Способ утилизации вкладных зарядов ракетных двигателей на твердом топливе

Изобретение относится к способам утилизации боеприпасов. Способ утилизации вкладных зарядов ракетных двигателей на твердом топливе включает извлечение зарядов из двигателя, механическую продольную разрезку их на однотипные шашки с максимальным размером в поперечном сечении не более 100 мм, закладку шашек вертикально друг на друга в нефтедобывающие и нагнетательные скважины, заполненные жидкостью, и сжигание их в призабойной зоне скважин. Шашки доставляют в зону сжигания на кабель-тросе в цилиндрическом контейнере, перфорированном отверстиями для истечения продуктов по центральной части боковой поверхности, отстоящей на 1/4 длины от обоих торцов, и сжигают шашки по наружным поверхностям, воспламеняя их одновременно подачей электрического импульса на оба воспламенителя, расположенных на нижнем торце нижней шашки и на верхнем торце верхней шашки. По второму варианту контейнер перфорирован по всей боковой поверхности. Шашки сжигают по торцевым поверхностям сверху вниз, воспламеняя верхнюю торцевую поверхность верхней шашки. Обеспечивает снижение затрат на утилизацию, повышение технологичности процесса и экологической безопасности. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам утилизации вкладных зарядов ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).

Наиболее известны следующие способы утилизации вкладных зарядов РДТТ:

- снаряжение учебных боеприпасов, снаряжение испытательных устройств с коротким сроком службы, снаряжение специальных взрывных устройств гражданского назначения;

- переработка зарядов из баллиститных топлив в продукцию гражданского назначения (промышленные ВВ, лакокрасочные материалы, антикоррозионные покрытия, смазочные материалы и др.) / А.В.Косточко «Специальные полимеры и композиции», Казань, изд-во "Матбугат йорты", 1999, с.153-156, с.182-196; «Вооружение. Политика. Конверсия» Информационно-аналитический журнал РАРАН, 2002, №5, с.40-42;

патенты РФ №2176230, С06В 21/00, F42В 33/06, F42D 5/04;

№2215720, С06 В 21/00, С05F 11/00, F42В 33/06;

№2232739, С06В 21/00, F42В 33/06, F42D 5/04;

заявка РФ №2002118664/02, F42В 33/06, 1/02/.

Все перечисленные способы утилизации зарядов РДТТ имеют существенные недостатки, ограничивающие их широкое использование: загрязнение окружающей среды, большие размеры капиталовложений на создание и содержание производств по утилизации, малая степень переработки получаемых от утилизации материалов и низкая стоимость их реализации при высокой стоимости транспортных перевозок.

Известен способ утилизации вкладных зарядов РДТТ по заявке RU 97118483/02, F42В 33/06, заключающийся в том, что заряды извлекают из двигателей и разрезают продольно на однотипные шашки на специальном оборудовании. Шашки бронируют по боковой поверхности и устанавливают поочередно в контейнер с опорой друг на друга по торцевым поверхностям. Контейнер совместно с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) опускают в заполненную жидкостью нефтедобывающую или нагнетательную скважину и устанавливают в призабойной зоне продуктивного пласта в интервал перфорации обсадной колонны. Межтрубное пространство скважины герметизируют пакером, установленным над контейнером. Шашки сжигают поочередно по торцевой поверхности сверху вниз, воспламеняя верхнюю шашку подачей электрического импульса на электровоспламенитель по геофизическому кабелю, соединенному с пультом. Таким образом утилизируют заряды РДТТ, используя их одновременно для термобарохимической обработки призабойной зоны пласта нефтедобывающих скважин с целью интенсификации добычи нефти. Данный способ утилизации зарядов РДТТ в наибольшей степени близок к заявляемому и может быть использован в качестве прототипа.

Основные недостатки прототипа:

- доставка контейнера с твердотопливными шашками в зону обработки скважины производится на колонне НКТ, т.е. перед утилизацией необходим монтаж НКТ, а после - демонтаж колонны НКТ. Учитывая очень высокую трудоемкость работ, связанных с монтажом и демонтажом колонны НКТ, не всегда данный способ утилизации экономически целесообразен;

- использование колонны НКТ для доставки контейнера с твердотопливными шашками делает невозможным применение геофизического кабеля и кабельной головки для подачи электроимпульса на электровоспламенитель, поэтому применена однопроводная электрическая схема с подвижным контактом, что существенно снижает надежность воспламенения;

- использование бронированных зарядов торцевого горения значительно снижает номенклатуру зарядов, подлежащих утилизации, и делает необходимым применение пакера для герметизации как НКТ, так и межтрубного пространства, т.к. обеспечить необходимый импульс давления в зоне обработки при помощи зарядов торцевого горения без пакера практически невозможно. Использование пакера усложняет технологический процесс утилизации.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка экологически чистого, безопасного способа утилизации вкладных зарядов РДТТ, позволяющего с большим экономическим эффектом применять заряды РДТТ после их механической разделки или без разделки для термобарохимических обработок низкодебитных скважин с целью интенсификации нефтедобычи.

Предлагаемый способ предусматривает утилизацию вкладных зарядов РДТТ, при котором заряды извлекают из двигателей, разрезают продольно на несколько шашек в зависимости от начального диаметра заряда таким образом, чтобы максимальный размер в поперечном сечении шашки был не более 100 мм. Полученные после разрезки шашки устанавливают вертикально друг на друга в цилиндрический контейнер с опорой на торцевые поверхности. Контейнер соединяют при помощи кабельной головки с кабель-тросом и опускают в заполненную жидкостью скважину в интервал перфорации обсадной колонны. Твердотопливные шашки сжигают, воспламеняя одновременно верхнюю и нижнюю из них подачей электроимпульса на электровоспламенитель. Возможен вариант воспламенения подачей электроимпульса только на верхнюю шашку.

Данный технический результат обеспечивается благодаря тому, что используемые операции извлечения вкладных зарядов из двигателей, их разрезка, установка в контейнеры, доставка в призабойную зону скважины и сжигание базируются на известных отработанных технологиях, широко применяемых в настоящее время. Экологическая безопасность способа обеспечивается сжиганием твердотопливных шашек в загерметизированных скважинах на больших глубинах в среде воды, нефти, растворов солей, кислот. Высокая температура и высокое давление способствуют протеканию химических реакций взаимодействия продуктов сгорания со средой. Таким образом, авторами предлагается способ контролируемого сжигания зарядов РДТТ в подземных объемах закрытого типа с полной нейтрализацией продуктов сгорания. Данный способ утилизации осуществляется с минимальными экономическими затратами, т.к. расснаряжение двигателей и продольная разрезка зарядов не трудоемки, не требуют создания специальных производств и могут быть проведены на снаряжательных заводах, а последующее сжигание их в скважинах, как правило, совмещается с ремонтно-профилактическими работами при эксплуатации скважин. Значительный экономический эффект от данного способа утилизации получают за счет термобарохимической обработки продуктивного пласта скважины, происходящей при сжигании твердотопливных элементов, и выражающийся в виде увеличения нефтеотдачи пласта.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа утилизации вкладных зарядов РДТТ.

Заряды извлекают из двигателей и разрезают продольно на специальном оборудовании на однотипные шашки (фиг.2, 3) в зависимости от начального диаметра заряда таким образом, чтобы максимальный размер в поперечном сечении шашки был не более 100 мм. Шашки 6 устанавливают вертикально друг на друга с опорой на торцевые поверхности в цилиндрический контейнер 5 многоразового использования, перфорированный по боковой поверхности отверстиями для истечения продуктов сгорания. На нижнем торце нижней шашки и верхнем торце верхней устанавливают электровоспламенители 3. Электрические провода от электровоспламенителей 3 через кабельную головку 2 соединяют с кабель-тросом 1. Контейнер 5 на кабель-тросе 1 опускают в скважину, заполненную жидкостью, и устанавливают в интервале перфорации обсадной колонны 7. С устья скважины через кабель-трос 1 подают электрический импульс на электровоспламенители 3. При срабатывании электровоспламенителей 3 в течение ограниченного времени (0,1-0,3 с) воспламеняются все твердотопливные шашки 6. Горение шашек 6 продолжается от 0,5-5 с в зависимости от скорости горения топлива, размеров поперечного сечения шашек 6, величины давления в зоне сжигания. Горение сопровождается большим выделением тепла (850-900 ккал/кг), выделением газообразных продуктов (1000 л/кг при Р=0,1 МПа), поэтому наряду с утилизацией при сжигании твердотопливных зарядов в низкодебитных нефтедобывающих скважинах производится термобарохимическая обработка (ТБХО) призабойной зоны продуктивного пласта 4. Технологии ТБХО низкодебитных нефтедобывающих и нагнетательных скважин с использованием твердотопливных зарядов широко применяются в течение последних 30 лет. Данные технологии базируются на использовании высокого давления, высокой температуры и химических реакций продуктов сгорания с породой пласта 4 для увеличения проницаемости продуктивного пласта 4. При этом проницаемость пласта 4 повышается за счет его разрыва с образованием искусственной трещиноватости давлением, превышающим величину горного давления, либо за счет прогрева пласта 4 до температуры плавления асфальтено-смолистых и парафиновых отложений в порах пласта 4 с последующим выносом их потоком нефти в скважину. Высокое давление, превышающее величину горного, достигается подбором поверхности и скорости горения шашек 6, устанавливаемых в контейнер 5. При кратковременном сгорании заряда (0,5-1 с) столб скважинной жидкости, находящийся над контейнером 5, вследствие инерционности и трения о стенки скважины остается неподвижным в течение всего времени горения заряда и выполняет роль пакера, благодаря чему в районе горения возникает давление, превышающее горное, что и приводит к разрыву пласта 4. Непременным условием решения задачи разрыва пласта 4 является реализация энергии заряда в максимально короткое время, т.е. получение необходимого импульса давления, что возможно только при одновременном воспламенении поверхности всех шашек 6. Для обеспечения надежности и качества воспламенения нижнюю и верхнюю части контейнера 5 на 1/4 его длины не перфорируют отверстиями. Отсутствие отверстий на боковой поверхности контейнера 5 в зоне расположения электровоспламенителей 3 вынуждает продукты сгорания, имеющие температуру Т=2500°С, перемещаться между корпусом контейнера 5 и твердотопливными шашками 6, вытесняя скважинную жидкость, прогревая и воспламеняя шашки 6. Данное решение позволяет обеспечить надежное одновременное воспламенение всей поверхности твердотопливных шашек 6 в сложных условиях нахождения заряда в скважинной жидкости. В тех случаях, когда в силу особенностей конструкции скважины нельзя подвергать ее высоким динамическим нагрузкам, подбор скорости горения и размеров шашек 6 производится с целью обеспечения низкого градиента нарастания давления и увеличенного времени горения шашек 6, т.е. используется в большей степени тепловая энергия топлива для прогрева продуктивного пласта 4 и его очистки за счет плавления веществ, закупоривающих поры пласта 4. В этом случае увеличивают время горения заряда за счет подбора шашек 6 с меньшей скоростью горения, а заряд сжигают сверху вниз, воспламеняя верхний торец верхней шашки. Для исключения воспламенения боковой поверхности шашек 6 перфорируют всю боковую поверхность контейнера 5. При этом вытеснение скважинной жидкости продуктами горения из полости между контейнером 5 и шашками 6 по всей длине заряда становится невозможным, поэтому горение происходит по торцевой поверхности, перемещаясь сверху вниз по длине заряда, а скважинная жидкость, смачивающая боковую поверхность, препятствует ее воспламенению, выполняя роль бронирующего покрытия. Такой характер горения обеспечивает малый газоприход и создает избыточное давление, недостаточное для разрыва пласта 4, с другой стороны, увеличение времени горения заряда способствует более глубокому прогреву пласта 4 и может быть использовано для очистки призабойной зоны продуктивного пласта 4.

Новизна предлагаемого способа утилизации зарядов РДТТ заключается в том, что доставку и уничтожение их сжиганием производят в контейнерах многоразового использования, автономно опускаемых в зону сжигания. Сжигание зарядов совмещают с обработкой призабойной зоны продуктивного пласта нефтедобывающих и нагнетательных скважин с целью повышения нефтеотдачи. Конструкцию контейнера выбирают в зависимости от характера обработки скважины.

1. Способ утилизации вкладных зарядов ракетных двигателей на твердом топливе, включающий извлечение зарядов из двигателя, механическую продольную разрезку их на однотипные шашки с максимальным размером в поперечном сечении не более 100 мм, закладку шашек вертикально друг на друга в нефтедобывающие и нагнетательные скважины, заполненные жидкостью и сжигание их в призабойной зоне скважин, отличающийся тем, что шашки доставляют в зону сжигания на кабель-тросе в цилиндрическом контейнере, перфорированном отверстиям для истечения продуктов по центральной части боковой поверхности, отстоящей на 1/4 длины от обоих торцов, и сжигают шашки по наружным поверхностям, воспламеняя их одновременно подачей электрического импульса на оба воспламенителя, расположенные на нижнем торце нижней шашки и на верхнем торце верхней шашки.

2. Способ утилизации вкладных зарядов ракетных двигателей на твердом топливе, включающий извлечение зарядов из двигателя, механическую продольную разрезку их на однотипные шашки с максимальным размером в поперечном сечении не более 100 мм, закладку шашек вертикально друг на друга в нефтедобывающие и нагнетательные скважины, заполненные жидкостью и сжигание их в призабойной зоне скважин, отличающийся тем, что шашки доставляют в зону сжигания на кабель-тросе в цилиндрическом контейнере, перфорированном отверстиям для истечения продуктов сгорания по всей боковой поверхности и сжигают их по торцевым поверхностям сверху вниз, воспламеняя верхнюю торцевую поверхность верхней шашки.