автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Химико-физические основы высокотемпературного воздействия на призабойную зону скважины гидрореагирующими составами

В1ДКРИТЕ АКЦ10НЕРНЕ ТОВАРИСТВО 'УКРАШСЫШЙ НАФТОГАЗОВИЙ ШСТИТУТ"

Для службового користування г^ Екз № Я 5""

ЩЕРБИНА КАР1НА ГРИГОР1ВНА

УДК 622.276.6

ХШШО-Ф13ИЧН1ОСНОВИ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВПЛИВУ НА ПРИВИБШНУ ЗОНУ СВЕРДДОВИНИ ПДР0РЕАГУ10Ч1МИ СКЛАДАМИ

05.15.06 -Розробка нафтових та газових родовит

АВТОРЕФЕРАТ дисертащТ на здобутгя наукового ступеня доктора техшчних наук

КиТв - 1999

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в Вщкритому акцюнерному товарисш «Украшський нафтогазовий ¡нститут», Держнафтогазпром УкраТни

Науковий консультант: доктор техшчних наук, ст. наук, ствробггник Свгглицький Вистор Михайлович, Вщкрите акщонерне товариство «Укра1нський нафтогазовий ¡нститут», завщувач вщдшом

Офщшш опоненти:

доктор техшчних наук, професор

Зарубш Юрж Олександрович, ВАТ «Укрнафта»,

заступник голови правлшня по науковш робот!

доктор эаьпчних наук, професор

Третинник В^кентш Юршович, 1нститут коло!дно1 х!мп5 хши води, завщувач вщдшом;

доктор техшчних наук, професор Тер-Сарюсов Рудольф Михайлович, 1нститут природних газ1В РФ, заступник директора по науков1Й робот!

Провщна установа: Украшсысий науково-дослщний ¡нститут

природних газ1в, «УкрНД1газ», НацюнальноТ акцюнерно1 компанп «Нафтогаз Украши» (м. Харыв)

Захист вщбудеться « годин! на засщанн1

спещал1зованоУ вченоТ ради Д 26.837.01 у Вщкритому акционерному товарисш "УкраТнський нафтогазовий шститут" за адресою: 252142, Украша, м. Кшв, пр. Палладша, 44.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ Вщкритого акцюнерного товариства "УкраТнський нафтогазовий ¡нститут" за адресою: 252142, УкраУна, м. Кшв, пр. Палладша, 44.

Авторефератрозкланий СС^ПИ1999р

Вчений секретар спешал1зованоТ вченоТ ради

Ягодовський СЛ.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальшсть теми. Вщомо, що нафта I газ - це основа науково техшчного прогресу нашого в1ку. Практично немае такоТ галуз1 економ1ки, де б не використовувались природш вуглеводш та продукта Их переробки. Вони ж е головними сучасними енергоноаями, потреба в яких щороку росте а видобуток знижуеться. Продуктившсть нафтових, газових та газоконденсатних свердловин визначаеться, насамперед, яшсним станом привибшно! зони, и проникшепо, що падае при скресашн, освоент та експлуатацп продуктивних пластав. Привибшна зона е самим уразливим мкцем у систем! пласт - свердловина. Ряд родовищ нещодавно введених в експлуатащю мають природну низьку прониюнсть колектор!в, яка ще бшын знижуеться при освоенш свердловин.

РЬномаштшсть метод1в, що сприймають стимулюванню притоюв вуглеводнево! сировини, ведуть до появи нових задач як теоретичного, так 1 1фикладного значения, ршення яких все частине потребуе знания мехашзм!в х1м1чних перетворень породи 1 флюТду особливо при терм1чних впливах на пласт.

У дисертащТ запропоновано новий напрямок рипення проблеми шдвшцення продуктивное^ свердловин шляхом впливу на привибшну зону високоенергетичними газоутворюючими джерелами Х1М1ЧН01 енерги, що горять у водь Впровадження у виробництво нових мстод!в I технолопй, тим бшьше з використанням вперше пропонованих х1м1чних систем, можлив! теля детальних теоретичних та експериментальних дослщжень з використанням моделей максимально наближених до природних умов.

Враховуючи зростаючу потребу економши Украши у енергоресурсах, коли нема нових альтернативних вуглеводням енергоноспв, актуальшсть представлено! в дисертаци проблеми е очевидною та безперечною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася згхдно з науково-техшчними { координацшними Держпрограмами, у вщповщноеп з замовленнями державних проекпв та господарських НДР, а гакож замовленнями колишшх ПСНТ та ВПК СРСР1 УкраГни.

Мета 1 задач! дослщження. Метою роботи е наукове обгрушування та зозробка х!мко-ф13ичних основ, нового напрямку 1 метод1в шдвшцення тродукгивноста нафтових, газових та газоконденсатних свердловин шляхом гермох!м1чно1 обробки Гх привибшних зон пдрореагуючими складами (ГРС) та ч>рюче-окислювальними сум1шами (ГОС) нового поколшня. Для досягнення поставлено! визначеш основш задачк - розробка нового напрямку шдвшцення продуктивное!! свердловин пляхом впливу на привибшну зону пласта (ПЗП) енергоемними •азоутворюючими системами з використанням компонента торпедних \ ракетних [алив.

- розробка технолопй одержання пдрореагукэтйх склад1в, що горять у водо, i горюче-окислювальних сумкпей нового поколшня, дослщження i'xHix властивостей i х1мт>ф1зичного впливу на флющ i породу пласта.

- створення xiмiкo-фiзичниx основ i метод!в впливу на флклд i пласт високоенергетичними системами з використанням узагальнених теоретичних та експериментальних даних.

-. впровадження у промисловсть розроблених технолопй i нових метод1в впливу на привибшну зону продуктивних пласт'ш з метою пщвищення п проникност! i коефцценту вилучення флюТду.

Наукова новизна одсржаних результатов.

1. Вперше розроблено х1мшо-ф!зичш основи шдвищення видобутку вуглеводневоГ сировини при використанш пдрореагуюч!х склад1в.

2. Запропоновано та реашзовано новий методолопчний пцрод до проблеми термогазох1м1чно1 обробки ПЗП i синтезу нових енергоемних паливних систем через розкритгя мехашзму ximihhhx реакцш; використання аномальних властивостей речовин; застосуванню х1м1чних сполук i елеменпв з високою ентротею, переводячи атоми та молекули енергонос11в в збуджений стан, знижуючи енерпю активацп реагугочих речовин, яю по новому впливають на флкмд i продуктивний колектор.

3. Вперше запропоновано технолопчш прийоми синтезу високоенергетич-них пдрореагуюч!х склад1в на основ! алюмшпо, бору та термггао! cyMimi з елеменпв i сполук лужних метал1в, що полягаюь у багаторазовому прискоренш твердофазного дифузшного переносу лтю та використанш енергп поверхневих реакцш.

4. Доведено, що розроблеш горюче-окислювальш cyMimi нового поколшня на основ1 нира-пв амонпо та карбамщу з дом1шками активатор1в, яы вже у передполум'яних процесах сприяють утворенню атомарних кисню та водню, шщноючи цепш процеси горшня, повшстю реал1зують свШ термодинам1чний потенщал у свердловшп.

5. Дослщжено, що у середовинц сильних окислювач1в ГОС процес термообробки привибшноТ зони пласта стае керованим за допомогою меташзованих склад1в, що BHÖipKOBo горять у вод! - це ГРС. Визначена роль води як основного окислювача горючих компонент i xiMi4Horo джерела aroMie i молекул активного водню.

6. Вперше доведено, що основний вплив на флющ створюс водень, здшснюючи:

- катал1тичну низькотемпературну ¡зомеризацно високомолекулярно! фракцй' флю'1ду;

- шрол1з та кремнг збуджених ¡зомерних молекул;

- утворення коксу з високою ентрошею, який е не лише енергетичним дже-релом тепла при внуф1пластовому горшш, а й визначае можлив1Стъ йога здшснення.

7. Вперше у методах внутр1пшьопластових теплових обробок привибШноТ зони пласта визначена роль водню як головного компоненту процесу, що забезпечуе: ефективний режим трпциноутворення, подготовки флюТду будь-яко! в'язкоеп до фшьтращйного горшня, передполум'яш процеси перебудови флющу у пласп.

Одержат нов1 науков1 дан! склали теорегичш основи для визначення оптимальних параметр1в синтезування енергоемних сполук, !х реакцш в пласп 1 створення нового багатофункцюнального процесу баротермох1м1чного впливу на продуктивш колектори з метою пщвищення коефЩенту вилучення вуглеводшв.

Корисшсть 1 новизна одержаних в робот! результа-пв шдтверджещ 20-ма авторськими свщоцтвами I патентами.

Практичне значения одержаних результа-пв.

1. Розроблена I впровадасена на нафтогазових родовищах УкраТни та Роса принципово нова технолопя баротермох1м!чного впливу (БТХВ) на привибшну зону пласта з використанням ГРС I горюче-окислювальних сумшей нового поколшня. Технолопя забезпечуе:

- додатковий приплив флюдав за рахунок тр^щиноутворенпя 1 можливого роз1рвання шару щшьного колектора;

- шдвищення проникноеп колектор1В за рахунок зниження в'язкосп флювдв, очищения порового простору вщ твердих сполук, тдвгацення внутр1шньо-пластового тиску шляхом шщповання фшырацшного горшня;

- декольматацш породи привибшноТ зони за рахунок передполум'яних процеслв перебудови, шрол1зу I креюнга високомолекулярних вуглеводшв у продуктивному пласта шд д1сю ГРС.

2. Вперше розроблена енергозбер1гаюча технолот синтезу ГРС, яю забезпечують висом параметри об'емного тепловидшення у свердловиш.

Доведена можлив!сть I дощльшсть застосування компонента торпедних 1 ракетних палив для термох1м!чпо1 обробки пласта з метою пщвищення продуктивности нафтогазовидобувних свердловин.

3. Розроблеш й оптгопзоваш рецептури горючо-окислювальних сумшей нового поколшня для промислово! реагпзацп. Дослщжеш працездатшсть 1 детонацшш властивост1 ГОС.

4. Проведено промислову апробацпо технологи баротермох1м!чного впливу на продуктивш пласта нафтових 1 газоконденсатних свердловин.

У результат! використання теоретичних рекомендацш I впровадження новоТ технологи в УкраТш додатково отримано 103082 тис. м3 газу, 7303 т конденсату I 8999 т нафти.

Фундаментальш дослцркення дозволяють застосовувати знайдеш науково-TexH¡4HÍ piniemia в ¡нших областях науки i техшки: металургй" (технологш синтезу легких сплав1в), ракетшй техшщ i космонавтищ (енергетичне забезпечення устроГв високошвидюсного метання).

Особистий внесок здобувача. Автором особисто розроблено новий напрямок в технолопях термогазох1м!чних обробок привибшно! зони нафтових, газових та газоконденсатних (НТК) свердловин з метою шдвищення i'x продуктивности створено комплекс науково-техшчних ршень по одержанню, дослщженню i використанню високоенергетичних паливних систем i ixhíx компонента; при узагальненш теоретично-експериментальних дослщжень сформульоваш х1мко-ф13ичш основи високотемпературного впливу на привибшну зону продуктивных пласпв пдрореагукгами складами; розроблено нову багатофункцюнальну технолопю шдвищення продуктивное™ НТК свердловин.

Апробащя результат1в дисертацн. Результата виконаних доелдакень flonoBiдались i обговорювались на: VI11 та IX Всесоюзних симпоз1умах по ropimno i вибуху "Гор1ння гетерогенних i газових систем" (м. Ташкент, м. Черноголовка, 1986, 1989 р.р); науково-практичному ceMÍHapi електроф!зищ горшня (м. Караганда, 1988 р.); Всесоюзнш конференцп "Реактор-10" (м. Тол'ятп, 1989 р.); науковому CHMno3ÍyMÍ "Юмецька наука для нових MarepianiB", (ФРН, 1991 р.); Всесоюзнш конференцГх "Енергозбер1гаючи технолоп'Г (м. Барнаул, 1991 р.); ВсеукраТнськш нарад1 ДКНТ Украши з проблем розробки та експлуатацп нафтових i газових родовшц (м. КиТв, 1992 р.); науково-техн1Чних нарадах вщфитого акщонерного товариства "Укра'шський нафтогазовий ¡нститут" (м. КиГв, 1997,1998 р.р), НГДУ "РИТЭКнефть"(м. Когалим, 1998 р.); та УКРЩЦГАЗ (м. Харшв, 1989, 1998 р.р); вчених радах 1нституту проблем машинобудування HAH Укра'пш (1996-1998 р.р) ; бвропейському KOHrpeci "Hobí XÍMÍ4HÍ технолопГ' (1тал1я, м. Флоренщя, 1997 р.); 1 i 2-ifi Украшсько1 науково! конференцп "Гор1ння, башетика i механжа сшвударш" (м. Одеса, м. Шостка, 1997, 1998 р.р); м!жнародних науково-техн1чних конференщях "1нформац1йш технологИ': наука, техшка, технологи " (м. Харшв, 1997, 1998 р.р); V мЬкнароднш конференцп УНТА "Нафта i газ Украши - 98" (Полтава, 1998р.),

Публшаци. Ochobhí положения дисертацн викладеш у 43 опублкованих роботах. 3 них 15 авторських евщоцтв i 5 патент1в.

Структура дисертацн. Дисертащя складаеться з вступу, шести роздшв, bhchobkíb i додатку. Загальний обсяг 313 ctopíhok, включаючи список лггератури з 194 найменувань джерел ¡нформацп на 18 cTopifficax, 41 рисунок i 34 таблищ на 28 сторшках i додаток на 16 cTopimcax.

Автор висловлюе глибоку вдячшеть науковому консультанту д. т. н. В.М. Свгглицькому за неоцшенну допомогу, надану при виконанш робота, i пл1дне обговорення и результат1в, а також д. т. н. Зезекало 1.Г. i к. т. н. 1ваншв O.A. за

сприяння при впровадженш розроблено! технолоп! на родовищах ДП "Полтавагазпром" i при оформлегап роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦЙ

У першому роздип надано аналггичний огляд науково-техтчноТ шформа-цп про основш причини, що знижують продукгившсть свердловин, представлен! метода тдвищення вщдач1 вуглеводнево! сировини. Показаш Тх переваги, педо-.тки 1 те особливе мкце, що займають термогазох!м!чш метода обробки приви-61йпо1 зони свердловин та внутр1шньопластове гор!ння (ВГ). 1стотш переваги цих методов перед 1нпшми видами теплово1 обробки, полягають в тому, що виюпоча-ються втрати тепла при доставщ в привибшну зону, воно та продукта згоряння безпосередньо поглинаюься продукгивним пластом.

В результат! проведених дослщжень лггературних джерел шформацп встановлено:

- вщсутня упорядкована теоретична основа мехашзму дп на флюТд високо-енергетичних систем, як\ утворюють водень;

- мало даних по рецептурам 1 технолопям готування х1м!чних джерел енергп, коло речовин, що знайшли застосування в практищ, обмежене;

- вода в традицшних горюче-окислювальних сумшах, яю використовують при термогазох!м!чних обробках свердловин, виконуе ильки функцп розчинника х!м1чних речовин або утворювача пари;

-не вивлеш шляхи можливого коксоутворення в конденсат!, для нпщюван-ня внутр1шньопластового горшня.

Другий роздш присвячений теоретичним проблемам високотемператур-ного впливу на привибшну зону пласта пдрореагукгами складами. Пропонуеться новий пцрод до процеав термохМчжп обробки свердловини через:

- дос.шдження мехашзму хтчних реаюцй, що здшснюються як у робочому тш, так 1 об'ектах його впливу - флю'цц 1 пласп, а також при створенш нових високоенергетичних систем. Ф1зичш явища розглядаються як наслщок х1м1чних перетворень;

- вшсористання аномальних властивостей ряду речовин, пов'язаних з високою проникаючою здатшсно, катал!тичною актившстю, спроможшстю до шщповання процеав горшня та ш. , обумовлених особливостями будови Тх атом1в 1 молекул. Так водень та лшй - найменш частки речовини; компонент ракетного палива пол!мер паращан (Сг^Эп - мае позитивне значения ентальпй при термодинам1чшй стаб!льност1 (за рахунок резонансних коливань атомних угруповань);

- застосування х1м1чних сполук та елеменпв з високою ентрошсю, коли атоми та молекули енергоноснв перед уживанням переводяться в збуджений стан. При цьому на 70 % знижуегься енерпя активацп реагуючих речовин, 1х продукта

набувають нових властивостей та по новому впливають на флющ I продуктивний колектор. Ентрошя шдвшцуеться при утворенш речовин, гх термодисощащУ, механо-х1м1чно1 активаци реакцШноТ поверхш тощо.

Термох1м1чну обробку привибшно! зони свердловини з використанням пдрореагукгах сполук I ГОС нового поколшня названо баротермох1м!чшм впливом (БТХВ).

БТХВ - це штучне створення додаткового тиску в привибшнш зон! пласта за допомогою газоутворюючих 3-х стадшних екзотерм1чних реакцш, що здшснюються М1Ж складами, яю. горять у вод1 - ГРС, горюче-окислювальними сумшами та високомолекулярними фракциями флкнду.

ГРС - це високоенергетичш меташзоваш системи на основ1 алюмшио, бору, 1хшх сполук у композицп з лужними металами, пдридами або термггною сумшппо з особливими властивостями. Доведено, що в середовшщ сильних окислювач1в (кисню, азотно! кислоти, хлору та шших) пдрореагуюч! сполуки виб1рково реагують з водою, при цьому видшяегься атомарний I молекулярний водень. Ряд ГРС - самозаймисп у вод! речовини.

ГОС - вода! суспензи на основ1 ам!ачно1 селпри або нпрату карбамщу з додатками сполук, що мктять бор або компонент ракетного палива паращана, яю е джерелами атомарних водню I кисню, останш спрямовують процес згоряння по термодинам1чно оптимальному шляху. У ГОС вводяться антидетонацшт додатки салщилат1в.

На засад1 узагальнення теоретичних та експериментальних дослщжень розроблеш х1мко-ф1зичш основи ди ГРС та теория пищювання фшьтрацшного горшня нафти! конденсату, що включае ряд положень.

1. При горшш ГРС використовуеться самий дешевий \ самий розповсюдже-ний у свт окислювач - ¡он водню, а його джерело - це вода навколишнього сере-довища. У вщомих термох1м!чних методах основним постачальником енергп е реакцп сильних 0кислювач1в, головний компонент яких - кисень.

У реакцшх ГРС використовуеться вода суспензШного розчину ГОС, який доставлено на вибш свердловини I у продуктивний пласт, а також внутрппньо-пластова вода.

2. В присутш ГРС термохМчна обробка ПЗП стае 3-х стадшною. Перша стад!я - горшня ГРС у вод1 з видоленням водню. Екзотерм1чш реакцЙ ГРС забезпечують другу стадно - розкладання ГОС, вона йде з! значним самоприскоренням, кр1м водню утворюються оксиди вуглецю, азоту, кисень ! водяна пара, кислоти та шип газоподобш продукта, що випаровуються. Третя стад1Я - горшня горючих газ1в ! високомолекулярно! частини флющу у сильних окислювачах ГОС. Для хвилястих багатостадШних процес1в горшня характерний дискретно-1Мпульсний вплив на пласт, вш набагато перевшцуе дно високобризантних вибухових речовин (ВР).

3. Ушкальш властивосп, молекулярного 1 атомарного водню, що вид1ляготься завдяки ГРС, визначають багатофункцюнальшсть ново!технолога:

- тр1щиноутворення забезпечуеться згорянням водню у привибшнш зот пласта;

- передполум'яш процеси очищения порового середовища - х1м1чшш I тепловим впливом атомарного водню (рекомбшащя атом1в супроводжуеться утворенням 213000 кДж/кг, що на порядок бшыпе самих високоенергетичних ракетних палив, у тепловий баланс яких входить I кисень);

- внутр1шньопластове горшня забезпечуеться воднем, що фшьтруетъся у пласт 1 готуе флклд до коксоутворення, без якого здШснити (ВГ) неможливо. Водень - елемент з дуже малим рад1усом атома 1 молекули. Його рухлив1сть { проникаюча спроможшсть у щшьш середовшца (грашти 1 навить у метали) загальновщома. При фшьтрацп у пласт сумш1 газ!в попереду завжди йде водень, готуючи високомолекулярш фракцц флю1ду до ВГ.

Режими термообробки регулюються добором склад1в ГРС - ГОС.

4. При використанш ряду ГРС паливна сумш на вибо! може самовозгорятся шд д!ею води, що робить технологию БТХВ автономною вщ шших енергоноспв.

5. При БТХВ основним робочим компонентом е гази ¡, насамперед, водень з високою ентрошею. Вщомо, що коливальний квант водню 50,16 кДж, найбшыний ¡з усЬс х1м1чних елемегтв. Саме шд час свого утворення за допомогою ГРС вш ще збшьшусгься, тому водень вже при пор1вняно низысих температурах (323-473 К) викликае перебудову виключно високомолекулярно\' частини флюТду (енергш акгиващУ молекул асфальтешв, смол, параф1ну значно меныпа шж у бензинових фракщй та газу). При використанш водню узятого з газового балону I нагр1того навиъ до бшып високоТ температури реакца ¡дуть ¡ншим шляхом: з утворенням парафМв з прямим ланцюгом вуглеводшв.

Мщатор гор1ння ГОС - газ дищан, який так само шд час утворення переходить у збуджений стан, стабшзуе процес горшня, утворюючи вже в передполум'яних процесах атомарний кисень. Це виявлено у робоп за допомогою резонансно-флуоресцентноГ спектроскопа (РФС).

Базуючись на результатах дослщжень, що отримаш пщ час припинення процеЫв фшьтрацп газ1в системи ГРС - ГОС через модел1 пласта р1зного складу, та даних х1м!чного, хроматограф'1чного анал!з1в, емес1йно1 та 14- спектроскопы знайдено мехашзм утворення бензинових та газових фракцш. Вш плягае в ката-лггичних реакц!ях водню I летких компонента ГРС (лтю та його гтдриду) при утворенш ¡зомерних сполук. Ведомо, що останш мають низьку енерпю активацп ] дуже легко тдлягають шрол!зу та крекшгу.. Ус1 процеси перебудови молекул супроводжуються видшенням у газову фазу вуглеводшв !з довжиною ланцюга С -С5 утворенням коксу ново!" якоста 1 бензинових фракцШ С5 - С18. Реагащ йдуть

практично по одному шляху, незалежно вщ флюТду (нафта або конденсат). Але кшьюсть ¡зомерних форм, що утворюються р1зна, 1 залежить вщ хМчного складу флющу та ГРС, катали-ичного впливу його компонента 1 породи пласта.

6. Вщомо, що внутршгаьопластове фшьтращйне гор1ння нафти у нагргтому кисш або повпр!, що нагштаються у свердловину, можливо тшьки при наявносп коксу, вм1ст якого повинен складати не менше 1,5-2 % вщ маси породи. Отже, кшыасть коксу визначае не т-1льки теплову потужшсть фронту, але 1 можливють здШснення самого процесу горшня. Тому керування ВГ - це, насамперед, регулювання утворенням коксу. У зв'язку з цим, реакцн пдрореагуюч1х склад1в 1 ф1зико-х1м!чш перетворення флюГду в активному вода!, що йдуть з утворенням коксу, можна розглядати як першу пщготовчу стадто до керованого фшьтрацшного горшня. Отже, внутр1шньопластове горшня, а саме - утворення та згоряння коксу з високою ентрошею, при використашп ГРС стае процесом керованим.

7. Швидисть руху фронту фшьтрацшного горшня визначаеться I л1мпуеться швидюстю конвективного переносу тепла 1 пщводу окислювача до реакщйно! поверхш. Встановлено, що при дп системи ГОС-ГРС використання такого вдеального теплонос1я як водень, эфекгавний коефнцент д1фузи якого в 510 раз1в, теплоемшсть у 7-14, а теплопровщшстьу 5-10 раз1в вшце н1ж у шших газ1в забезпечуе внсоку швидюсть пщводу окислювач!в до реакц!Йно1 поверхш не залежно вщ п вологосп, тому 1 швидюсть руху фронту ВГ повинен зростати.

У третьому роздин визначеш, синтезоваш1 дослщжеш паливш системи 1 1Х1П компоненти, що використовуються для енергетичного забезпечення баротермох1м1чного впливу на привибшну зону свердловини.

Знайдеш основш параметри 1 стад» процеав, яы перетворюють алюмшш, бор 1Тхш сполуки у пдрореагуюч1 склади, як1 готувались по спещальним вперше розробленим технолопям. Так, нова енергозбер1гаюча технолопя одержання сполук, яю вмнцують лтй, полягае у багаторазовому прискоренш твердофазного дифузшного переносу лтю у алюмшш та бор теля Ух механо-хш1чно1 активацп. Розроблено процес, названий низькотемпературним синтезом, що саморозповсюджуеться. Вш веде до шщновання безгазового горшня лтя в алюмшй тшьки за рахунок поверхневих екзотермшних реакцш при пресуванш сумш! компонента. Ад1абатична температура горшня при цьому складае 1093 К, а енсрпя активацп процесу -14,9 кДж/моль.

Методами резонансно-флуоресцентно!" спектроскопп (РФС), Х1м1чними та завдяки термодинам1чним розрахункам доведено, що у середовшщ сильних окислювач1в (кисню, азотноТ кислота, хлору, тощо) бор 1 алюмшш виб1рково реагують з водою, видшяючи водень. Реакцп з водою - первинш. Сильш окислювач1 перекладають процес горшня з дифузшноТ обласп в юнетичну. При Ухньому надлишку водень спалюеться 1 енергетика системи р1зко зростае.

Доведено, що у традицШних термохЬнчних обробках привибшноУ зони пласта, коли застосовують алюмшш, то покритий щшьною оксидною оболонкою, шертний стосовно води метал, починае реагувати з нею тшьки при висоюй температур! (при плавленш оксидно!' гопвки), тобто шсля розкладання сильного окислювача ! водень практично весь згоряе у кисш, що на той час видшяеться. При БТХВ металев! компонента мають збуджену поверхню 1 в середовтщ сильних окислювач1в починають реагувати з водою, утворюючи водень, що фшьтруеться у пласт до розкладу кисневовмютних сполук.

Перетворення лтйвмктних сполук у ГРС, що самозапалюються у вод1 \ працюють шд тиском здшснюеться за допомогою вперше створеною термггаоТ сумшп (на основ! лужних метал1в), принцип дн яко! полягае у металотер?тшй реакци вщновлення натрш:

N320 + 21л 1л20 + 2 N3 + 205,16 кДж (1)

Натрш з високою ентрошею спроможний пщпалити алюмЬпй у вод! 1 забезпечити процес горшня навггь при вм1сп цього високоенергетичного компоненту до 80 - 82 %, мае. Лужний терм1т спрацьовуе шд д1ею води. Знайдено ад1абатичну температуру теплового вибуху, яка дор1внюе 1460 К. Визначена ефективна енерпя активаци процесу, що складае 98,8 кДж/моль.

Вперше методами диференщального термограв!метричного анатзу (ДГА) 1 РФС доведено, що для згоряння у вод! доцшьно використовувати кристал!чш форми бору та його сполуки. У водяшй пар1 Тхш передполум'яш процеси ¡дуть з видшенням активних радикал!в атомарного водню при значно нижних температурах шж на поверхш аморфного бору (рис. 1).

Рис. 1.3алежшсть концентрацп атом!в водню вщ температури при окислены! бору р1зних модифжащй та його сполук: 1 - 1ЛВ2; 2 - ив10; 3-В60;4-а- бор; 5- аморфний бор (метод РФС)

т°,к

Бориди лтю видшяють атомарний водень при температурах, сум!рних з внутр!шньопластовими (360-370 К). Термодинам!чш розрахунки вказують, що процеси утворення активних радикал!в е ланцюговими, тому що концентращя атом!в в експеримент! виявилася в 4 - 5 раз!в вище, н!ж теоретично отримана за допомогою пакет!в прикладних програм.

Знайдено температури запалення (Тз) у вод1 бора р1зних модифкацш та його сполук. Так Тз - а бора 1373К, гексаоксида -1033, диборида лтю - 685, а декаборида - 730 К, у той час, як Тз аморфного бору вище 2300 К. Вперше доведено, що мехашзм передполум'яного окисления кристал1чних модифкацш принципово вщЯзняеться вщ мехашзму окисления аморфного бору, запалення якого вщбуваегься у дифузшному режим! при утворенш менш летких сполук.

Наступним енергоноием, що пропонуеться для шдвищення вм!сту атомарного водню в систем! ГРС-ГОС е ¡зопропшметакарборан С3В10Н18. Визначен! необхццп умови його запалення ! протшання процесу гор!ння, що самошдгримуеться. Доведено, що сел!тра ! азотна кислота посилюють газоутворення водню та борвмкних сполук, знижують час шдукцШного пер!оду! температуру запалення, зменшують кшыасть твердо! фази у продуктах згоряння, що в^дкривае перспективи !х використання для внутр!шньопластового горшня з параметрами, ям значно пере- важають енергетичн! показники ¡снуючих речовин.

Новим напрямком у х!мп внутр!шньопластовоТ термообробки можна вважати використання разом з ГОС високоенергетичного компонента ракетного палива - парац!ану (Сг^),,» що вщноситься до класу пол!мерних нпршпв. При термодисощащ!" порошкопод1бна речовина з рентгешвською щшьнютю 2 г/смЗ возгоняеться, створюючи газ дищан з адтбатичною температурою (Тад) гор!ння у кисш 5200 К, найвищою з ус!х, що утворюють кнуюч! сполуки. Бона на 1300° вища адетиленово-кисневого полум'я, а витрата кисню при горшш у 3 рази менша. Запропоновано способ р1зання 1 зварювання метал!в, що можна вживати для проведения робп: у свердловин!. Вперше виявлено:

- при горшн! у ам1ачшй селитр! тд тиском парац^ан утворюе газ, який нагр!ваеться при розширенн! ! пад!нн! тиску. Ефект пов'язано з утворенням пром!жних форм пального й окислювача, що згоряють в штерваш вщ 13 МПа до атмосферного тиску;

- у процесах передполум'яного окисления (Т = 473 К) паращан видаляе атомарний кисень, абсолютна концентрацш якого на вщетан! 0,25 м В1д реакц1йно1 поверхш складае 1014 атом!в у см3 (метод РФС). У кислому середовшщ (1-5 %, мае. сел!три) температура знижуеться на 80 - 125°. У технолоп! БТХВ паращан у кшькост10,005 %, мае., забезпечуе повну реал!зацио термодинам!чного потенщалу ГОС ! паливно!' системи у порах пласта.

Розглянуто властивост! складових ГРС - алюмопдриду! пдриду натр1ю, як! мають широку промислову базу для багатотонажного виробництва в УкраМ (НПО «Карбонат», м. Харйв).

Дослдаен! х!м!чн1 реакцн синтезованих ГОС на основ! штралв амонЬо ! карбамщу. Показано, що IX водн1 розчини - високоенергетичн!, еколопчно чист! системи, що утворюють газ. Нагштання цих систем у ¡нтервал перфоращ! або

пласт нафтовоГ, газов о! або газоконденсатноГ свердловини 1 переведения Тх в режим горшпя за допомогою ГРС - це найважлив1ни етапи технологи БТХВ.

Експерименталыю доведено, що синтезоваш зразки ГОС не детонують. Азотна кислота та паращан прискорюють продес згоряння селпри, шдвищують працездатнкть систем. Добавки салщилапв знижують швидюсть горшня. Знайдешо значения працездатност! ГОС, яга у 1,4 - 1,9 рази втщ, шж у традищйних вибухових речовин (ВР). У той же час швидюсть горшня на 1-2 порядки нижча, шж у ВР, що детонують.

Четвертин роздш вщображае комплекс дослщжень по моделюванню термогазох!м!чних процес1в у системах ГРС - ГОС - ФЛЮ1Д - ПЛАСТ в умовах максимально наближених до пластових. Створеш стенди 1 установки шд тиском вщ 0,1 до 60 МПа, контролем робочих параметр!в та в!зуал1защ1 процеав за допомогою швидюсноТ шнофотозйомки.

Дослщжено синтезоват зразки ГРС. Розглянуто вар1анти р1зноТ проникностс колекгор!в (тобто в присутноси та вщсутноеп поглинання робочих рщин), а також працездатшсть систем у водних та кислотних розчинах ГОС. На рис. 2 1 3 подано кшетичш крив! реакцш з водою ГРС, що пропонуються для термох!М1чних обробок НТК свердловин.

У«103,л/м2

\У*103,л/м2с

5 10 15 20 25 т,с Рис. 2.

Залежшсть загального газоутворення

у вод1

5 10 15 20 25 т,с Рис. 3.

Залежшсть швидкости газоутворення У вод!

взд часу! природа ГРС при нормальних умовах 1 - АГН; 2 - АГНК; 3 - АТС-20; 4 - АТС-50

Встановлено, що найбшылу швидюсть реакцп 1 повноту х!м!чних перетворень мають склада - АТС, що м!стять алюмшш 1 термину сумш (рис. 2).

На першому юнетичному еташ реакцп, що здшснюеться з самоприскоренням, вщсоток с1фацьовування складу для вс!х анал!зованих ГРС не перевищуе 29 (рис. 3). Конденсоваш продукти окисления, яю накопичилися,

перелнщують процес у дифузШну область 1 швидккть газовидшення р1зко знижуеться, а поттм р1вношрно йде на спад. Тобто стадао, що лшпуе х1шчн1 перетворення ГРС з водою, - е дифузш окислювача до реакщйно! поверхш твердо!' речовини. Доведено, що ця стадия е причиною прискорення або повного припинення уах х!м!чних перетворень, яю вщбуваються пщ тиском. Так, зразки алюмолтевого складу, що мютять 50 % алюмшно (АЛС-50) вже при тиску 3,1 МПа щлком пасивуються. С клади на основ! алюмогщриду натрно (АГН), композицшш сум!Ш1 алюмшю 1 хтдриду натрно (АГНК) 1 алюмотермгошх склад1в АТС-20, АТС-50, продукта окислювання котрих розчинеш у вод1, з зростанням тиску збшьшують швидюсть реагування (рис. 4). Вперше встановлено, що працездатн1сть ГРС пщ тиском залежить вщ природа 1 властивостей конденсованих продукт1в окисления, що утворюються, тобто для кожно'1 твердофазно! речовини, що утворюе водень е межа глибини свердловини, де його можна використовувати.

Ш.Щ

0,1 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 р,МПа

Рис. 4. Залежшсть швидкосп видшення водню з води вщ природи ГРС! тиску 1 - АЛС-50; 2 - АГН; 3 - АГНК; 4 - АТС-20; 5 - АТС-50

Знайдено та експериментально тдтверджено шляхи шдвищення працездатносп ГРС по тиску - це шдняття температурних режим!в газогенерацп ! збшьшення розчинност! продукпв реакци шляхом введения лужного терм!ту чи розчинниюв твердих фаз. Наприклад, АЛС-50 починае реагувати з водою при високих тисках пщ д!ею 5 % мае. добавки лужного термиу або азотно!" кислота, що шдвшцуютъ межу працездатност! АГНК до 46 МПа. Проведено пошук ГРС на основ! алюмшно, магнио, бору, кремшю ! ряду !х сполук, що визначае експлуатащйн! параметри цих реагентш. Показано, що не вс! ГРС можуть бути використан! в технолог!'! БТХВ. Наведен! обгрунтован! рекомендацн по перспектив! застосування склад1в для використання у нафтогазов!й промисловосп. Експериментально пщтверджена можлив!сть самозапалювання ! стШкого горшня, обраних гщрореагуюч!х склад1в з розчинами ГОС. Показано, що у замкнутих об'емах, водень може практично цшком згоряти в утвореному при

розкладанш ГОС кист. Визначена лшггована стад ¡я горшня, яка проходить у паровш фазь

Для моделювання процеЫв у пласп свердловини по стандартним методикам створеш лшшш модел1 нафтонасичених колектор1в, що складаються з nicKOBmciß, алевролтв або змшаних nopin (80 % Si02 i 20 % А1203). Bmict нафти сягав 8 %. Для визначення мехашзму дй" на флющ борвмюних ГРС, у деюлька зразгав нафтонасиченоТ породи вводилося 0,01 - 0,03 % борщцв лтго або ¡зопротлметакарборану (0,005 %).

Коефвдент проникносп (Кпр) штучних кершв, що визначений по газу дор!внюе на шсковику 75,79-10"13 - 86,61-Ю"13 м2; зм1шанш nopofli 68,57-10"13 -72,18-Ю'13 м2; алевролт 57,74-Ю"13- 61,35-10"13 м2. Порода насичалась слабкопарафшистою нафтою вщомого фракцшного складу з динам1чною в'язюстю 13-Ю'3 н-сек/м2 i питомою вагою 860 кг/м3.

По довжиш модел! пласта встановлювалися 4 термопари, яга розташоваш на вщсташ0; 0,027; 0,073; 0,113 м вщ початку фшырацшного потоку (Рис. 5).

у—-

Рис. 5. Схема розташування ГРС, керна \ термопар на дшшках лшшноТ модел1 пласта

1, 2, 3,4 - термопари; 5 - зразок ГРС; 6 - смшсть для реагента (ГОС-ГРС); 7 -елекгричний увщ для скидання зразка ГРС; 8 - камера згоряння (КЗ); 9 - зб1рник-сепаратор; 10 - вентиль регулювання тиску; 11 - монометр; 12 - хроматограф; 13 -газоанашзатор "НалЬа", 14 - газозб1рник -сепаратор; 15 - потенцюметр; 16 - балон з аргоном.

ГНсля фшьтрацп через штучш керни газоподобш продукт направлялися на хроматограф 1 газоанашзатор. При завершенш або припиненш обробки порода анал1зувалася на утримання коксу I високомолекулярних фракцш експрес -анагпзатором АН- 7529, за допомогою 14- спектроскопп, спектральними 1 х^м!чними методами.

Дослщжено, що при фитьтрацц через керн сумМ газ1в системи ГРС - ГОС попереду завжди йде водень, як у газовш хроматографп, що обумовлено не тшьки малим розм1ром його молекул але 1 високою швидюстю пересування. Таким чином, пориста порода дозволяе водню залишити зону гор1ння де е кисень.

На рис. 6 надаш крив! змши максимально!' температури по довжиш модел1 пласта з яких видно, що тшьки теплов! потоки газу, утвореш при взаемода ГРС з

ГОС у "зон! перфорацп обсадно! колони" створюють стШкий фронт горшня, який шдтримуе однакову постшну температуру у модел\ пласта за рахунок згоряння флкиду (крив! 4, 5).

алевролпову породу робочих газ!в Ь р!зноман!тних джерел: 1 - водень системи АЛС - Н20; 2 - водень з балону; 3 - гази НЫ03; 4 - гази системи АЛС-НМ03; 5 -гази системи АЛС-НЫ03 з активатором.

При фшлрацп потоку водню через штучш керни встановлено:

- з застосуванням ГРС кшьк!сть насичених ! ненасичених вуглеводшв з довжиною ланцюга С - С5 у газовш фаз! зростае вад 18,2 (фшьтрац!я газ1в через шсковик) до 19,7 % (модель-алеврол!т). Процес супроводжуеться коксоутворенням! ¡зомеризащею твердих вуглеводшв;

- балонний водень практично не утворюе коксу ! ¡зомерних форм. Конвективний попк тепла, що випереджае гази ГОС, утворюе бшып коицентровану коксову оторочку, руйнуючи молекули ¡зомер!в.

Фронт фшьтрац!йного гор!ння, що рухаеться по модел1 пласта, створюеться сумарним тепловим потоком параводню ! газ!в ГОС (крив! 4, 5). Фронт горшня перемщаеться з швидистю 5,8 - 8,9 мм/хв ! максимальною температурою 840 -879 К. При замЫ пдрореагуючого складу АЛС на АГН температура фронту горшня флквду знижуеться на 29-36°. Фронт горшня перем!щуеться з швидистю 7,4 - 7,7 мм/хв. У систем! АЛС - ГОС, де сильний окислювач - 65%-ний розчин селлри з добавкою 0,005% паращану, вщсоток згоряння флюТду на шсковику складае 33,2, газифжаци 18,4 - 18,9, дистиляцп вуглеводн1в 18,3 %. На алевролт вщсоток згоряння нижче - 31,0 , а газифшац!-! вище -19,7 % .

Вперше вивчено процес низькотемпературного (373-383К) коксоут-ворення у конденсатах, що вм1щують парафши, при термокаташтичному вплив! ГРС рЬномаштного складу.

Доведено, що передполум'яш процеси окисления флюТду, як'1 вщбуваються у час! без додатковоТ високотемпературноТ обробки при нагштанш у модель пласта паливно'Т системи ГРС - ГОС, дають збшынення проникносп кершв у 4 - 5 раз1в. Контролыи зразки, насичеш тшыш ГОС (без ГРС I шщпоючих добавок) збшыпували проникшсть у 1,2 -1,3 рази.

Вивчено вплив баротермох1м1чних процеав на породу кершв. Виявлено, що високотемпературш обробки з застосуванням ГРС викликають вторинш змши структур и породи. Хвиля фшьтращйного горшня забезпечуе сшкання шщано-алевролггового 1 алевролтовош кершв по всш довжит модел1 пласта. Сшкання чистого гасковику вщбуваеться тшьки у зош високих температур (0,045-0,55 м вщ джерела ¡нщповання). При наявносп у склад! ГРС лужного металу алюмосилгкатш керни змшаноТ породи по х1м1чному складу стають цеолитами з властивостями керам1ки. За даними рентгенофазового анал!зу вони формуються у структуру типу модернпу. Х1м!чш перетворення флюТду ! повтори! зм!ни структури породи забезпечують зб!льшення проникност!: на шсковику у 7 - 11 раз!в, алевролт 13-19, змшатй пород! - у 15 - 20 раз!в.

Обробка кершв у режим! трнциноутворення (експерименти проведено на кернах газоконденсатних родовищ) при щшьних малопроникних породах призводять до часткового руйнування зразюв. Проникшсть кершв теля обробки зростае вщ 20 - 38 до 100 - 140 раз!в у залежносп вщ складу 1 структури породи.

У п'ятому роздии на пщстав! узагальнення теоретичних! експерименталь-них дослщжень 3 та 4 роздшв подаш стехюметричш маршрута реакщй х!м1чних та термодинам!чних перетворень, що здайснюються при баротермох!м!чн!й об-робц! свердловини на вибоТ! у пласт!

Доведено, що у вщмшност! вщ традшцйних метод!в реал!заци процес!в внутршшьопластового гор1ння вуглеводн!в, коксоутворення яких вщбуваеться пщ д!ею конвективного потоку тепла, при використанш ГРС основним робочим тшом, що сприяе видоленню кокса, стае водень. Процес вщбуваеться при катал!тичному вплив! летких компонент!в ГРС або породи пласта, що мктить сполуки алюмшпо. Наприклад, високопараф!нист! нафти з прямим ланцюгом вуглецевих атом!в, яга не утворюють коксу нав!ть при високотемпературних процесах, потребують застосовування алюмотерм!тних ГРС типу АТС-20 ! АЛ С, що вмпцують лтй 1 викликають каталпичт реакцп 13омеризацЙ вже при пор!вняно низышх температурах. Це узгоджуеться з лггературними даними по Ьомеризацп бутану ! ряду вшцих нормальних парафЫв у промисловост!, де процеси здшснюються шд впливом радикал!в водню ! хлорид!в алюмшно. Сл!д зазначити, що !зомеризац!я завжди супроводжуеться газоутворенням.

У раз1 наявносп у породах продуктивного колектору глинистих включень та насиченоси п нафтеновими вуглеводнями найбшьш ефективна обробка буде при використанш ГРС типу АГТЖ чи борвмкних сполук, що видшяють велик! об'еми активного водню, який легко рве подвшш зв'язки у реакц1ях пдрогешзаци на поверхш порвд, що шстять А1203.

Тшьки ароматичш вуглеводш спроможш безпосередньо при термообробщ утворювати кокс. Тому важю нафти пщпалюють досить просто. А в технологн БТХВ рекомендуеться використовувати невелша кшькосп високоенергетичних ГРС, наприклад, АТС- 20, що тшыш для самозапалення.

Утворення ¡зомерних форм, газовоУ фази 1 вшьного вуглецю (основний компонент коксу) може здШснюватися по реакщям, наприклад (2 або 3).

СН2

I

С4Я, - СН2 - СНг - СН2 -С4Я, + Я2 о С4Я, - С*Н -С4Я, + СН( (2)

с*нъ

I

С4Я,=СЯ -СН =СН - С Я3 + 4Я2 о С4Я, - С Н-С*Н1 + С2Н6 (3)

де С* - вуглець з високою ентрошею. Енергш розщеплення 1зопарафшв значно менша, шж у нормальних парафшв. Тому при проходженш через керн теплово! хвшн газ1в вони в першу чергу шддаються шрол1зу, розривають зв'язок м1ж збудженими атомами вуглецю С* - С* 1 створюють активш радикали, гази С-С51 вшьний активний вуглець, наприклад,

С*Н2

I

С4Я, — С Я —С4Я9 <=> —С4Я9 + —С Я3 + С4Я10 + с с*я3

I

С4Я, - С Н - СН, о С4Я10 + -с*н, + -с* н3 + с

(4)

(5)

Радикали з'еднуються м1ж собою або зазнають реакцп пдрогешзащ1 ! гщратацп у параводневому середовипц, при цьому можуть утворювати леги фракци газопод1бних вуглеводшв 1 спирт!в.

Результата анал1зу газово! фази подтвердили, що, алевролгг I лтй сприяють поя в! в нш вуглеводневих летких сполук. 1стотно, що втщ нормальш парафши бшьш схильш до розщеплення, шж олефши. Наприклад, енергш розщеплення н-декана складае 8,38 кДж/моль. Енерпя розщеплення його аналога олефшу 37,62 кДж/моль. Тому реакцц шрол!зу, в основному, здшснюються по р!внянням, вщповщно до яких тверд1 парафши перетворюються в рщи олеф1ни.

Показано, що з використанням ГРС змшюеться не тшыси кшыасний, але { яюсний склад коксу: юлыасть чистого вуглецю шдвтцуеться до вщношення С:Н = 11:1. У результат доля окислювача на згоряння такого продукту зменшуеться.

Проведено комплекс дослщжень конденсованих продукпв реакцп. Показано, що Гхня природа I структура визначають таю найважливш1 технолопчш параметри як загальна юлыасть 1 сшввщношення компонента, що доставляються у свердловину, працездатшсть в умовах високих тисюв, а також споаб очистки вибою теля завершения процесу обробки провибШно!' зони пласта.

Представлена термодинамка процеав баротермох!м1чного впливу в системах ГРС - Н20; ГРС - ГОС - ФЛЮ1Д та технолопя Ух реал1задп.

Швидюсть проходження х!м!чних перетворень, особливо в умовах високих тисюв, забезпечуе висою темпи подач! теплонос1я, тому рад1ус прогр1тоТ зони пласта при БТХВ визначався без обшку втрат тепла через стр!ху 1 тдошву. Розрахунок проводився на юлыасть реагенпв, що розмщеш у об'ем! 1 метра обсадно! колони свердловини при тиску 20 МПа, температур! 323 К, товщиш пласта 1 м. Вм1ст фдюУду у продуктивнш пород! - 8 %, мае. Припускали, що пористе середовище ! газ, який фшьтруегься у пласт однорщш й ¡зотропн!.

Розглянуто вар!анти нагн!танн1 ГОС у пласт, якщо в!н приймае.

Знайдено, що при використанш пдрореагуюч!х склад1В типу АТС- 20 ! води, тепловий полк водню передае в пласт 92795,7 кДж, прогр!ваючи його на 35° в радауа навколо свердловини 0,57 м. Розраховано, що водень, який утворюеться (0,662 кг) спроможний переробити в бензин ! гази 46 кг парафшу. 51кщо нафта вмютить 1,6 % параф!ну, то рад!ус очищения колектора складе 3 м. Кшыасть видшеного тепла в 1,2 а водню в 2,0 рази б!лыпе, шж у реакц!! магшю ¡з соляною кислотою.

Виявлено, що х!м!чний ефект будь-яко"! термох!м!чно!' обробки з використанням водню значно вище теплового, тому пропонуеться при очшценн! привиб^йних зон свердловин вщ асфалътосмолистих ! параф^нопдратних в!дкладень використовувати ГРС з високим газоутворенням.

Р!вноважний склад робочого гша паливних систем при рЬноман!тних Кт (вагов! вдаошення окислювача до горючого) розраховувався з застосуванням пакет!в прикладах програм "Сапр-Плазма", у яких реал!зовано метод м!н1М1зац!Г ¡зохорноЛзотерм^чного ! !зобарно-!зотерм1чного потенщал!в. Програми е ушверсальними комплексами для розрахунку параметр!в низькотемпературно! плазми, що м!стить бшып 700 компоненпв. У розрахунках виходшга з припущення, що 1 кг палива розм!щуеться у м!шмальному об'ем! ! спалюеться до р!вноважного стану.

У табл. 1. наведено р!вноважний склад! основн! параметри процесу гор!ння АТС-20 у вод!.

Таблиця 1

Залежшсть основних параметр!в робочого тала пбридно! паливно! системи «АТС-20 - вода» вщ сшввщношення компоненпв (Кш) Параметри розрахунку: Т, V = сог^

Основш термодинам1чн1 параметри Р1вноважний склад продуктав згоряння, % мае.

Газова ( эаза Кф

Кт у-ю- 3 ^ Р, МПа Т,К Ц М № и 1Л2 Ыа Ш Н н2 Н20

1,0 1,410 430 2690 23,4 42,6 1,16 0,17 0,41 0,33 0,50 5,48 0,12 91,46

1,2 1,373 433 2709 22,9 43,7 1,14 — 0,17 0,28 0,54 5,06 0,23 92,2

1,6 1,315 427 2364 22,1 45,3 — — — 0,21 4,39 11,9 83,11

2,0 1,273 461 2200 21,4 46,7 — — — 0,12 3,80 23,7 72,17

3,0 1,205 412 1578 20,4 48,9 — — — — — 2,86 42,7 54,43

4,0 1,164 262 1175 19,9 50,2 -- ... — — — 2,28 54,4 41,21

ц - середня молекулярна маса газово! сумнш; М - загальне число моль газ ¡в; Кф - конденсована фаза,

Показано, що лужний характер конденсованих продуктав реакцп ГРС вщчиняють нов1 можливоста для декольматацй' порового простору привибшних зон свердловин, шляхом реакцШ омилення ряду високомолекулярних фракщй флкнду та змши структури породи колектор1в, що вмктять шсковики та глину. Запропоновано ряд технолопчних операцш та метод1в обробки свердловиш при наявноста приймальноста пластав та п вщсутноста.

В систем! ГРС - ГОС тепловий ефект у 3,3 рази вищий а х1м1чний у 1,5 -нижний, нЬк в ГРС - Н20. Доведено, що при використанш БТХВ у режим1 внутршньопластового короткочасного гор1ння доцшьно проводити повторне опрацювання шару сильним окислювачем для розширення фронту ВГ.

Розраховано, що при розмщенш системи ГРС - ГОС тальки в зош розкриття продуктивного пласта (1 м) шщшеться фшьтращйне внутр1шньопластове горшня з Тад= 1400 - 1600 К (в залежноста вщ складу ГРС) в рад1уЫ 0,06 м. У середньому на 35° прогр1ваеться пласт у рад!ус1 0,73-0,75 м а пщготовляеться до ВГ (шляхом х1м1чно! обробки воднем) у радаус1 до 2 м.

Створено математичну модель плоско-рад1ально1 фшьтрацп водню у пласт, кходячи з часу згоряння ГРС у свердловин! (АТС- 20 за 57 с), тобто часу утворення штегрального адаабатичного тиску 427 МПа-с.

Шляхом линеар1защ\" р1вняння Лейбензона розраховшп значения пъезопровщноста водню для пористих пластав 13 р1зномаштною прониюистю. Показано, що при збшыпенш проникност1 пласта на 2 порядку, розм!р тиску фшьтр1вного водню зм1нюеться на 10 %, а град!ент тиску « на 50 %.

У шестому роздЫ представлен! результата розробки та впровадження технолога баротермох1м1Чного впливу на експлуатацшних свердловинах нафтових газових та газоконденсатних родовищ Украши 1 Роса.

Цш 1 задач! промислових досл!джень:

- довести важлив!сть одержаних у дисертацшнш робот! результата для шдвищення притоку вуглеводнево!' сировини;

- перев!рити працездатшсть нових х!м!чних джерел енергп ! високотемпературного газу в природних умовах;

- здшснити остаточний вибхр матер!алу капсули, що ¡золюе самозаймисп ГРС на перюд !'х доставки на виб!й свердловини в розчин ГОС;

- довести самозапалювання системи ГОС - ГРС шд Д1ею реакций ГРС, яи М1стять лужний терма, з водою в умовах внутр1шнь0пласт0вих тасюв;

- шдтвердита можливкть керування процесом баротермох!м!чного впливу на пласт! флю!'д шляхом зм!ни складу реагента у систем! ГРС - ГОС.

Технолопя БТХВ зд!йснюеться на задавлених рщиною пластах. Вона вюпочае: виб!р, дослщження та подготовку свердловини стандартними методами. В залежноеп в!д обраного функцюнального виду обробки виконуються додатков! операцп.

Для приготування горюче-окислювально!' сум!ш! на прл! свердловини створена \ змонтована спещальна перем!шувальна установка, що забезпечуе гомогенн!сть виготовленого розчину.

Для збереження рецептури ГОС розроблено методику и доставки на виб1й в пробц1 неактивно'! рщини з чотирьоххлористого вугледю ! газового конденсату (використано принцип розподшу рщини по щ!льност!). Нагштання суспензп ГОС зд!йснюеться через насосно-компресорш труби, або затрубний прост!р.

ГРС, що виробляють у вигляд! пресованих цилшдричних шашок, гранул або пороптав, доставляють в ГОС на троа за допомогою леб!дки, каротажному кабел! або закачують у обезводненому розчин! вуглеводшв (в залежност! в!д форми та розм!ру зразгав ГРС).

Розроблено спещальний склад для капсулювання поверхш шашки, що створюе тривке ! еластичне покритгя ! повн1стю захищае ГРС до входу в горюче-окислювальну сум!ш.

Декапсуляц!я зд!йснюеться як природним шляхом (плавлениям параф!но-кашфольно"! оболонки п!д д!езо внутр!шньопластово!' температури), так ! керованим процесом, наприклад, за допомогою детонац!йного шнура. Попередньо виконуегься комплекс геоф!зичних дослщжснь для прив'язки точки тщпалення.

При шщноватп гор!ння затрубний прост1р в1дкрито на факельний амбар. Эсвоення свердловин проводяться стандартними методами. Схема обв'язки ¡вердловини надана на рис. 7.

1 - автоцистерна; 2 насосний агрегат; 3 -дизель-електростанцш; < -установка, що перелйшу для виготовлення горюче окислювальних сумппей 5 - фонтанна арматура; 6 -свердловина; 7 - емност для технолопчних рщин 8 - геоф13ична лебщка; 9 лубрикатор; 10 лабораторш дл!

визначення штенсивност процесу

баротермох1мичного впливу на привибшн] зону пласта.

Рис. 7. Схема обв'язки свердловини i обладнання при проведеню робк пс впровадженню технологи БТХВ

Вперше в натурних умовах перев1рка працездатносп системи ГРС - ГОС : ycnixoM пройшла у 1995 рощ на експериментальнш свердловиш № 151 Бшьського газоконденсатного родовшца. Свердловина не працювала по причин глибокоТ кольматаци привнбшноТ зони задавочною рвдиною в процес: капитального ремонту.

Для проведения робк приготована ГОС обсягом 0,4 м3. В якосп ГРС використано 7 кг алюмопдридонатр1евого композиту - АГНК з додатко^ терштно! сумшп, що шщйое тепловий вибух у склада ГРС. Опалення краю трос) та анал13 продуктов окисления показали, що вщбулося запалення i повне згорянш компонитв системи ГРС - ГОС .

Технология БТХВ - це, передуам, штучне створення тиску в привибйпш зош свердловини. Яйцо процес згоряння ecix горючих компонента системи ГРС - ГОС здшснюеться на протяз1 3 - 5, то с забезпечуеться режим тр1щиноутворен-ня. Даний вид обробки може проводитися з мш1малыюю кшыастю пдрореагую-чого складу (0,1- 0,07 кг на 1 м /п продуктивного пласта), що шщдае запалення i горшня горюче-окислювально! сумпш. Дослцркеннями встановлено, що вмкп води в ГОС може змшюватися в межах 11-21%, в залежноеи вщ тиску проведения обробки. В технологй' викорис- туеться система, що не детонуе, але шд flieio ГРС достатньо швидко згоряе при сп1вв1дношенш NH4NO3: СО (NH2)2 : HNO3: Н20: (C2N2)n = 6:2 :1:1: 0.005.

3 лггературних джерел вщомо, що тиск, який виникае на вибо"! свердловини при ropiHHi порохових зарядов та ГОС, росте з збшьшенням маси заряду практично по лшшному закону. Тому можна стверджувати, що для режим!в трщ1ноутво-рення результатившсть технологи БТХВ буде ефективншюю на потужних пластах (до 100 м) при використанш бшьшо1 юлькосп реагент!в.

Наступними об'ектами впровадження технологи стали свердловини № 9 i № 14 Схщно-Полтавського газоконденсатного родовища ДП « Полтавагазпром», що знаходилися в консерваци з 1976 г. i були в безддачому фонд!. Bei традицшш засоби по розкольматацй' привибшноГ зони пласта не були ефекгивними.

Для обробки свердловини № 9 в зону перфораци через насосно-компресор-ni труби (НКТ) доставили 310 кг реагеттв, в свердловину № 14 - 465 кг. 3 них ГРС - 2.5 i 4.0 кг, вщповщно. ГРС опускали в розчин ГОС на Tpoci при шднятих НКТ на висоту 150 м вщ стрЬш пласта.

Вим]рювання тиску на фронт! ударно!" хвил! в мить !Т вщриву вщ продукт!в горшия проводили по спещальнш методищ на створеному в Шмаш HAH Украши апаратному комплекс! реестрацй слабких сейсм!чних хвиль i хвиль деформацй'. В якосп сейсмоантени використовували устаткування, що перетворюе коливання Грунту в деформащю високочутливого нап!впров!дникового тензодатчика ШТС-8. Для реестрацй деформацй обсадноТ колони пщключався осцилограф з циюич-ним записом. KpiM того на Tpoci була встановлена крейшерна система вшшрю-вання тиску, що подтвердила даш 3aMipiB: в продуктивн!й зон1 свердловини № 9 максимальний тиск склав 750 МПа (розрахунковий 1082 МПа, при Km =1). Температура порядку 1773 К, про це св!дчило оплавления краю троса, що був в зон! гор!ння з прляндою ГРС.

Крив! зм!ни тиску вщшшдають 3-х етапному процесу (рис. 8).

ГНсля освоения деб!т свердловини № 9 склав 130 тис. м3/добу. Свердловина до тепер працюе з середн!м деб!том 90 тис. м3/добу (Рис.9). ДебЬ № 14 склав 110 тис. м3/добу газу i 50 т/добу конденсату. 1Ц даш перевгацують середн! деб!ти свердловин по родовищу бшьше шж у 2 рази

Базуючись на даних експериментальних ! розрахунково-теоретичних дослщжень можна стверджувати, що отриманий додатковий деб1Т обумовлений збшьшенням проникносп пласту за рахунок утворення нових додаткових канал!в або Tpinpm п!д д!ею високого тиску.

Як вщомо, вибухов! або близью до них процеси гор!ння характеризуются ¡мпульсивн!стю впливу. В першу мить тиск газ!в направлено вщ центру шщЬовання, в нашому випадку вглиб пласта, а попм до центру, тобто з пласта. Таким чином, друга стадш процесу сприяе освоению свердловини. KpiM того, конденсоваш продукта згоряння мають лужний характер, тому частково розчиняють кислотт та амфотерш оксиди породи, омиляють високомолекулярн! оргашчш кислоти та жири флюТду, створюючи природш ПАВ. Можна зробити

висновок, що режим трщиноутворення, у пор1внянш з пдророзривом пластг комплексно впливае на привибшну зону I, насамперед, на флющ.

Рис. 8. Змша тиску в час! при горшш системи ГРС-ГОС в свердловиш № 1 Сх.-Полтавського ГКМ. 1,2, 3 - етапи процесу.

Рис. 9. Змша видобувних характеристик св.№9 Сх-Полтавського ГКР шел) БТХВ. 1- дебгг газу, 2- дебгг конденсату.

Технолопя баротермох1м!чного впливу на пласт в режта короткочасноп внутрнпньопластового горшня вперше використана на нафтових свердловинах Л! 32 Новотрощького родовища "Полтавагазпром" та № 68 Бугреватськогс родовшда НГДУ "Охтирканафтагаз".

Вщмшною особливгстю технологи е необх!дюсть використання додатковс обсягу зумпфа для розмщення реагента в свердловиш. В систем! ГРС - ГОС зм1нюеться х1м1чний склад енергоноспв, так як вплив направлено на вуглеводнев: сполуки, а саме не каташтичну !зомер1зацно, шрол13, крекшг ! газифкащею : коксоутворенням та послщуючим його випалюванням з порового простор)

колектора. Пдрореагукта склада синтезують з алюмотермтгих компонента, що М1стять лгай. ГОС створгоються з позитивним балансом по кисню, що утворюе система ЩЮ3 : Н20 : ^СбЩОНХСООН)} : (С2Ы2)п = 7 : 0,7 : 0,3 : 0,005. Технолопя баротермох1м1чного впливу в режим! ВГ може бути продовженням обробки свердловини теля трщиноутворення. При цьому отримана попередньо мережа трщин буде ефективним провщником фшьтрацГ! газ1в I поширення зони горшня.

Для ¡шщювання ВГ на св. № 32 використали 10 кг прлянду шашок АГН з додатком 0,05 % лужного терм!ту. Для збшыпення отримання водню в ГОС ввели 1,68 кг дибориду лтю. Зпдно розрахункам, реагенти забезпечили обробку 500 кг флюУду. 3 означено!' кшькоеп високомолекулярна частина (параф!ни, асфальтени 1 смоли), утворили гази та бензин.

При освоенш свердловини, з метою прискорення процесу винесення рщини з вибою, був використаний розроблений новий пшоутворюючий склад, виносна спроможшсть якого - 3,77 м3/год, в поргвнянш з традицшними складами на основ! штритноам1ачних сполук, що видшяють 0,96 м3/год (при р1вних умовах). Шсля освоения свердловина була пущена в роботу на УКПГ з дебггом 21 тис. м3/добу газу та7,7 т/добу нафти. На процеси розщеплення вуглеводшв та 1'х окисления при обробщ вказувала зм1на складу газовоТ фази в перших пробах. Анашз виявив високий вм!ст оксиду - 18 % та дюксиду вуглецю - 9,8 %, азоту -58 %, вуглевод1в з довжиною ланцюга С-С5 - 13 %.

Свердловина № 68, оброблялась при доставщ порошкопод1бного ГРС у нейтральному збезводненому розчин! вуглеводшв. Об'ем ГОС, що склав 0,5 м3, доставлено в зумпф (29м) ! зону перфорацн (19 м). НКТ пщняли на 50 м вище верхшх отвор1в перфорацн 1 нагноили суспензш ГРС (0,15м ), яка "падала" на штучний виб!Й через Пластову воду. Робоча сумш самозапалювалась пщ д1ею реакцш ГРС у кислому середовищ1 ГОС. Про позитивний вплив обробки свщчить отриманий додатковий дебк свердловини, що склав 30,5 т/добу нафти.

Можлив!сть здшснення короткочасного ВГ конденсату перев1рена на свердловин1 № 23 Чупвського газоконденсатного родовища ДП «Полтава-газпром», колектор якоУ (на вдапну вщ попередн!х) складений карбонатними породами. На вибш 1 в зону зумпфа закачано розчин горючеокислювального складу (на основ! ам!ачно!' сел!три ! сал!цилат!в) - 1070 л, з присадками паращану (0.05%). Лдпал сум1Ш1 зроблено традицшним ПГД БК.

ГПсля освоения ! очистки в!д продукт!в реакцн свердловина пущена в роботу на УКПГ з дебгош 10 тис м3/добу (Рис.10).

Проведений анал!з результата впровадження режиму короткочасного ф!льтрац!йного горшня показав, що в!н може бути застосований для збшьшення природноГ проникносп колектора шляхом л!кв1дац!'1 асфальтенових ! параф!нопдратних пробок.

час ефеюу, míc

Рис. 10. Змша видобувних характеристик св. № 23 Чупвського ГКР nicj БТХВ. 1- дебгг газу, 2- дебгг конденсату.

Доведено доцшьшсть використання зумпфу для збшьшення еиергетичш потужностей нових xímíhhhx джерел i можливють доставки ГРС на виб] свердловини у вигляд! суспензшного розчину.

В промислових умовах технологи очистки пор в режим! передполум'янв npoueciß перетворення та окисления високомолекулярних вуглевод1в 6yj перев1рена на свердловиш 7673, Тевлинсько-Рускинського нафтового родовип (Когалимська обл.). Дебет до обробки 5,3 т/добу.

Виготовлено 2 м робочого розчину на ochobí ам1ачноТ селпри з додатко 0,03 % ¡зопрошлметакарбораиу та 0,005 % паращану. На вибШ закачано 0,70 м Леля витримки протягом доби приймальшеть пласту зросла до 88 м / доб. пр тиску нагштання 10,0 - 10,5 МПа.

На другому еташ у пласт доставлено 0,60 м реакцшно!' cyMiini, ш призвело до шдвтцення приймальносп до 244 м /доб.

Трете нагштання 0,70 м розчину збшыпило приймальшеть свердловини д 280 м3/доб.

За даними геоф!зичних дослщжень проведена ¡нтенсифкащя робот свердловини сприяла пщвищенню проникносп пласта у 4,9 рази. Деб] свердловини 3pic у 4,7 рази, склавши 25,1 т нафти на добу. Слщ зазначити, щ жодна кислотна обробка на цьому родовшщ не давала збшьшення проникнос. колектора бшьше, шж у 1,5 рази.

Режим реаизаци передполум'яних процеыв баротермох!м1чного впливу н привибйшу зону пласта може бути з ycnixoM використано для штенсифисац робота свердловин з порушеними колекторськими властивостями внаслщо кольматаци порового простору тяжкими компонентами вуглеводшв.

Додаток м1стить акти впровадження результата po6ÍT.

25

висновки

1. Фундаментальним результатом проведених дослщжень е виршення значно'1 науково-техшчно'Г проблеми пщвшцення продуктивное^ нафтових, газових та газоконденсатних свердловин шляхом створення нового напрямку в технолопях термогазох1м!чного впливу на привиб1йну зону пласта з розробкою альтернативних високоенергетичних джерел xiMiniioï енерпТ та використанням компоненте ракетних i торпедних палив.

2. Запропоновано та реал1зовано новий пдаод до виршення проблеми шдвшцення проникносп колектор1в через:

- розкритгя мехашзму xîmïhhhx реакцш при реатзащ! процеЫв в систем! ГРС-ГОС-ПЛАСТ-ФЛЮЩ, та при створенш нових енергоемних систем;

- використання аномальних властивостей ряду речовин, пов'язаних з високою проникаючою здатшетю, катал1тичною актившетю, спроможшстю до шщиовання процеав горшня та ¡н., обумовлених особливостями будови ïx атом!в та молекул;

- застосування xîmïhhhx сполук та елеменпв з високою ентрошею, що зростае, коли атоми та молекули енергоноспв перед уживанням переводяться в збуджений стан. При цьому на 70 % знижуеться енерпя активацп реагуючих речовин, ïx продукта набувають нових властивостей та по новому впливають на флкмд i продуктавний колектор.

Вивчення i моделювання nponeciB при експериментальних дослщженнях, здшснювалося при максимальному наближенш до внутршньопластових умов. Застосовувалися сучасш методи розрахунюв на ЕОМ з використанням пакетав прикладних програм. Мехашзм xImïhhhx перетворень дослщжувався за допомогою резонансно-флуоресцентно'1, шфрачервоно!', eMictôHoï i мас-спектроскопп, рентгенофазового анал1зу, термограв1метрп, хроматографп та шших новггшх метод1В.

3. Вперше теоретично обгрунтовано, експериментально доведена i шдтверджена доцшьшеть i необхщшеть використання в якосп основного экислювача, що визначае режим обробки пласту, ¿она водню, джерелом якого е вода.

4. Розроблено технолопю синтезу, одержан! та дослщжеш зисокоенергетичш пдрореагуюч1 склади (ГРС) на ochobî алюмшдо, бору, лтю, "х гщрщцв та TepMÎTHOÏ cyMiini з елементу i сполуки лужних метали. Знайдено эсновш технолопчш параметри, що перетворюють компонента у ГРС шляхом эагаторазового прискорення твердофазного дифузшного переносу, використання Miepriï поверхневих реакщй i металотерм1чного вщновлення.

5. Розроблено горюче-окислювальш сумшп (ГОС) нового поколшня на jchobî нпрапв амонио та карбамщу з домшками активатор1в: паращану, борвдв

лтю або ¡зопрошлметакарборану. Встановлено, що щ компонента ракетни: палив сприяють утворенню атомарних кисню та водню вже у передполум' яном окисленш, ппцпоють цепш процеси гор1ння, повшстю реал!зуюч: термодинам!чний потенщал системи ГРС-ГОС-ФЛЮЩ. Доведено, що присутносп азотно! кислота прискорюються процеси горшня. Салщилат! забезпечують вщсутшсть детонащйних явшц при працездатносп ГОС в 1,4-1,' раз1в випцй шж у вибухово!" речовини - !гдонпу, що збшылуе кшьист утворюваних газ1в та рад1ус охоплення обробки продуктивного пласта.

6. Доведено, що в середовигщ сильних окислювач1в горюче-окислюваль-нс cyMinii ГРС виб1рково реагують з водою, вщновлюючи ioH водню до основною газоподобного робочого тша — атом1в i молекул активного водню, що завжд першими фшьтруються у пласт.

7. На шдстав! мехашзму х1м1чних перетворень встановлено, що ГРС обезводнюючи i розйр1ваючи систему ГОС будь-яко! водяно! копцентрацг сприяють и розкладанню, тобто шдвшцують ентропио компонент забезпечують \'хне самозапалювання. Тому процес згоряння системи ГРС - ГОС; свердловиш е 3-х стадшним (ropimm ГРС у вод1, розкладання ГОС, згорянн пальних компонент1в у кисш ГОС) з дискретно-1мпульсною подачею енергн ; пласт. Знайдено, що за рахунок зм1ни складу ГОС та ГРС процес горшня ста керованим i може тривати вщ секунд до годин при безперервному надходженш: пласт активних газ1в.

8. Для кожного режиму обробки привиб1йно1 зону пласта уперш встановлеш меж1 працездатност1 ГРС по тиску. Створено склада ГРС да опрацювання свердловин глибиною до 6000 м, шляхом шщиовання процес; гор1ння вперше розробленою термшюю cyMinnmo: Na20 - Li. Дослщжено i властивост1 та експлуатащйш параметри.

9. Через моделювання i дослщження процес1в у систем! ГРС-ГОС-ПЛАСТ ФЛЮИД на р!зноман1тних стад1ях окисления встановлено, що основний вплив н вуглеводш створюе водень, здшснюючи:

- катал1тичну, низькотемпературну ¡зомеризацпо високомолекулярнс фракцп флющу, що мае бшьш низьку енерпею активацп н1ж бензинов! складов!;

- niponi3 та крек!нг збуджених ¡зомерних молекул;

- утворення газу та коксу з високою ентрогаею, останшй е не лгал енергетичним джерелом тепла при внутршшьопластовому ropiHHi, а й визнача можлив!сть його здшснення;

- пщ впливом ГРС зм!нюеться не -пльки юлыасний, але i яисний скла, коксу, для згоряння якого доля окислювача зменшуеться в 1,37 рази в зр!внянш традищйним шляхом ВГ.

10. Розрахунковим шляхом та експериментально доведено, що завдяю апомальним властивостям водню (високш проникаючш спроможност]

теплоемносп та теплопровшюст1) швидюсть шдводу окислювача (кисню) до горючих KOMTOHeHTiB в roiacri зростае у 7-8 раз1в, забезпечуючи шдтримку та стабМзацпо фронту горшня.

11. На основ! узагальнення розрахунково-теоретичних i експериментальних дослщжень розроблена нова багатофункцюнальна технолопя термогазох1м1чного опрацювання привибшно!' зони пласта з використанням пдрореагуючих складов i ГОС нового поколшня, яка названа баротермох1м!чним впливом - БТХВ.

Технолопя забезпечуе picT продуктивное« нафтових газових i газоконденсатних свердловин за рахунок декольматаци колектора i полшшення його фшьтрацшних властивостей, додаткового названия флкмду, шдвищення внутрпнньопластового тиску, газифисацй' високомолекулярноТ частини вуглеводшв i збагачення його бензиновими фракцшми завдяки реатзацп: грпциноутворення; передполум'яних внутршньопластових nponeciB креюнга, трол1зу й окисления асфальтен1в та парафшопдратних В1дкладень; внутршньопластового короткочасного гор1ння.

12. У результат впровадження новоГ технологй' на нафтових i газоконденсатних родовищах в УкраТш додатково отримано 103082 тис. м3 газу, 73 03 т конденсату i 8999 т нафти.

ОСНОВНИЙ 3MICT ДИСЕРТАЦП ВИКЛАДЕНО В РОБОТАХ:

1. Щербина К.Г. Про новий тдоад до засобу внутр1шньопластово'1 обробки :вердловини // Нафтова i газова промисловкть. OIL - GAS INDUSTRY- К.: Гехшка., 1998. № 1 - С. 26 - 28.

2. Щербина К.Г., Свтшцький В.М., Зезекало 1.Г. Використання нпрату сарбам1ду у режим1 гор1ння для внутршньопластовоТ обробки ифтогазоконденсагних свердловин // Нафтова i газова промислов!сть. OIL - GAS NDUSTRY - 1998. - № 5. - С. 29 - 30.

3. Щербина К.Г. Гидрореагирующие составы для внутрипластовой термо-;имической обработки нефтегазоконденсатных скважин // Вестн. Харьк. ун-та. -998.-№402.-С. 85 - 88.

4. Щербина К.Г. Вторичные изменения структуры кернов при термохими-[еской обработке с использованием гидрореагирующих составов // Вестн. Харьк. 1олитех. Ун .-та. - 1999. - № 26. - С. 74 - 77.

5. Щербина К.Г. Исследование теплового взрыва в термитной смеси Li -ia20 // Вестн. Харьк. Политех. Ун.-та. - 1999. - № 26. - С. 68 - 73.

6. Щербина К.Г. Влияние давления на процессы генерации водорода // Сб. [робл. машиностроения., К.: Наук, думка, 1989. - Вып. 20. - С. 86 - 87.

7. Щербина К.Г. О твёрдофазных продуктах реакции в процессах генераци водорода//Сб. пробл. машиностроения., К.: Наук, думка, 1989. - Вып. 20. - С. 83 86.

8. Щербина К.Г. Активация ЭАВ для получения водорода из воды // С( Вопр. атомной науки и техники. Сер. Атомно - водородная энергетика. - М.: 1977. Вып.2 (3). - С. 46-47.

9. Кононенко В.Г., Назаренко В.Г., Щербина КГ. Эволюция дислокацио! ной структуры в приповерхностных слоях монокристаллов в процессе высокс температурного отжига // Изв. вузов. Физика. - 1987. - № 9. - С. 43 - 52.

10. Кононенко В.Г., Назаренко В.Г., Розенберг Г.Х., Николова Э.П., IlJej бина К.Г. Внутреннее окисление примесей и приповерхностное упрочнение ще лочно-галоидных кристаллов при отжиге // Укр. Физ. Журн. - 1988. - т. 33. - № 5. С. 765-767.

11. Щербина К.Г., Александров E.H., Прощицкая Л.Н. Новый аспект ис пользования парациана и механизм его действия // Вести. Науки и техники, 199Í - Вып. 2. - С. 55 - 57.

12. Александров E.H., Веденеев В.И., Дубровина М.В., Козлов С.Н., Пра В.В., Щербина К. Г. О цепном гетерофазном процессе окисления бора II Изв. AJ СССР. Серия хим. - 1988. - № 9. - С. 2185.

13. Zezekalo I.G., Loboiko A.V., Scherbina K.G., Saharov A.A., Ivankiv OJ Chemical process of the treatment of conden- sate and oil strata // The First Europea Conqress on Chemical Enqine- erinq. Florence, Italy, 1997. - vol.1. - P. 603 - 606.

14. Щербина К.Г. О новой технологии получения алюмолитиевых сплаво // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - том, 20, № 8. - С. 50-54.

15. Щербина К.Г. Оптимизация составов высокоэнергетических топливны систем на основе парациана. // Тр. международ, научно-технич. конф.: Инфорл технологии: наука, техника, технология. - X., 1997. - С. 179 - 181.

16. Щербина К.Г. Основы нового метода организации внутрипластовог фильтрационного горения нефти и конденсата // Тр. международ, научно-техни* конф.: Информ. технологии: наука, техника, технология. - X., 1998. - С. 231 - 235

17. Щербина К.Г. Расчёт адиабатической температуры горения лития алюминии // Тр. Международ, научно-технич. конф.: Информ. технологии: наукг техника, технология. - X., 1998. - С. 226 - 230.

18. Калекин О.Ю., Щербина К.Г., Бастеев A.B., Симбирский A.B. Тер митная смесь с низко- температурным воспламенением как инициатор процесс горения в воде // Горение конденсированных систем. Тр. VIII Всесоюз. симпоз по горению и взрыву. - Черноголовка: ИХФ АН СССР, 1986. - С. 16 -18.

19. Александров E.H., Калекин О.Ю., Козлов C.R, Щербина К.Г., Прах В.В К вопросу об отличии в механизме окисления модификаций бора в водяном паре

// Горение гетерогенных и газовых систем. Тр. IX Всесоюз. симпоз. по горению и взрыву. - Черноголовка, 1989. - С. 87 - 89; 170 -171.

20. Подгорный А.Н., Калекин О.Ю., Герасименко В.Е., Щербина К.Г., Кузьмин Д.В. Нетрадиционные источники энергии для автономных установок малой мощности // Сб. Автономная энергетика сегодня и завтра. - Санкт - Петербург.: Мин. топлива и энергетики РФ. - 1993. - С. 17 -18.

21. Щербина К.Г. Алюмолитиевый композитный состав и его некоторые кинетические характеристики // Сб. работ по химии. - Алма-Ата.: Каз. гос. ун-т. -1983. - Вып.7. - С. 544-552.

22. Калекин О.Ю., Герасименко В.Е., Щербина К.Г., Кузьмин Д.В. Погружные генераторы водорода // Сб. X Всесоюзн. конф. "Реактор-10". - Тольятти, 1989.-С. 96-97.

23. Каринцев И.Б., Калекин О.Ю., Щербина К.Г., Кривцова В.И. Реактор высокого давления для генерации водорода // Сб. X Всесоюзн. конф. "Реактор-10". - Тольятти. - 1989. - С. 13 -15.

24. Калекин О.Ю., Локенбах А.К., Щербина К.Г., А.Х. Мурниеце, В.В. Прах Ч Тез. докл. XI Всесоюз. научно-практич. семинара по электрофиз. горения. - Караганда.: П/О НТО, 1988. - С. 67.

Авторсыа свщоцтва та патептн

25. А. с. 655101, СССР, МКИ COIB 1 / 05. Способ получения водорода / К.Г. Щербина, И.Л. Варшавский, Н.Н. Тур (СССР). № 2558724 / 23 - 26. Заявл. >2.12 77; Выдано 07.12.78; Непубл., ДСП.

26. А. с. 778124, СССР, МКИ COI В 3 / 10. Способ получения водорода / {.Г. Щербина, И.Л. Варшавский, А.И. Максименко, Н.Н. Тур, В.В. Диков, В.Г. "опиенко, И.В Волков (СССР). № 2695248 / 23 - 26. Заявл. 11.12. 78; Выдано [4.06.80; Непубл., ДСП.

27. А. с 1142438 СССР, МКИ С 01 В 3/08. Способ получения водорода / С.Г. Щербина, А.И. Максименко, О.Ю. Калекин, В.Е. Герасименко, Н.Н. Тур СССР). № 3524647/23-26; - Заявл. 22.12.82; 0публ.28.02.85, Бюл. №8.-2 с.

28. А. с. 1351172, СССР, МКИ С 23 С 22 / 10, В 22 F 1 / 02. Способ нанесе-[ия фосфатных покрытий на алюминий / К.Г. Щербина, А.К. Локенбах, А.Х. Лурниеце, Р.Ю. Абеле, В.В. Жилинский, Л.В. Прощицкая (СССР). № 4031251 / 1 - 02, 3аявл.03.03.86; Выдано 08.07.87; Непубл., ДСП.

29. А. с. 1381915, СССР, МКИ С 06 В 33 / 00. Гидрореагирующее топливо / [.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, В.Е. Герасименко, А.В. Бастеев, В,В, Прах, В.Г. На-аренко (СССР). № 4002477 / 40 -23. Заявл. 02.01.86; Выдано 15.11.87; Непубл., [СП.

30. А. с. 1415794, СССР, МКИ С 22 С 1 / 04. Способ получения неоргани-еских соединений / К. Г. Щербина, О.Ю Калекин, В.Г. Гопиенко, В.Е. Гераси-

менко, А.А. Павлюченко, JIB. Прощицкая, Г.Н. Кеваркян, Е. А. Савченко (СССР № 4164569 /31 -02. Заявл. 22.12 86; Выдано 08.04.88; Непубл., ДСП.

31. А. с. 1476675, СССР, МКИ В 01 J 7 / 00. Генератор водорода погружш мого плавсредства / К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, В.Б. Пода, Г.Н. Кеваркян, Г.1 Панов (СССР). № 4293772 / 31 - 26. Заявл. 04.08.87; Выдано 03.01.89; Непубл ДСП.

32. А. с. 1536624, СССР, МКИ В 22 F 9 / 02. Способ получения порошка лз тия / К. Г. Щербина, О.Ю. Калекин, В.Г. Гопиенко, А.А. Макаров, Л.В. Прощш кая (СССР). № 4411273 / 31 - 02. Заявл. Выдано 15.09.89; Непубл., ДСП.

33. А. с. 1522647, СССР, МКИ С 01 В 3 / 08. Способ получения водорода К.Г. Щербина, В.В. Воробьёв, О.Ю. Калекин, В.Г. Назаренко, В.Е.Герасименю Г.Н. Кеваркян, К.Б. Лагуна (СССР). № 4389865 /31 -26. Заявл. 09.03.88; Выдав 15.07.89; Непубл., ДСП.

34. А. с. 1470661, СССР, МКИ С 01 В 3/08. Способ получения водорода К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, Л.В. Прощицкая, В.Е. Герасименко, Г.Н. Кеворкя] Н.Н. Тур (СССР). - № 4225458/31-26. Заявл. 08.04.87; Опубл. 07.04.89, Бюл. № 1: -2 с.

35. А. с. 1535015, СССР, МКИ С 06 В 21 / 00, 47 / 10. Способ получен* гибридной топливной системы / К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, С.С. Фокин, АЛ Локенбах, В.В. Дождёв, В.В. Прах (СССР). № 4427995 / 40 -23. Заявл. 17. 05.81 Выдано 06.09.89; Непубл., ДСП.

36. А. с. 1628758, СССР, МКИ Н 01 J 7/18. Газопоглотитель / К.Г. Щербин

A.С. Лазарев, О.Ю. Калекин, В.Е. Герасименко, ВЛШрах, А.И. Михалюк (СССР № 4634536 / 21. Заявл. 09.01.89; Выдано 15.10.90; Непубл., ДСП.

37. А. с. 1612519, СССР, МКИ С 06 В 21/00, 33/00. Способ получения ги< ридной топливной системы / К. Г. Щербина, Е.Н. Александров, О.Ю. Калеки

B.В. Прах, А.И. Михалюк (СССР). № 4694822 / 40 -23. Заявл. 24.05.89; Выдак 08.08.90; Непубл., ДСП.

38. А. с. 1627950 СССР, МКИ С01М 25/24. Способ определения энталыга образования вещества / К.Г. Щербина, В.В. Прах, О.Ю. Калекин, А.И. Михалю Г.Н. Кеворкян. (СССР). - № 4664019/25. - Заявлено 30.03.89; Опубл. 15.02.9 Бюл. №6.-2 с.

39. А. с. 1824267 СССР, МКИ В23К7/00. Способ газопламенной обработки К.Г. Щербина, А.Н. Подгорный, О.Ю. Калекин, Л.И. Бондаренко, Л.Р. Тисно] ский, В.Е. Герасименко (СССР). № 4763940/08; - Заявлено 04.12.8i 0публ.30.06.93, Бюл. 24. - 3 с.

40. Пат. 2036528 РФ, МКИ 6 НОИ 7/14. Способ получения пониженно1 давления в замкнутом объёме / Калекин О.Ю., Щербина К.Г., Пупко И.Т., Ала сандров Е.Н. (РФ). - № 4896595/10; Заявл.25.12.90; Опубл. 27.05.95, Бюл. 15. - 2 <

41. Пат. 1804135 РФ, МКИ С 22 С1/04. Способ получения алюмолитиевых сплавов / Щербина К.Г., Фридляндер И.Н., Степанова М.Г., Герасименко В.Е., Калекин О.Ю. (СССР). -№ - 4916662. - Заявл. 05.03.1991; Опубл. 07.05.96, Бюл. №27.- 4 с.

42. Пат. 25227А UA. МПК 6 Е 21 В 43/00. Пшоутворюючий склад для видалення рщини з вибою свердловини. / В.М. Свплицький, СЛ. Ягодовський, О.С. Горев, К.Г. Щербина (UA). - № 97073864. - Заявл. 05. 11. 97; Опубл. 30.10.98.

43. Пат. 2126084 RU. С 1 6 Е 21 В 43/24, 43/25. Способ термохимической обработки призабойной зоны пласта / К.Г. Щербина, Е.Н Александров, Э. Б. Мо-шович, А.Я. Лобойко, A.A. Сахаров, Е.В. Дораган (РФ). № 97111229/03(011583). -Заявл. 26.07.98; Опубл. 10.02.99; Бюл. 4. - 2 с.

АНОТАЩЯ

Щербина К.Г. Х1мко-ф1зичш основи високотемпературного впливу на тривиб1йну зону свердловини гщрореагукгами складами. - Рукопис.

Дисертацш на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за шещальшепо 05.15.06 - розробка нафтових i газових родовищ. - вщкрите шцюнерне товариство " Украшський нафтогазовий шетитут", Кшв, 1999.

Дисертац1я присвячена проблем! розробки нового напрямку шдвищення тродуктивноси нафтових, газових та газоконденсатних свердловин шляхом дасокотемпературного впливу на привибШну зону складами, що горять у вод1 -ТС. Вперше доведено, що з використанням пдрореагукгах складов основним жислювачем в термообробщ стае вода i процес горшня е 3-х стадшним з (искретночмпульсною подачею енерги в пласт, що забезпечуе ¡агатофункцюнальшеть обробки (тр1щиноутворення, передполум'ян! процеси i ;нугр1шньопластове горшня флювдв будь-яко\' в'язкосп). При обробщ пласта, як при одержанш ГРС, реал1зуеться принцип використання речовин з високою нтрошею. Створена нова технологш баротермох1м!чного впливу на пласт на iCHOBi сучасних засоб1в розрахунку, доелдаення i моделювання процеав 1м1чних перетворень в свердловиш з застосуванням нових конверсШних îmïhhhx джерел eHepriï. Основш результата робота пщтверджеш промисловими провадженнями, що забезпечили ефективне пщвищення продуктивное^ афтових i газоконденсатних свердловин.

Юпочов! слова: свердловина, гщрореагукт склади, горп!ня, водень, niponi3, ¡двищення продуктивное^.

ANNOTATION

Shcherbina K.G. Chemical and physical bases of high-temperature influence of ydro-reactive compounds on a pre-face zone of a well.

The thesis for a degree of the Doctor of Technical Science on a speciali 05.15.06. - Development of petroleum and gas deposits. - Opened joint-stock compai "Ukrainian oil and gas institute", Kiev, 1999.

The thesis is devoted to a problem of the development of new directions of i creasing the productivity of oil gas condensate wells by means of high-temperature i fluence of hydro-reactive compounds (HRC) on a pre-face zone. HRC burn in the w ter solutions of fuel-oxidative mixtures of a new generation. For the fist time it proved, that the water is the main oxidant in thermal treatment with hydro-reactr compounds and burning process is three-stage one with discrete-impulse feed of tl energy into the stratum. It ensures multifunctionality of the treatment (cracking, pr liminary flame processes and in-stratum filtrative burning of fluids of any viscosit] With influence on a stratum as well as with HRC obtaining, the principle of use of su stances with high entropy is realized. The new technology of barothermochemical i fluence on a stratum is created on the basis of modern methods of calculation, inves gation and modeling of processes of chemical transformations in a well with new со version chemical energy sources. The main results of this thesis are confirmed with i dustrial application and ensure effective increasing the productivity of oil gas conde sate wells.

Key words: well, hydro-reactive compounds, burning, hydrogen, pyrolysis, i crease of productivity.

АННОТАЦИЯ

Щербина К.Г. Химико-физические основы высокотемпературного возде ствия на призабойную зону скважины пщрореагирующими составами. - Рук пись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук i специальности 05.15.06 - Разработка нефтяных и газовых месторождений. - О крытое акционерное общество "Украинский нефтегазовый институт", Киев, 199!

Диссертация посвящена проблеме разработки нового направления в техн логиях повышения производительности нефтяных газовых и газоконденсатнь скважин путём обработки призабойной зоны пласта (ТОП) горящими в воде ги рореагирующими составами (ГРС) и горюче-окислительными смесями (ГОС) н вого поколения.

ГРС - металлизированные системы на основе алюминия, бора, их пдридов разработанной термитной смесью Na20 - Li. При выполнении обработки скваж ны водный раствор ГОС на основе нитратов аммония или карбамида с добавка» ракетных горючих, выделяющих атомарный кислород и водород, закачивается зону вскрытого продуктивного пласта. В ГОС (на тросе либо в пробке обезв женного флюида) доставляется ГРС, который самовоспламеняется под действие воды и сгорает. Выделяющийся водород уходит в пласт. Обезвоженная ГОС ра

1агается за счёт тепла экзотермических реакций ГРС. Горючие составляющие "ОС и флюида сгорают в освобождённом кислороде, т. е. горение системы ГРС -"ОС осуществляется в 3 стадии.

Процессы в скважинах моделировались и исследовались при максимальном триближении к внутрипластовым условиям с применением ЭВМ и пакетов при-сладных программ, резонансно-флуоресцентной, инфракрасной, эмиссионной и ласс-спектроскопии, рентгенофазового анализа, термогравиметрии, хроматографии и других методов. Осуществлён новый подход к созданию, изучению и реа-газации нового вида внутрискважинной тепловой обработки (ПЗП) названной эаротермохимическим воздействием (БТХВ), который заключается в раскрытии механизма химических реакций, использовании аномальных свойств ряда веществ и применении энергоносителей с высокой энтропией путём переводя 1х 1томов и молекул в возбуждённое состояние. При этом на 70 % снижается энергия активации, реагентов продукты их реакции приобретают новые свойства и по эсобому влияют на флюид и продуктивный коллектор.

На базе обобщения расчётно-теоретических и экспериментальных данных, разработаны химико-физические основы БТХВ.

Впервые доказано, что вода при использовании ГРС в термообработке жважины становится основным окислителем. При горении ГРС используется как зода суспензионного раствора ГОС, так и внутрипластовая. Установлено: для каждого твердофазного водородобразующего источника энергии существует свой тредел работоспособности по давлению. Уникальные свойства водорода обеспе-швают многофункциональность обработки призабойной зоны: режим предпла-менных процессов в пласте; подготовку флюида любой вязкости к внутрипласто-зому горению (ВГ); эффективное трещинообразование.

Впервые доказано, что только активный водород в момент своего образо-зания с помощью ГРС уже при сравнительно низких температурах вызывает изомеризацию, каталитический крекинг и пиролиз только высокомолекулярной фракции (энергия активации её меньше) флюида любой вязкости. Процессы со-тровождаются коксообразованием и выделением в газовую фазу углеводородов с тлиной цепи С - С5. Количество кокса определяет не только тепловую мощность фронта, но и вероятность осуществления самого процесса горения. Поэтому дтравление внутрипластовым горением - это, прежде всего, регулирование кок-;ообразования, осуществляемое ГРС.

Эффективный коэффициент диффузии газов в среде водорода почти на порядок больше, чем в азоте, аргоне или парах воды. В результате скорость подвода сислорода к горючим компонентам в пласте резко возрастает, поетому при ис-юльзовании ГРС скорость движения фронта внутрипластового горения увеличи-зается в 7 - 8 раз по сравнению с традиционным "влажным" горением.

В зависимости от природы и соотношений компонентов в системе ГР( ГОС- ФЛЮИД реализуется заданный режим обработки призабойной зоны плас Технология обеспечивает рост производительности скважин за счёт очистки I рового пространства, поднятия внутрипластового давления, обогащения флюн газообразными и бензиновыми фракциями и пр. Установлено, что трещинооб] зование в плотных малопроницаемых породах может привести к разрыву плас Проницаемость кернов после обработки возрастает от 20 - 38 до 100 - 140 ра: зависимости от состава и структуры породы. Режим предпламенного окислен увеличивает проницаемость коллектора в 4 - 5 раз. Доказано, что внутриплас-вое горение высокомолекулярной части флюида может вызвать вторичные из» нения структуры породы. По данным рентгенофазового анализа волна ВГ мш вязкой нефти в моделях песчано-алевролитовых пластов в присутствии алюмо! тиевых ГРС спекает породу керна с образованием цеолита типа модернита. П этом проницаемость образцов увеличивается до 20 раз.

Основные результаты работы успешно внедрены на нефтяных, газовых газоконденсатных месторождениях Украины и России: дополнительно получе 8999 т нефти, 103082 тыс. м3 газа и 7303 т конденсата.

Ключевые слова: скважина, гидрореагирующие составы, горение, водорс изомеризация, пиролиз, повышение производительности.