 ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА
5.1 Требования к пиротехническим составам
для термогазогенераторов
Требования к составам для обработки призабойной зоны пласта
можно разделить на эксплуатационные, экономические и специальные. В связи с расширением номенклатуры разрабатываемых высокоэнергетических составов для термогазогенераторов, а также появлением новых экспериментальных данных в требования вводятся различные изменения.
Природа высокоэнергетического состава определяет технологию
изготовления из него изделий, параметры безопасности при эксплуатации этих изделий, экономические показатели эффективности метода
воздействия. Вследствие этого необходимо производить комплексную
оценку составов с учетом всех достоинств и недостатков по вышеперечисленным показателям, поскольку они не являются взаимоисключающими.
Режим горения составов непосредственно связан с эффектом воздействия, поэтому высокие энергетические характеристики составов
будут реализовываться в определенных условиях. Таким образом, необходимо учитывать не только уровень термодинамических характеристик состава, но и условия процесса горения, а также требуемую
интенсивность воздействия. Природа рекомендуемого высокоэнергетического состава должна определяться скважинными условиями и
предполагаемым механизмом интенсификации нефтедобычи.
Учитывая, что при реализации ТГХВ должно осуществляться
комплексное воздействие на ПЗП, к составам термогазогенераторов
предъявляются следующие специальные требования:
– состав должен выделять большое количество тепла с единицы
массы;
– при горении состава должно образовываться большое количество газообразных продуктов;
– горение составов должно сопровождаться высокой скоростью
газообразования;
– при горении состава должны образовываться высокоактивные
продукты, способные взаимодействовать со скважинной жидкостью и
породой ПЗП.
63
Для конкретных методов и целей обработки ПЗП специальные
требования могут быть дополнены и уточнены.
Составы для тепловой обработки ПЗП, кроме требования по выделению большого количества тепла с единицы массы состава, должны гореть в условиях скважины с низкой скоростью, слабо зависящей
от внешнего давления. В этом случае возможно длительное тепловое
воздействие на призабойную зону с целью предотвращения образования парафина и смолистых отложений в поровом пространстве пласта
и на стенках колонны, а также для снижения вязкости нефти. Указанные специальные требования могут быть реализованы при использовании, например, термитов и составов, использующих в качестве
окислителя соли угольной кислоты. При горении этих составов образуются в основном конденсированные продукты. Основными компонентами являются высокотеплотворные металлы (магний, алюминий,
сплавы алюминия с магнием), оксиды (железа, марганца, хрома), карбонат кальция.
Составы для термохимической обработки, кроме требований по
количеству выделяемого тепла, должны удовлетворять требованиям
по образованию химически активных продуктов, таких как соляная и
плавиковая кислоты. Термохимическая обработка предназначена для
очистки забоев (фильтров), призабойной зоны, стенок колонны от солевых, парафинисто-смолистых отложений и продуктов коррозии. При
взаимодействии соляной кислоты и карбонатных пород происходят
следующие реакции:
– для известняков:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2;
– для доломитов:
CaMg(CO3)2 + 4HCl = CaCl2 + MgCl2 + 2H2O + 2CO2.
Соляная кислота, взаимодействуя с глинами, образует соли алюминия, а с цементом и песчаником – гель кремниевой кислоты, выпадающий в осадок. Для удержания во взвешенном состоянии солей алюминия и геля кремниевой кислоты используют стабилизаторы, например,
плавиковую (фтористо-водородную) кислоту. Составы с требованиями
по образованию HCl и HF должны включать реагенты, содержащие
хлор и фтор. Например, это составы, использующие в качестве окислителя хлораты, перхлораты и галогеносодержащие полимеры.
64
Составы, применяемые для обработки ПЗП с целью расширения и
углубления естественных и образования новых трещин в породах призабойной зоны, должны обладать способностью создавать высокое
давление в скважине за малый промежуток времени (аналогично методу гидравлического разрыва пласта). Создаваемое давление должно
превышать гидростатическое не менее чем в 1,5-2,5 раза. При таких
условиях происходит разрыв или расслоение пласта, т.е. расширяются
естественные и образуются новые трещины. Для сохранения трещин в
раскрытом состоянии они должны быть заполнены твердыми продуктами.
Разрыв пласта применяют для обработки нефтяных (газовых) и
нагнетательных скважин. Составы для разрыва пласта должны выделять большое количество газообразных продуктов с высокой скоростью их образования. В отдельных случаях к таким составам предъявляются требования по наличию в продуктах сгорания твердых веществ. Этим требованиям удовлетворяют пороха (нитроцеллюлозные,
дымные), смесевые твердые топлива, а также металлсодержащие составы. Для двух последних в качестве компонентов используются как
окислители перхлораты и нитраты (например, перхлорат и нитрат аммония, нитрат натрия), в качестве горючих – каучуки (например, бутилкаучук), эпоксидные смолы (например, ЭД-20) и высокотеплотворные металлы (например, магний).
Для обработки нагнетательных и обводненных добывающих
скважин применяются составы, использующие в качестве дополнительного окислительного агента скважинную жидкость. Это позволяет
повысить количество выделяемого тепла с единицы массы состава
термогазогенератора, а также объем газообразных продуктов за счет
образующегося пара и газов. Как было сказано выше, в условиях высокой температуры и давления реакции взаимодействия воды с такими
металлами, как магний или алюминий, могут протекать также в форме
горения или взрыва, вода при этом выполняет роль окислителя:
nMe + mH2O = MenOm + mH2 + Q.
В этом случае составы должны выделять большое количество тепла и газообразных продуктов, в том числе водяного пара. Этим требованиям удовлетворяют составы с отрицательным окислительным
балансом. В качестве окислителей используются соли кислородных
кислот щелочных и щелочноземельных металлов, горючих – высокотеплотворные металлы.
65
Для повышения производительности нефтяных и приемистости нагнетательных скважин применяется виброобработка ПЗП. Виброобработка – процесс воздействия на ПЗП с помощью специальных вибраторов, создающих колебания давления различной частоты и амплитуды.
Основным требованием к составам для виброобработки является
создание высокого давления газообразных продуктов в заданной зоне
ПЗП с определенной длительностью и периодичностью. Давление газов при этом должно быть на уровне 100-150 МПа. Данное требование
обеспечивается при использовании пиротехнических генераторов азота. В таких составах в качестве основного газообразующего вещества
используются высокоазотные соединения (например, азиды).
5.2 Составы для термогазогенераторов
В качестве ЭНМ могут использоваться взрывчатые вещества, пороха, смесевые составы, пиротехнические составы.
Проводимость пласта в призабойной зоне можно повысить путем
воздействия на породы мощными ударными волнами, генерируемыми
во время взрыва на забое зарядов взрывчатых веществ (ВВ) специального назначения. Образующаяся при этом сеть трещин в твердых породах наряду с сопутствующими взрыву тепловыми эффектами и физико-химическими изменениями свойств нефти под влиянием продуктов взрыва, проникающих в поры пласта, создают условия, способствующие улучшению притока нефти и газа в скважины.
Мощное воздействие на пласт может быть осуществлено при
внутрипластовых взрывах жидких ВВ, а также жидких горючеокислительных смесей (ГОС). Жидкие ВВ и ГОС предварительно вводят в пласт с последующим инициированием процесса взрыва или горения. Специфическими требованиями, предъявляемыми к ГОС, являются малая вязкость, достаточная для проникновения ГОС в трещины и поры, и температура горения Тг ≥ 1300 К.
Один из вариантов воздействия на пласт – воздействие пороховыми газами, образующимися при горении пироксилиновых или баллиститных порохов. Нагретые до высокой температуры, химически
агрессивные пороховые газы легко проникают в поры и трещины продуктивного пласта, разрушают и удаляют из них твердые углеводородные отложения и эмульсии. Достоинство этой технологии – возможность регулирования эффекта воздействия на призабойную зону
пласта изменением газоприхода (время сгорания порохового заряда
может изменяться от долей секунды до десятков минут), что позволяет
66
прогревать пороховыми газами призабойную зону пласта при малом
газоприходе в случае близости водонефтяных контактов или при необходимости более интенсивного воздействия – разрывать пласт с
трещинообразованием в породе.
Основу баллиститного твѐрдого топлива составляет нитроцеллюлоза с содержанием азота не более 12 %. В настоящее время разработана широкая гамма таких топлив, отличающихся высокой термостабильностью. Причѐм в последнее время требования по термостабильности и безопасности составов выходят на первое место.
В смесевых составах используют смеси минерального окислителя
с органическим горючим-связкой и металлическими добавками. В качестве окислителя могут использоваться перхлораты аммония или калия, нитрат аммония и др.
Наибольшее распространение получил перхлорат аммония ввиду
его доступности и дешевизны, а также потому, что при разложении
его образуются только газообразные соединения с низкой молекулярной массой. В качестве горючего связующего вещества для смесевых
составов используют углеводородные соединения типа каучуков, смол
и полимеров. Применение в смесевых составах металлических горючих приводит к повышению температуры горения, что повышает
мощность генераторов и стабильность горения смесевого состава.
Примером смесевой композиции может служить состав: перхлорат
аммония 72 %, сополимер бутадиен каучука и акриловой кислоты
(связка) 18,8 %, алюминий 9 %, окись магния 0,2 %. Для повышения
кислородного баланса состава (у перхлората аммония массовое содержание свободного кислорода составляет 34 %) в качестве связующего
компонента используют нитразол, основу которого составляет нитроцеллюлоза.
Применение термогазогенераторов на основе высокометаллизированных пиротехнических составов (ВМПС) с использованием компонентов скважинной жидкости в качестве дополнительного окислителя позволяет существенно повысить эффект воздействия на пласт за
счет более высоких значений теплоты сгорания, объема образующегося пара и газов и их проникающей способности. ВМПС превосходят
традиционные смесевые и баллиститные топлива по теплоте сгорания
в 2-3 раза, а по объему парогаза – в 1,5-2 раза. Сравнительные расчѐтные характеристики при коэффициенте избытка окислителя, равном
единице, и давлении 10 МПа для различных типов составов, приведены в табл. 5.1.
67
Сравнительные характеристики различных типов составов*
Тип
состава
Горение в скважинной
жидкости
(вода)
жидкости (воды)
за счет сгорания
1 кг состава, кг
Зона об-
работки
скважины
по высоте
при сго-
рании 1 кг
состава,
м
температура
горе-
ния,
К
теплота
сгорания,
кДж/кг
объем
газообразных
продук-
тов,
дм3/кг
нагретой
до 100 С
испаря-
емой
БТТ
1876
4750
1215
22,7
1,93
1,5
СТТ
2516
7800
1210
37,5
3,20
2,5
ТС на ПХА
1663
4200
1310
20,2
1,71
1,3
ТС на НА
1203
3130
1425
15,0
1,27
1,0
ВМПС
3100
13660
990
65,4
5,56
4,4
*Примечание: БТТ – баллиститное твѐрдое топливо; СТТ – смесевое твѐр-
дое топливо; ТС на ПХА – термосмесь на основе перхлората аммония; ТС на
НА – термосмесь на основе нитрата аммония; ВМПС – высокометаллизированный пиротехнический состав на основе магния.
Высокометаллизированные составы в условиях горения в жидкости
превосходят другие группы композиций по температуре горения и теплоте сгорания и незначительно уступают по объѐму газообразных
продуктов сгорания. Номенклатура компонентов, используемых в качестве энергетической основы в ВМПС, позволяет в широких пределах изменять энергетические и эксплуатационные характеристики составов применительно к геологическим и техническим параметрам
скважин.
Указанные характеристики могут быть получены при использовании смесей неорганических солей, например, нитратов щелочных и
щелочно-земельных металлов с порошками металлических горючих,
например, магния, алюминия и их сплавов. Примеры составов и их
сравнительные термодинамические характеристики представлены в
табл. 5.2.
Таблица 5.1
68
Термодинамические характеристики составов
Наименование компонентов
и характеристики составов
Содержание компонентов
(% мас.) и значение
характеристик составов
Магний
45,0
50,0
75,0
78,0
Нитрат натрия
51,0
45,0
19,0
15,0
Фенолформальдегидная смола
4,0
5,0
6,0
7,0
Теплота сгорания, кДж/кг
6145
6660
12700
11970
Температура горения, К
2920
2980
3100
3050
Объѐм газообразных продуктов сгорания, дм3/кг
630
700
1020
1060
Сила, кДж/кг
1890
2180
6010
6190
Алюминий
45,0
50,0
75,0
76,0
Нитрат натрия
51,0
45,0
19,0
17,0
Фенолформальдегидная смола
4,0
5,0
6,0
7,0
Теплота сгорания, кДж/кг
6750
7530
12900
12850
Температура горения, К
2740
2790
2950
2840
Объѐм газообразных продуктов сгорания, дм3/кг
560
660
1000
1070
Сила, кДж/кг
1940
2360
5160
5130
Алюминиево-магниевый сплав
45,0
50,0
75,0
76,0
Нитрат натрия
51,0
45,0
29,0
17,0
Фенолформальдегидная смола
4,0
5,0
6,0
7,0
Теплота сгорания, кДж/кг
6300
7130
11400
11500
Температура горения, К
2790
2840
2900
2820
Объѐм газообразных продуктов сгорания, дм3/кг
610
690
1090
1154
Сила, кДж/кг
1900
2290
6320
6520
Таблица 5.2
69
Контрольные вопросы
1. Основные требования к составам термогазогенераторов.
2. Составы для термогазогенераторов.
3. Дополнительные требования к составам термогазогенераторов.
4. Составы для воздействия на карбонатные породы.
5. Требования к составам для воздействия на карбонатные породы.
6. Составы для воздействия на тиригенные породы.
7. Требования к составам для воздействия на тиригенные породы.
8. Составы для гидроразрыва пласта.
9. Требования к составам для гидроразрыва пласта.
10. Составы для обработки обводненных скважин.
11. Требования к составам для обработки обводненных скважин.
12. Принцип выбора состава в зависимости от цели и задачи об-
работки скважины.
13. Классификация составов термогазогенераторов.
14. Составы баллиститного топлива.
15. Основные факторы воздействия при горении баллиститного
топлива.
16. Составы смесевого топлива.
17. Основные факторы воздействия при горении смесевого топ-
лива.
18. Высокометаллизированные пиротехнические составы.
19. Основные факторы воздействия при горении высокометалли-
зированных пиротехнических составов.
20. Специфика горения пиротехнических составов в условия неф-
тяных скважин.
21. Устройство и принцип работы термогазогенератора.
22. Устройства для обработки нефтяных скважин с использовани-
ем термогазогенераторов.
70
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Автоматический резервуарный уровнемер ‒ приспособление,
показывающее уровень жидкости в резервуаре в соответствии с положением поплавка на одном конце тросика.
Активатор кислоты ‒ активирующая добавка, ускоряющая или
усиливающая химическое действие кислоты.
Акустический каротаж ‒ запись измерений прохождения ульт-
развукового сигнала через горную породу с целью выяснения литологии и пористости пластовых пород и их насыщения флюидами.
Алмазное долото ‒ буровое долото с промышленными алмазами,
установленными на режущих кромках.
Анализ бурового раствора ‒ анализ промывочной жидкости и
кусков выбуренной породы, выносимой на поверхность.
Анализ кернов ‒ анализ образцов породы, вырезанных в забой-
ной зоне и поднятых на поверхность для исследования.
Антиклиналь ‒ складка горных пород, направленная вверх (в
форме продолговатого купола), в которой может накапливаться нефть
или газ.
Асфальтен ‒ любой из темных, твердых компонентов сырой неф-
ти и битумов.
Барит ‒ минерал, применяется как утяжелитель для повышения
плотности бурового раствора.
Башмак ‒ защитная плита.
Бентонит ‒ горная порода, обладающая высокой впитывающей
способностью, состоящая главным образом из глинистых минералов и
кремнезема; используют для приготовления бурового раствора.
Боковой отбор кернов ‒ вырезка образцов из стенки скважины и
доставка их на поверхность для исследования.
Бурильная колонна ‒ вращающаяся конструкция для бурения
скважины, состоящая из ведущей бурильной трубы, воротника бура,
стабилизатора и бурового долота.
Бурильная (буровая) труба ‒ стальная труба, к которой прикре-
пляется буровое долото.
Буровая лебедка ‒ общее название подъемных, захватывающих,
силовых, тормозных и прочих механизмов, применяемых на бурильной установке.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]