Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пиротехнические составы и средства для интенсификации нефтедобычи. Монография
.pdf
указанные составы обладают большой чувствительностью к
+идитол от содержания нефти в жидкой
Рис. 7.21. Зависимость линейной скорости горения состава
Линейная скорость
повышению давления в зоне горения.
60
50
40
30
скорость
Линейная
20
горения, мм/с
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание нефти, %
Рис. 7.20. Зависимость линейной скорости горения
состава KNO
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+7 КБ=+12
120
100
3
среде:
80
60
горения, мм/с
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
KClO
+идитол от содержания нефти в жидкой среде:
4
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+12 КБ=+33
81
Содержание нефти, %
Рис. 7.22. Зависимость линейной скорости горения состава
100
Линейная скорость
+уротропин от содержания нефти в жидкой
Линейная скорость
80
60
горения, мм/с
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
KClO
+полистирол от содержания нефти в жидкой среде:
4
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+12 КБ=+33
Содержание нефти, %
50
40
30
горения, мм/с
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рис. 7.23. Зависимость линейной скорости горения
состава KClO
4
среде:
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+12 КБ=+33
82
Содержание нефти, %
2,0
Скорость нарастания
Скорость нарастания
КБ=0
КБ=+12
КБ=+33
1,6
1,2
0,8
давления, МПа/с*г
0,4
0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание нефти, %
Рис. 7.24. Зависимость скорости нарастания давления
состава KNO3+идитол от содержания нефти в эмульсии:
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+7 КБ=+12
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
давления, МПа/с*г
4,0
2,0
0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание нефти, %
Рис. 7.25. Зависимость скорости нарастания давления
состава KClO4+идитол от содержания нефти в эмульсии:
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
83
7,0
Скорость нарастания
Рис. 7.27. Зависимость скорости нарастания давления
Скорость нарастания
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
давления, МПа/с*г
1,0
0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание нефти, %
Рис. 7.26. Зависимость скорости нарастания давления
состава KClO4+полистирол от содержания нефти в эмульсии:
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+12 КБ=+33
6,0
5,0
4,0
3,0
давления, МПа/с*г
2,0
1,0
0,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
состава KClO4+уротропин от содержания нефти в
эмульсии:
КБ=-55 КБ=-33 КБ=-12
КБ=0 КБ=+12 КБ=+33
84
Содержание нефти, %
Максимальные скорости горения при горении в эмульсии с
3
0
,3
4
0
,4
содержанием нефти 50% имеют составы с высокой теплотой
сгорания. Составы с относительно низкой теплотой сгорания
имеют максимум скорости горения при содержании нефти 70%. В
процессе горения в эмульсиях от воздействия температуры будет
изменяться вязкость эмульсии. Вязкость большинства
водонефтяных эмульсий снижается при повышении температуры
до 70оС, при дальнейшем увеличении температуры снижение
вязкости невелико. Можно предположить, что при горении в
эмульсии с содержанием нефти 70% составов с высокой теплотой
сгорания вязкость среды при повышении температуры может
уменьшиться до вязкости чистой нефти. В результате этого
скорость горения в чистой нефти и в эмульсии с содержанием
нефти 70% практически одинаковы. В эмульсии с содержанием
нефти 50% теплота и температура горения этих составов не
достаточны для снижения вязкости среды. В зоне горения
повышается давление за счет продуктов сгорания составов, что и
приводит к высоким и максимальным скоростям горения в
эмульсии с содержанием нефти 50% не зависимо от соотношения
компонентов и природы органического горючего.
При горении в жидких средах пороха максимальное давление
растет до содержания нефти в эмульсии 30%;
газопроизводительность монотонно растет при переходе от воды к
эмульсиям и далее к нефти. Общим для горения безметальных
составов является то, что зависимости максимального давления и
газопроизводительности от состава жидкой среды имеют
экстремум. Максимальное давление развивается при горении в
эмульсиях с содержанием нефти 50 или 70%; максимальная
газопроизводительность достигается при горении в эмульсии 70:30
(рис. 7.28-7.31).
Зависимости скорости горения от давления для составов на
основе перхлората калия, полистирола и идитола при ОБ=-12 в
эмульсиии 50/50 приведены в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Состав Закон скорости горения
KNO
+ идитол U=17,6*(P*10)
KClO
+ полистирол U=11,6*(P*10)
85
С изменением состава жидкой среды максимальное давление при
Рис. 7.28. Зависимость газопроизводительности
+идитол при горении в различных
Газопроизводительность,
горении пороха изменяется на 65%, при горении смесевых составов
может измениться в 2,5 раза. Максимальное давление при горении
смесевого состава может быть больше максимального давления при
горении пороха тоже в 2,5 раза. Сами значения максимумов
газопроизводительности при горении пороха и смесевых составов
очень близки, но если при горении пороха изменение состава жидкой
среды меняет газопроизводительность всего на 7%, то при изменении
условий горения смесевого состава она может измениться в пять раз.
Положительной стороной горения безметальных составов, как и
порохов, является отсутствие твердых шлаков (за исключением
углерода). Процесс взаимодействия окислителей с органическими
горючими, как и у порохов, происходит в газовой фазе и скорость
горения должна зависеть от давления в среде.
На основании полученных результатов и проведенных
исследований предложены феноменологические модели горения
безметальных составов в жидких средах: в воздухе, воде, нефти и
эмульсии 50/50 (рис.7.32).
600
500
400
300
л/кг
200
100
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
состава KNO
вода эмульсия 30/70 эмульсия 50/50
эмульсия 70/30 нефть
3
жидких средах от КБ:
86
Кислородный баланс
Рис. 7.29. Зависимость газопроизводительности при горении
Газопроизводительность,
Рис.7.30. Зависимость газопроизводительности состава
Газопроизводительность,
900
800
700
600
500
400
л/кг
300
200
100
0
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Кислородный баланс
состава KClO4+идитол в различных жидких средах от КБ:
вода эмульсия 30/70 эмульсия50/50
эмульсия 70/30 нефть
900
800
700
л/кг
600
500
400
300
200
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
KClO
+полистирол при горении в различных жидких
4
средах от КБ:
вода эмульсия 30/70
эмульсия50/50 эмульсия 70/30
87
Кислородный баланс
Рис. 7.31. Зависимость газопроизводительности состава
Газопроизводительность,
800
700
600
л/кг
500
400
300
200
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
KClO
+уротропин при горении в различных жидких
4
средах от КБ:
вода эмульсия 30/70
эмульсия50/50 эмульсия 70/30
Кислородный баланс
88
1 – Зона прогрева (начало разложения)
ПС;
2 – К-зона (зона фазовых превращений
и химических реакций в
конденсированной фазе);
3 – Зона диспергирования (зона
гетерогенных химических реакций);
4 – Зона пламени, (пародымогазовая
зона) зона газообразных продуктов
горения.
4 – Зона пламени. В этой зоне
лимитирующей стадией будут реакции,
происходящие в пародымогазовой фазе;
5 – Зона вторичных реакций. Зона, где
происходит смешение продуктов горения
безметального состава и водяного пара. В
этой зоне происходит доокисление
диспергированного углерода с
водой:С+H2O
За счет этого происходит выделение
дополнительного количества тепла.
Однако эта зона уступает по
качественному составу и по
выделившемуся теплу аналогичной зоне
металлсодержащего состава. В этом
случае вода является теплоотводящим
компонентом (средой);
6 – Зона испаренной воды.
(газ или жид.)
= СО+H
2
Зоны – 4,5,6 – газовый пузырь;
За счет высокой вязкости эмульсии
относительно воды и нефти все зоны
прижаты близко к поверхности ПС, т.к.
отток продуктов сгорания из зоны
горения (пламени) будет затруднен. По
этой причине скорость горения в
эмульсиях у безметальных составов
выше в 2-4 раза, чем у
металлсодержащих составов. Эти опыты
подтверждают, что лимитирующей
стадией у безметальных составов
является пародымогазовая зона, а не
конденсированная.
Зоны 5 и 6 – зоны испарения, крекинга и
смешения углеводородов нефти и воды с
продуктами горения безметального ПС.
Рис. 7.32. Феноменологические модели горения безметальных составов в жидких средах
89
7.3 Горение термитных составов
Линейная скорость
При горении термитной смеси выделяется значительное
количество тепла. Это свойство термита позволяет применять его для
тепловой обработки призабойной зоны пласта. При использовании
подобного метода происходит расплавление парафиноасфальтических веществ и очистка перфорационных отверстий
скважины.
Основой термитных составов являются смеси оксидов железа с
магнием или алюминием. В некоторых случаях для активизации
процесса горения в термит вводят окислитель, например, соли бария.
Окислители вводятся для облегчения воспламенения термита и для
образования газообразных продуктов реакции. Температура горения
термитных составов достигает 2400-2600°С, при этом выделяется
тепло в количестве до 3478 кДж.
Как показали экспериментальные исследования, непосредственно в
жидких средах процесс горения полностью протекает только с железомагниевым термитом. Железоалюминиевый термит в жидкостях горит
не устойчиво.
При горении железомагниевого термита в жидкой среде с
увеличением содержания в последней нефти наблюдается
незначительное уменьшение скорости горения с 3,2 до 2,8 мм/с (рис.
7.33). Вместе с тем при повышении доли нефти идет увеличение в 1,52 раза скорости нарастания давления, максимального давления и
газопроизводительности термитной смеси (рис. 7.34-7.36).
4,00
3,50
3,00
2,50
горения, мм/с
2,00
1,50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание нефти, %
Рис. 7.33. Зависимость линейной скорости горения железо-
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]