RU2683467C1 - Thermal source for thermogasdynamic fracturing - Google Patents

Thermal source for thermogasdynamic fracturing Download PDF

Info

Publication number
RU2683467C1
RU2683467C1 RU2017141677A RU2017141677A RU2683467C1 RU 2683467 C1 RU2683467 C1 RU 2683467C1 RU 2017141677 A RU2017141677 A RU 2017141677A RU 2017141677 A RU2017141677 A RU 2017141677A RU 2683467 C1 RU2683467 C1 RU 2683467C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grade
brand
fracturing
ammonium nitrate
thermal source
Prior art date
Application number
RU2017141677A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марат Ильгизович Садыков
Аглям Рашидович Мухутдинов
Максим Геннадьевич Ефимов
Original Assignee
Марат Ильгизович Садыков
Аглям Рашидович Мухутдинов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Марат Ильгизович Садыков, Аглям Рашидович Мухутдинов filed Critical Марат Ильгизович Садыков
Priority to RU2017141677A priority Critical patent/RU2683467C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2683467C1 publication Critical patent/RU2683467C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/62Compositions for forming crevices or fractures
    • C09K8/70Compositions for forming crevices or fractures characterised by their form or by the form of their components, e.g. foams
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/263Methods for stimulating production by forming crevices or fractures using explosives

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the well bottom zone processing device due to the formation fracturing with solid fuels combustion gaseous products and can be used to increase the oil wells productivity. Proposed is the thermogasdynamic fracturing thermal source, which includes a housing with sealed ends, filled with the gas-generating during combustion composite material consisting of a mixture of granulated B grade ammonium nitrate, catalyst, energy additive, combustible binder, and triggered by the electrical coil igniter, where the said composite material contains potassium permanganate as a catalyst, carbon black of the P-803 grade as the energy additive, and epoxy compound as the combustible binder, comprising, in wt%: ED-20 brand epoxy resin – 76, EDOS brand plasticizer – 8, agidol of AF-2M brand – 16, in the following ratio of components of the composition, wt.%: granulated B grade ammonium nitrate 75.0–80.0, potassium permanganate 7.0–11.0, carbon black P-803 brand 4.0–6.0, epoxy compound 7.0–14.0 and introduced by its forming with layer-by-layer pressing directly into the thermal source body in the form of a solid monolithic material.EFFECT: increase in the thermogasdynamic fracturing device energy performance and the manufacturing process simplification.1 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения производительности нефтяных скважин путем обработки призабойной зоны за счет разрыва пласта газообразными продуктами сгорания порохов и твердых топлив.The invention relates to the oil industry, in particular to devices for increasing the productivity of oil wells by treating the bottom-hole zone due to formation fracturing by the gaseous products of combustion of gunpowder and solid fuels.

Одним из рациональных и эффективных методов обработки призабойной зоны с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является способ разрыва пласта газообразными продуктами горения порохового заряда и термогазовое воздействие на призабойную зону пласта. Как известно, для этих целей применяют пороховые генераторы давления типа ПГД.БК или аккумуляторы давления типа АДС [Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник. Под ред. Л.Я. Фридляндера, 2-ое изд., перераб. и доп. Москва «Недра», 1990, с. 10-116]. Генератор давления ПГД.БК состоит из нескольких соединенных между собой пороховых зарядов с осевыми каналами, которые смонтированы на опорной трубе, по всей поверхности покрыты гидроизоляционным составом, а по наружной боковой поверхности - дополнительным покрытием, предохраняющим заряд от трения и ударов о колонну и обеспечивающим прогрессивное горение с поверхности канала.One of the rational and effective methods for treating the bottom-hole zone in order to establish reliable hydrodynamic connection between the well and the formation is a method of fracturing the gaseous products of combustion of a powder charge and thermogas effect on the bottom-hole zone of the formation. As is known, for these purposes, powder generators of the PGD.BK type are used or pressure accumulators of the ADS type [Rifle-blasting apparatus. Directory. Ed. L.Ya. Friedlyander, 2nd ed., Revised. and add. Moscow "Nedra", 1990, p. 10-116]. The PGD.BK pressure generator consists of several interconnected powder charges with axial channels that are mounted on a support pipe, are coated with a waterproofing compound over the entire surface, and with an additional coating on the outer side surface, which protects the charge from friction and impacts on the column and provides a progressive burning from the surface of the channel.

Пороховые аккумуляторы давления АДС-5 и АДС-6 различаются конструкцией порохового заряда. Аккумулятор давления АДС-6 состоит из воспламеняющих и из сгорающих пороховых зарядов с осевыми каналами, а сгорающий пороховой заряд АДС-5 - бесканальный. Воспламеняющий пороховой заряд отличается от сгорающего тем, что в нем имеется загерметизированная спираль накаливания для воспламенения порохового заряда при подаче электрического напряжения. Пороховые заряды АДС-5 и АДС-6 не имеют герметичной оболочки и находятся в контакте со скважинной жидкостью.Gunpowder pressure accumulators ADS-5 and ADS-6 differ in the design of the powder charge. The ADS-6 pressure accumulator consists of flammable and combusting powder charges with axial channels, and the ADS-5 burning powder charge is channelless. An igniting powder charge differs from a burning one in that it has a sealed incandescent spiral to ignite the powder charge when an electrical voltage is applied. Powder charges ADS-5 and ADS-6 do not have an airtight shell and are in contact with the well fluid.

Известные в настоящее время генераторы и аккумуляторы давления для газодинамического разрыва пласта состоят преимущественно из зарядов баллиститного пороха или смесевого твердого топлива и отличаются, в основном, усовершенствованиями, направленными на регулирование величины и длительности импульса давления пороховых газов, воздействующих на интервал обработки продуктивного пласта. Так, например, известен газогенератор [Патент РФ №2242600, опубл. 20.12.2004 бюлл. №35], состоящий из сборки группы зарядов с осевыми каналами, средства их воспламенения, грузонесущего кабеля для доставки газогенератора в скважину и узла крепления газогенератора к кабелю. При этом первая группа зарядов изготовлена из смесевого твердого топлива, обеспечивающего при сгорании создание импульса давления, превышающего горное давление, а вторая группа зарядов изготовлена из баллиститного или смесевого твердого топлива, создающего вторичный фронт давления величиной не менее 0,7 величины первого импульса давления в течение времени, превышающего время действия первого импульса в 3-15 раз. Средство воспламенения зарядов выполнено в виде отрезков детонирующего и огнепроводного шнуров, расположенных в осевом канале сборки зарядов и соединенных между собой с помощью стыковочного узла, при этом детонирующий шнур установлен с возможностью воспламенения зарядов первой группы, а огнепроводный шнур - зарядов второй группы. Недостатком газогенератора является ненадежность воспламенения пороховых зарядов от детонирующего шнура, а также от детонирующего шнура к огнепроводному шнуру.Currently known pressure generators and pressure accumulators for gas-dynamic fracturing of a formation consist mainly of charges of ballistic powder or mixed solid fuel and are distinguished mainly by improvements aimed at regulating the magnitude and duration of the pressure pulse of powder gases affecting the processing interval of the reservoir. So, for example, a gas generator is known [RF Patent No. 2242600, publ. 12/20/2004 bull. No. 35], consisting of an assembly of a group of charges with axial channels, means for igniting them, a load-carrying cable for delivering the gas generator to the well, and a mounting unit for the gas generator to the cable. In this case, the first group of charges is made of mixed solid fuel, which ensures a pressure pulse exceeding rock pressure during combustion, and the second group of charges is made of ballistic or mixed solid fuel, which creates a secondary pressure front with a value of at least 0.7 of the value of the first pressure pulse during time exceeding the duration of the first pulse by 3-15 times. The means of ignition of charges is made in the form of pieces of detonating and fire-conducting cords located in the axial channel of the assembly of charges and interconnected using a docking unit, while the detonating cord is installed with the possibility of igniting the charges of the first group, and the fire-conducting cord is the charges of the second group. The disadvantage of a gas generator is the unreliability of ignition of powder charges from a detonating cord, as well as from a detonating cord to a fire-conducting cord.

Общим недостатком рассмотренных выше зарядов из баллиститного или твердого смесевого топлива, используемых в качестве генераторов и аккумуляторов давления для газодинамического разрыва пласта, является их детонационная способность и связанная с ней высокая опасность, которая может привести к нарушению целостности скважины в случае возникновения аварийной ситуации при их детонации. Такие заряды, кроме того, требуют особых условий при хранении, транспортировке и эксплуатации, так как по сути своей являются взрывчатыми веществами.A common disadvantage of the above charges from ballistic or solid mixed fuels used as generators and pressure accumulators for gas-dynamic fracturing is their detonation ability and the associated high danger, which can lead to disruption of the integrity of the well in the event of an emergency during detonation . Such charges, in addition, require special conditions during storage, transportation and operation, since they are essentially explosives.

Известны так называемые термоисточники, применяемые самостоятельно или в устройствах для термоимплозионной обработки призабойной зоны скважин. Так, например, термоисточник для обработки призабойной зоны скважины [Патент РФ №2436827, опубл. 20.12.2011, бюлл. №35] сформирован из композиции, включающей аммиачную селитру гранулированную марки Б, бихромат калия, эпоксидную смолу марки ЭД-20, пластификатор ЭДОС, отвердитель Агидол марки АФ-2М, при этом в качестве компонентов, повышающих температуру его горения, она дополнительно содержит смесь порошков алюминия дисперсностью не более 50 мкм и азотнокислого бария дисперсностью не более 0,5 мм в следующих соотношениях компонентов композиции, мас. %: аммиачная селитра гранулированная марки Б - 52,5-53,0; бихромат калия - 2,4-2,5; эпоксидная смола марки ЭД-20 - 14,3-14,4; пластификатор марки ЭДОС - 1,3-1,4; отвердитель Агидол марки АФ-2М - 2,1-2,2; алюминий - 10,5-10,9 и азотнокислый барий - 16,0-16,5. Преимуществом данного термоисточника для обработки призабойной зоны скважины является то, что он снаряжен композицией, имеющей температуру горения, равную 2360°С, что находится на уровне этого показателя для баллиститных порохов, другим преимуществом является невзрывчатый характер используемой в нем композиции. Недостатком термоисточника является то, что из его композиции можно изготавливать газогенерирующий материал только торцевого горения в герметичном корпусе из-за гигроскопичности композиции на основе аммиачной селитры. При этом время сгорания материала торцевого горения в скважинных условиях составляет несколько минут. Однако для создания высокого и кратковременного импульса с целью разрыва пласта необходимо, чтобы материал композиции сгорал за время в интервале 0,3-1,0 сек.The so-called thermal sources are known that are used independently or in devices for thermoimplosion treatment of the bottom-hole zone of wells. So, for example, a thermal source for processing the bottom-hole zone of a well [RF Patent No. 2436827, publ. 12/20/2011, bull. No. 35] is formed from a composition comprising granulated ammonium nitrate of grade B, potassium dichromate, epoxy resin of grade ED-20, EDOS plasticizer, hardener Agidol of grade AF-2M, while it additionally contains a mixture of powders as components that increase its combustion temperature aluminum dispersion of not more than 50 microns and barium nitrate dispersion of not more than 0.5 mm in the following ratios of the components of the composition, wt. %: granulated ammonium nitrate, grade B - 52.5-53.0; potassium dichromate - 2.4-2.5; epoxy resin brand ED-20 - 14.3-14.4; plasticizer brand EDOS - 1.3-1.4; hardener Agidol brand AF-2M - 2.1-2.2; aluminum - 10.5-10.9 and barium nitrate - 16.0-16.5. The advantage of this heat source for treating the bottomhole zone of the well is that it is equipped with a composition having a combustion temperature of 2360 ° C, which is at the level of this indicator for ballistic gunpowder, another advantage is the non-explosive nature of the composition used in it. The disadvantage of the heat source is that from its composition it is possible to produce gas-generating material only end-face burning in a sealed enclosure due to the hygroscopicity of the composition based on ammonium nitrate. In this case, the combustion time of the end-face combustion material in downhole conditions is several minutes. However, to create a high and short-term impulse in order to break the formation, it is necessary that the composition material burns over time in the range of 0.3-1.0 sec.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является термоисточник для термогазогидравлического разрыва пласта [Патент РФ №2492319, опубл. 10.09.2013, бюлл. №25] включающий корпус, который снаряжен газогенерирующим при сгорании композиционным материалом, воспламенитель, срабатывающий от электрической спирали. Газогенерирующий при сгорании композиционный материал термоисточника содержит в качестве горючей связки в эффективном количестве 20% мас. порошкообразную поливинилхлоридную хлорированную смолу марки ПСХ-ЛС при следующем соотношении компонентов композиции, % мае: аммиачная селитра гранулированная марки Б - 57,0±0,2; бихромат калия - 3,0±0,1; алюминиевый порошок марки АСД-4 - 5,0±0,1; азотнокислый барий - 15,0±0,2; поливинилхлоридная смола марки ПСХ-ЛС - 20,0±0,2, с возможностью формирования композиционного материала прессованием в виде группы шашек с центральными каналами. При этом шашки изготавливаются отдельно, а затем ими снаряжается корпус термоисточника. Образующийся при снаряжении зазор между шашками и корпусом термоисточника заполняется способным к отверждению заливочным раствором. Между воспламенителем и композиционным материалом термоисточник содержит слой дополнительного воспламенительного состава с возможностью воспламенения его от воспламенителя, что позволяет воспламенять газогенерирующую композицию с торца и по поверхности канала термоисточника. Возможность формирования композиционного материала термоисточника прессованием в виде группы шашек с центральными каналами в способе - прототипе реализуется путем замены жидкого способного к отверждению эпоксидного компаунда, включающего эпоксидную смолу ЭД-20, пластификатор ЭДОС и отвердитель Агидол и делающего всю композицию не способной, по мнению авторов, к прессованию, из-за ее высокой адгезии к металлу прессинструмента, на твердую порошкообразную поливинилхлоридную хлорированную смолу марки ПСХ-ЛС. Формирование материала термоисточника в виде прессован-ных шашек с центральными каналами, как и в генераторах и аккумуляторах давления на основе баллиститного пороха, позволяет увеличить поверхность воспламенения и горения, что существенно уменьшает время горения газогенерирующего материала, так как при наличии канала это время определяется толщиной горящего свода. Однако, несмотря на то, что увеличение поверхности горения позволяет значительно сократить общее время сгорания заряда термоисточника и довести его до нескольких секунд (около 2), сама рецептура композиции термоисточника не является быстрогорящей, содержит катализаторы (бихромат калия) и энергетические добавки (алюминий) не позволяющие значительно увеличить скорость горения аммиачной селитры. Это не позволяет с помощью данного устройства создавать кратковременные импульсы (0,3-1,0 сек.) давления и эффективно производить разрыв пласта. Также формирование материала термоисточника в виде изготовленных отдельно прессованных шашек с центральными каналами и слоем дополнительного воспламенительного состава с последующей заливкой зазора между корпусом термоисточника и шашками специальным раствором является в целом трудоемким, нетехнологичным и малопроизводительным процессом.Closest to the proposed invention is a thermal source for thermohydraulic fracturing [RF Patent No. 2492319, publ. 09/10/2013, bull. No. 25] including a housing that is equipped with a gas-generating composite material during combustion, an ignitor fired by an electric spiral. The gas-generating composite material of the heat source during combustion contains as a combustible binder in an effective amount of 20% wt. powdered polyvinyl chloride chlorinated resin grade PSX-LS with the following ratio of composition components,% May: granular ammonium nitrate grade B - 57.0 ± 0.2; potassium dichromate - 3.0 ± 0.1; aluminum powder of the ASD-4 brand - 5.0 ± 0.1; barium nitrate - 15.0 ± 0.2; PSX-LS polyvinyl chloride resin - 20.0 ± 0.2, with the possibility of forming composite material by pressing in the form of a group of pieces with central channels. In this case, the checkers are made separately, and then they are equipped with the body of the heat source. The gap formed by the equipment between the pieces and the body of the heat source is filled with a curing mortar capable of curing. Between the igniter and the composite material, the thermal source contains a layer of an additional igniter composition with the possibility of igniting it from the igniter, which makes it possible to ignite the gas-generating composition from the end and along the surface of the channel of the heat source. The possibility of forming a composite material of a heat source by pressing in the form of a group of checkers with central channels in the prototype method is realized by replacing a liquid curable epoxy compound including ED-20 epoxy resin, EDOS plasticizer and hardener Agidol and making the whole composition incapable, according to the authors, to pressing, due to its high adhesion to the metal of the pressing tool, on the solid powdery polyvinyl chloride chlorinated resin brand PSX-LS. The formation of the heat source material in the form of pressed pieces with central channels, as in pressure generators and pressure accumulators based on ballistic powder, allows to increase the surface of ignition and combustion, which significantly reduces the burning time of the gas-generating material, since in the presence of the channel this time is determined by the thickness of the burning the arch. However, despite the fact that an increase in the burning surface can significantly reduce the total time of combustion of the charge of the heat source and bring it to several seconds (about 2), the very composition of the composition of the heat source is not quick-burning, it contains catalysts (potassium dichromate) and energy additives (aluminum) allowing to significantly increase the burning rate of ammonium nitrate. This does not allow using this device to create short-term pressure pulses (0.3-1.0 sec.) And effectively produce fracturing. Also, the formation of the material of the heat source in the form of separately pressed pieces made with central channels and a layer of additional igniter composition, followed by filling the gap between the body of the heat source and the pieces with a special solution, is generally a laborious, low-tech and low-productivity process.

В предлагаемом изобретении решается задача усовершенствования термоисточника и газогенерирующего при сгорании материала композиции путем устранения указанных недостатков.The present invention solves the problem of improving the heat source and the gas-generating material of the composition during combustion by eliminating these drawbacks.

Задача решается тем, что в термоисточнике для термогазодинамического разрыва пласта, корпус с герметичными торцами, снаряжен газогенерирующим при сгорании композиционным материалом, состоящим из смеси аммиачной селитры гранулированной марки Б, катализатора, энергетической добавки, горючего связующего, воспламенителя срабатывающего от электрической спирали, согласно изобретению в качестве катализатора композиционный материал содержит перманганат The problem is solved in that in a thermal source for thermogasdynamic fracturing, a body with sealed ends is equipped with a gas-generating composite material consisting of a mixture of ammonium nitrate of granular grade B, a catalyst, an energy additive, a combustible binder, an ignitor that is fired from an electric spiral, according to the invention in as a catalyst, the composite material contains permanganate

калия, в качестве энергетической добавки техуглерод марки П-803, в качестве горючего связующего эпоксидный компаунд включающий, мас. %: эпоксидную смолу марки ЭД-20 - 76; пластификатор марки ЭДОС - 8; агидол марки АФ-2М - 16, при следующем соотношении компонентов композиции, мас. %:potassium, as an energy additive carbon black brand P-803, as a combustible binder, an epoxy compound including, by weight. %: epoxy resin brand ED-20 - 76; plasticizer brand EDOS - 8; agidol brand AF-2M - 16, in the following ratio of components of the composition, wt. %:

Аммиачная селитраAmmonium nitrate гранулированная марки Бgranular grade B 75,0-80,075.0-80.0 Перманганат калияPotassium permanganate 7,0-11,07.0-11.0 Техуглерод марки П-803Carbon black of the P-803 brand 4,0-6,04.0-6.0 Эпоксидный компаундEpoxy compound 7,0-14,07.0-14.0

путем формирования композиционного материала послойным прессованием непосредственно в корпус термоисточника в виде твердого монолитного материала.by forming a composite material by layer pressing directly into the body of the heat source in the form of a solid monolithic material.

Предлагаемый термоисточник изображен на фигуре 1 и включает корпус 1, который снаряжен газогенерирующим при сгорании композиционным материалом в виде твердого монолитного материала 2. В нижней торцевой части находится воспламенитель 3 с электрической спиралью 4. Корпус термоисточника с обоих торцов герметизирован слоями из эпоксидного компаунда 5 и герметика на основе тиокола 6. Термоисточник помещается в металлический контейнер с окошками 7, в верхней части которого находится кабельная головка 8 для подсоединения к кабель-тросу.The proposed thermal source is shown in figure 1 and includes a housing 1, which is equipped with a gas-generating composite material in the form of a solid monolithic material 2. In the lower end part there is an igniter 3 with an electric spiral 4. The body of the thermal source is sealed from both ends with layers of epoxy compound 5 and sealant based on thiokol 6. The heat source is placed in a metal container with windows 7, in the upper part of which there is a cable head 8 for connection to a cable cable.

Термоисточник работает следующим образом. С помощью подсоединяемого к кабельной головке 8 кабель-троса устройство спускают на забой скважины и устанавливают напротив обрабатываемого интервала пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 3. От последнего происходит воспламенение газогенерирующей композиции. Сгорание газогенерирующей композиции происходит за доли секунды вследствие реализации объемного (конвективного) режима горения. Продукты горения истекают через окошки The thermal source works as follows. Using a cable cable connected to the cable head 8, the device is lowered to the bottom of the well and set opposite the treated interval of the formation. An electric impulse is supplied to the igniter 3 from the wellhead through a cable-cable. Ignition of the gas generating composition occurs from the latter. The combustion of the gas generating composition occurs in a split second due to the implementation of the volumetric (convective) combustion mode. Combustion products expire through windows

контейнера 7 в ствол скважины. Из-за малого времени сгорания материала термоисточника в интервале обработки создается импульс давления высокотемпературных газообразных продуктов горения, превышающий пластовое давление, что приводит к термогазодинамическому разрыву пласта с разветвленной сетью трещин вокруг перфорационных каналов.container 7 into the wellbore. Due to the short time of combustion of the heat source material in the processing interval, a pressure pulse of high-temperature gaseous products of combustion is generated that exceeds the reservoir pressure, which leads to thermo-gas-dynamic fracture of the formation with an extensive network of cracks around perforation channels.

Формирование композиционного материала термоисточника послойным прессованием в виде однородного монолитного материала в предлагаемом изобретении реализуется путем введения в состав композиции способного к отверждению эпоксидного компаунда в количестве 7-14% мае, включающего эпоксидную смолу ЭД-20, пластификатор ЭДОС (ЭДОС -пластификатор с широким спектром применения. Является смесью полифункциональных соединений: гидроксильные и эфирные группы, кислородосодержащие циклы [ТУ 2493-003-13004749-93]) и отвердитель агидол АФ-2 (представляет собой продукт взаимодействия фенола и этилендиамина в формальдегиде [ТУ 2494-052-00205423-2004 ЗАО «Химэкс Лимитед»]). Причем при указанном количестве жидкого компаунда в исходной смеси, материал прессуемой смеси является полусухим и прекрасно уплотняется без признаков адгезии к инструменту прессоснастки. Формирование материала термоисточника осуществляется путем порционного, послойного прессования (с давлением, не превышающим 20 МПа) прямо в корпус равными порциями смеси высотой около 20 мм и происходит непрерывно до достижения требуемой плотности и массы газогенерирующей композиции. Отверждение композиционного материала термоисточника происходит в течение 12 часов при температуре 20°С, при этом достигается прочность на сжатие материала не менее 45 МПа. Композиционный материал в корпусе термоисточника формируется в герметичном исполнении, поэтому его торцевые части покрыты способными к отверждению слоями из эпоксидного компаунда и герметика на основе тиокола.The formation of a composite material of a heat source by layer-by-layer pressing in the form of a homogeneous monolithic material in the present invention is realized by introducing into the composition of a composition capable of curing an epoxy compound in an amount of 7-14% of May, including an epoxy resin ED-20, an EDOS plasticizer (EDOS plasticizer with a wide range of applications It is a mixture of polyfunctional compounds: hydroxyl and ether groups, oxygen-containing cycles [TU 2493-003-13004749-93] and hardener agidol AF-2 (represents product of the interaction of phenol and ethylene diamine in formaldehyde [TU 2494-052-00205423-2004 CJSC Himex Limited]). Moreover, with the indicated amount of liquid compound in the initial mixture, the material of the pressed mixture is semi-dry and perfectly compacted without signs of adhesion to the tool of the press tool. The heat source material is formed by batch, layer-by-layer pressing (with a pressure not exceeding 20 MPa) directly into the body in equal portions of the mixture with a height of about 20 mm and occurs continuously until the desired density and mass of the gas-generating composition are reached. The curing of the composite material of the heat source occurs within 12 hours at a temperature of 20 ° C, while achieving a compressive strength of the material of at least 45 MPa. The composite material in the body of the heat source is formed in a sealed design, so its end parts are coated with curing layers of epoxy compound and thiol-based sealant.

Как показали исследования, использование в качестве катализатора горения вместо бихромата калия перманганата калия в эффективном количестве 7-11% мас. позволяет значительно увеличить скорость горения аммиачной селитры, при этом меняется сам характер горения - оно переходит в режим объемного, конвективного горения, характерного для порохов и смесевых твердых топлив. Введение в композицию термоисточника в качестве энергетической добавки техуглерода марки П-803 (технический углерод (техуглерод) - высокодисперсный углеродистый материал, который образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов, содержащихся в природных или промышленных газах, а также в жидких продуктах нефтяного или каменноугольного происхождения [ГОСТ 7885-86]) в количестве 4-6% мас. позволяет не только обеспечить высокую температуру горения материала газогенерирующей композиции (около 2200°С), но и играет дополнительную катализирующую роль процесса горения. В качестве воспламенителя термоисточника применяется состав, включающий, % мае: аммиачную селитру - 70, перманганат калия - 10, эпоксидную смолу марки ЭД-20 - 13,2, пластификатор марки ЭДОС - 1,6, отвердитель агидол марки АФ-2 - 5,2 и срабатывающий от электрической спирали накаливания.As studies have shown, the use of potassium permanganate in an effective amount of 7-11% wt. As a combustion catalyst instead of potassium dichromate it can significantly increase the burning rate of ammonium nitrate, while the nature of combustion changes - it goes into the volumetric, convective combustion mode, characteristic of gunpowders and mixed solid fuels. Introduction to the composition of a heat source as an energy additive of P-803 brand carbon black (carbon black (carbon black) is a highly dispersed carbon material that is formed during incomplete combustion or thermal decomposition of hydrocarbons contained in natural or industrial gases, as well as in liquid products of petroleum or coal origin [GOST 7885-86]) in an amount of 4-6% wt. allows not only to ensure a high combustion temperature of the material of the gas-generating composition (about 2200 ° C), but also plays an additional catalytic role of the combustion process. As a source of ignition for a heat source, a composition is used, including,% May: ammonium nitrate - 70, potassium permanganate - 10, epoxy resin of the ED-20 grade - 13.2, plasticizer of the EDOS grade - 1.6, hardener agidol of the AF-2 grade - 5, 2 and triggered by an electric glow plug.

Необходимо отметить, что композиционный материал термоисточника является невзрывчатым, по классу опасности относится к категории 913, что обеспечивает высокую безопасность при его применении, транспортировке и хранении.It should be noted that the composite material of the heat source is non-explosive, according to the hazard class it belongs to category 913, which ensures high safety during its use, transportation and storage.

Работоспособность предлагаемого термоисточника для термогазодинамического разрыва пласта подтверждена результатами стендовых испытаний на установке, имитирующей скважинные условия. Установка представляет собой удлиненный сосуд высокого давления внутренним диаметром 122 мм и высотой 1800 мм, заполненный до определенного уровня водой и герметизированный крышкой. Регулированием высоты воздушного пространства над уровнем воды обеспечивается достижение величины The operability of the proposed thermal source for thermodynamic fracturing is confirmed by the results of bench tests at the installation simulating borehole conditions. The installation is an elongated pressure vessel with an internal diameter of 122 mm and a height of 1800 mm, filled to a certain level with water and sealed with a lid. By adjusting the height of the airspace above the water level, the achievement of the value

рабочего давления в сосуде, не превышающего допустимое. В корпусе сосуда расположен датчик давления для непрерывной регистрации изменения давления во времени.working pressure in the vessel, not exceeding the permissible. A pressure sensor is located in the vessel body for continuous recording of pressure changes over time.

Для стендовых испытаний использован натурный образец термоисточника, по конструкции соответствующий чертежу фигуры 1, с наружным диаметром корпуса из ПВХ (поливинилхлорида) 63 мм и внутренним диаметром 57 мм, снаряженного композиционным материалом общей массой 400 г. Соотношение компонентов композиционного материала термоисточника было взято в следующих количествах, % мас.:For bench tests, a full-scale sample of the heat source was used, the design corresponding to the drawing of figure 1, with an outer diameter of the case made of PVC (polyvinyl chloride) of 63 mm and an inner diameter of 57 mm, equipped with composite material with a total mass of 400 g. The ratio of the components of the composite material of the heat source was taken in the following quantities % wt .:

Аммиачная селитраAmmonium nitrate гранулированная марки Бgranular grade B 79,579.5 Перманганат калияPotassium permanganate 8,68.6 Техуглерод марки П-803Carbon black of the P-803 brand 4,84.8 Эпоксидный компаундEpoxy compound 7,17.1

Для сравнения были изготовлены и испытаны образцы термоисточника по изобретению - прототипу (пат. №2492319) такой же массы. Средние результаты испытаний по данным трех параллельных опытов приведены в таблице.For comparison, samples of a thermal source according to the invention — a prototype (US Pat. No. 2492319) of the same mass — were made and tested. The average test results according to three parallel experiments are shown in the table.

Figure 00000001
Figure 00000001

Результаты стендовых испытаний образца термоисточника в виде The results of bench tests of a sample of a heat source in the form

зависимости изменения давления от времени его горения представлены также на фигуре 2, которые показывают, что газы, выделяющиеся при сгорании композиционного материала термоисточника, создают в течение 0,44 сек. импульс давления с максимальной величиной 28,7 МПа.the dependences of the pressure change on the time of its burning are also presented in figure 2, which show that the gases released during the combustion of the composite material of the heat source create within 0.44 seconds. pressure pulse with a maximum value of 28.7 MPa.

Эти данные подтверждают работоспособность предлагаемого термоисточника в скважинных условиях, основными преимуществами которого являются высокие технические характеристики, простота изготовления и безопасность при эксплуатации, перевозке и хранении.These data confirm the operability of the proposed thermal source in borehole conditions, the main advantages of which are high technical characteristics, ease of manufacture and safety during operation, transportation and storage.

Claims (3)

Термоисточник для термогазодинамического разрыва пласта, включающий корпус с герметичными торцами, снаряженный газогенерирующим при сгорании композиционным материалом, состоящим из смеси аммиачной селитры гранулированной марки Б, катализатора, энергетической добавки, горючего связующего, и воспламенитель, срабатывающий от электрической спирали, отличающийся тем, что газогерирующий при сгорании композиционный материал содержит в качестве катализатора перманганат калия, в качестве энергетической добавки - техуглерод марки П-803, в качестве горючего связующего - эпоксидный компаунд, включающий, мас.%: эпоксидную смолу марки ЭД-20 – 76, пластификатор марки ЭДОС – 8, агидол марки АФ-2М - 16, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:Thermal source for thermogasdynamic fracturing, comprising a housing with sealed ends, equipped with a gas-generating composite that is generated by combustion, consisting of a mixture of granulated ammonium nitrate of grade B, a catalyst, an energy additive, a combustible binder, and an ignitor that is fired from an electric spiral, characterized in that it is gas-generated when The composite material contains potassium permanganate as a catalyst, P-803 carbon black as an energy additive, and the quality of the combustible binder is an epoxy compound, including, wt.%: epoxy resin grade ED-20 - 76, plasticizer grade EDOS - 8, agidol grade AF-2M - 16, in the following ratio of components of the composition, wt.%: Аммиачная селитраAmmonium nitrate гранулированная марки Бgranular grade B 75,0-80,075.0-80.0 Перманганат калияPotassium permanganate 7,0-11,0              7.0-11.0 Техуглерод марки П-803Carbon black of the P-803 brand 4,0-6,0    4.0-6.0 Эпоксидный компаундEpoxy compound 7,0-14,0  7.0-14.0
и введен путем его формирования послойным прессованием непосредственно в корпус термоисточника в виде твердого монолитного материала.and introduced by its formation by layer pressing directly into the body of the heat source in the form of a solid monolithic material.
RU2017141677A 2017-11-29 2017-11-29 Thermal source for thermogasdynamic fracturing RU2683467C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141677A RU2683467C1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Thermal source for thermogasdynamic fracturing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141677A RU2683467C1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Thermal source for thermogasdynamic fracturing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2683467C1 true RU2683467C1 (en) 2019-03-28

Family

ID=66089593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141677A RU2683467C1 (en) 2017-11-29 2017-11-29 Thermal source for thermogasdynamic fracturing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2683467C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2075597C1 (en) * 1995-04-05 1997-03-20 Садыков Ильгиз Фатыхович Device for treatment of well bottom-face zone
US5775426A (en) * 1996-09-09 1998-07-07 Marathon Oil Company Apparatus and method for perforating and stimulating a subterranean formation
RU2242600C1 (en) * 2004-02-24 2004-12-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по использованию энергии взрыва в геофизике" Gas generator on solid fuel for well
RU2295637C1 (en) * 2005-06-22 2007-03-20 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук Oil well bottom zone treatment device
RU2313663C2 (en) * 2006-03-01 2007-12-27 Ильгиз Фатыхович Садыков Device for well bottom zone treatment
RU2436827C2 (en) * 2010-01-26 2011-12-20 Ринат Раисович Хузин Composition of thermal source for treatment of bottomhole zone of well
RU2492319C1 (en) * 2012-03-07 2013-09-10 Марат Ильгизович Садыков Heat source for thermal-gas-hydraulic rupture of bed
RU140599U1 (en) * 2013-10-24 2014-05-10 Аглям Рашидович Мухутдинов DEVICE FOR PROCESSING WELL BOTTOM ZONE

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2075597C1 (en) * 1995-04-05 1997-03-20 Садыков Ильгиз Фатыхович Device for treatment of well bottom-face zone
US5775426A (en) * 1996-09-09 1998-07-07 Marathon Oil Company Apparatus and method for perforating and stimulating a subterranean formation
RU2242600C1 (en) * 2004-02-24 2004-12-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по использованию энергии взрыва в геофизике" Gas generator on solid fuel for well
RU2295637C1 (en) * 2005-06-22 2007-03-20 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук Oil well bottom zone treatment device
RU2313663C2 (en) * 2006-03-01 2007-12-27 Ильгиз Фатыхович Садыков Device for well bottom zone treatment
RU2436827C2 (en) * 2010-01-26 2011-12-20 Ринат Раисович Хузин Composition of thermal source for treatment of bottomhole zone of well
RU2492319C1 (en) * 2012-03-07 2013-09-10 Марат Ильгизович Садыков Heat source for thermal-gas-hydraulic rupture of bed
RU140599U1 (en) * 2013-10-24 2014-05-10 Аглям Рашидович Мухутдинов DEVICE FOR PROCESSING WELL BOTTOM ZONE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7431083B2 (en) Sub-surface coalbed methane well enhancement through rapid oxidation
US4329925A (en) Fracturing apparatus
CN108086966B (en) Safe type high energy gas fracturing unit
US8186425B2 (en) Sympathetic ignition closed packed propellant gas generator
NO119829B (en)
JPS6041638B2 (en) delayed detonator
US2892406A (en) Method of detonating ammonium nitrate base explosives
US4662451A (en) Method of fracturing subsurface formations
RU2683467C1 (en) Thermal source for thermogasdynamic fracturing
US8226782B2 (en) Application of high temperature explosive to downhole use
RU2469180C2 (en) Perforation and treatment method of bottom-hole zone, and device for its implementation
RU2492319C1 (en) Heat source for thermal-gas-hydraulic rupture of bed
US20180179119A1 (en) High Temperature Energetic Formulations
US3713393A (en) Igniter mechanism for solid propellants under high fluid head
US2923204A (en) Propellant chamber means
US20180224418A1 (en) Synthetic Target Material for Shaped Charge Performance Evaluation, Powdered Metal
RU2313663C2 (en) Device for well bottom zone treatment
RU133875U1 (en) POWDER GENERATOR
CN103822543A (en) Novel detonating device
US3104706A (en) Well fracturing
RU2311530C1 (en) Device with gun-powder charge for well stimulation and method therefor
RU2092682C1 (en) Method of treating reservoir with liquid combustible-oxidizing compound
US2038772A (en) Blasting charge
RU2801449C1 (en) Thermal gas generator for oil production in productive reservoirs of various types
RU2721544C1 (en) Device for thermo-implosion processing of oil wells

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191130