термопластичный твердотопливный состав для обработки нефтяных скважин

Формула изобретения

Термопластичный твердотопливный состав, содержащий нитрат аммония, каучук, катализатор горения, отличающийся тем, что он содержит в качестве каучука порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм, в качестве катализатора горения содержит бихромат калия или бихромат аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нитрат аммония	79-88
Порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	8-18
Бихромат калия или бихромат аммония	1-11

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к разработке термопластичного твердотопливного состава, используемого для интенсификации и добычи нефти, а также в качестве источника энергии твердотопливных ракетных двигателей.

Известны низкотемпературные твердые топлива, содержащие в качестве окислителя нитрат аммония и полимерное горючее-связующее, см. Arkhipov V., Vorozhtsov A., Bondarchuk S. et al. Ballistic Characteristics of Solid Propellants Containing Dual Oxidizer // European Conference for Aerospace Sciences (EUCASS). Moscow, 2005. - P.1-8.

Недостатками известных составов являются низкая скорость горения и повышенное содержание твердых продуктов сгорания.

Известен твердотопливный состав, содержащий нитрат аммония, маслонаполненный каучук марки СКДМ-80 и отверждающий агент ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтилбензол (ТОН-2), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония	80,7
каучук марки СКДМ-80	19,3
отверждающий агент (ТОН-2)	0,2 сверх 100%,

см. Попок В.Н. Изучение горения топливных композиций на основе нитрата аммония // Материалы Международной школы-конференции молодых ученых. Физика и химия наноматериалов. Томск, 2005. - С.437-439.

Недостатком известного твердотопливного состава является низкая скорость горения при повышенном давлении и повышенное содержание твердых продуктов сгорания.

Наиболее близким по технической сущности является твердотопливный состав, содержащий нитрат аммония, каучук, катализатор горения, в котором в качестве каучука он содержит маслонаполненный каучук марки СКДМ-80, в качестве катализатора горения -динитрофеноксиэтанол и дополнительно содержит отверждающий агент - ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтилбензол (ТОН-2), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония	80,7
каучук марки СКДМ-80	19,3
динитрофеноксиэтанол	(1,0÷1,5) сверх 100%
отверждающий агент (ТОН-2)	0,2 сверх 100%,

см. Патент RU № 2389714, МПК С06В 31/30, 2009.

Недостатками указанного твердотопливного состава является недостаточная скорость горения при повышенном давлении и относительно высокое содержание твердых продуктов сгорания.

Указанные недостатки твердотопливного состава связаны с использованием в качестве каучука маслонаполненного каучука марки СКДМ-80, который содержит жидкий пластификатор (индустриальное масло) в количестве 80% от массы каучука. Наличие значительного количества жидкой фазы в каучуке приводит к увеличению конденсированных и уменьшению содержания газообразных продуктов сгорания.

Задачей изобретения является увеличение при повышенном давлении скорости горения твердотопливного состава и уменьшение содержания твердых продуктов сгорания.

Техническая задача решается тем, что твердотопливный состав, содержащий нитрат аммония, каучук, катализатор горения, в котором в качестве каучука он содержит порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм, в качестве катализатора горения содержит бихромат калия или бихромат аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония	79-88
порошкообразный бутадиен-нитрильный	8-13
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм
бихромат калия или бихромат аммония	1-11

Решение технической задачи позволяет увеличить скорость горения при давлении 2,5 МПа до 7 раз и уменьшить содержание твердых продуктов сгорания до 2 раз.

Характеристика веществ, используемых в твердотопливном составе:

Порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм получают путем механического измельчения, например, на роторных мельницах.

Бихромат калия используют по ГОСТ 2652-78.

Бихромат аммония используют по ГОСТ 3763-76.

С целью замедления процесса «старения» состава в качестве технологической добавки может использоваться политетрафторэтилен (фторопласт-4) по ГОСТ 10007-80, при его содержании до 2,0% сверх 100% от массы состава.

Приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Заявляемую термопластичную композицию готовят путем механического смешения в барабанном смесителе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония	80
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-0,2 мм	12
бихромат калия	8

Примеры 2-4 аналогичны примеру 1, данные по составу и его характеристики приведены в таблице 1.

Из полученной термопластичной композиции методом проходного прессования формуют образцы диаметром 10 мм, бронированные по боковой поверхности. Высоту образцов варьируют в зависимости от характера проводимого эксперимента. Скорость горения образцов определяли в приборе постоянного давления в атмосфере азота при давлении 2,5 МПа. Содержание твердых веществ в продуктах сгорания определяют взвешиванием кварцевого отборника, размещенного в приборе постоянного давления до и после сжигания образцов топлива.

Как видно из примеров конкретного выполнения, заявляемый объект позволяет увеличить скорость горения при давлении 2,5 МПа до 7 раз и уменьшить содержание твердых продуктов сгорания до 2 раз.

Таблица 1
Компоненты	Термопластичный твердотопливный состав, мас.%
Прототип	Заявляемый объект
Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
1	2	3	4	5	6	7
Нитрат аммония	80,7	80	88	79	79	88
Порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм		12	8	13	10	11
Маслонаполненный каучук марки СКДМ-80	19,3
Бихромат калия		8	4		11
Бихромат аммония				8		1
Динитрофеноксиэтанол, сверх 100%	1,0-1,5
Технологическая добавка - политетрафторэтилен, сверх 100%		-	-	-	-	1,0
Ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол (ТОН-2), сверх 100%	0,2
Характеристика термопластичного твердотопливного состава
Скорость горения при давлении 2,5 МПа, мм/с	0,58-0,60	4,0	2,5	3,6	4,4	1,8
Содержание твердых продуктов сгорания при атмосферном давлении, мас.%	2,4-2,6	1,7	1,4	1,8	2,0	1,2