Click here to load reader

NAFTA-GAZ marzec 2012 ROK LXVIII - Aktualnoś · PDF fileużyciu materiałów wybuchowych i paliw wysokoenerge- ... Chemia – Technologia Materiałów Wybu- chowych. Kierownik Oddziału

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of NAFTA-GAZ marzec 2012 ROK LXVIII - Aktualnoś · PDF fileużyciu materiałów...

180

NAFTA-GAZ marzec 2012 ROK LXVIII

ukasz Habera, Antoni FrodymaInstytut Nafty i Gazu, Krakw

Zenon Wilk, Piotr KolikInstytut Przemysu Organicznego Warszawa, Oddzia Krupski Myn

Badania poligonowe zaponu paliw prochowych stosowanych w perfogeneratorach

Metoda dynamicznego oddziaywania na zoe przy uyciu materiaw wybuchowych i paliw wysokoenerge-tycznych jest technicznie moliwa do wykonania za pomo-c kompleksowego urzdzenia zwanego perfogeneratorem. Niniejszy artyku przedstawia wyniki wariantowych bada kluczowego parametru pracy perfogeneratora, jakim jest zdolno inicjowania paliwa strug kumulacyjn materiau wybuchowego, dedykowanego dla procesu perforacji. W sensie technologicznym perfogenerator wykonuje jed-noczenie dwa zabiegi: (1) perforacji otworu wiertniczego i (2) szczelinowania gazowego formacji przyotworowej. Niewtpliwa zaleta perfogeneratora, jak jest moliwo wykonania dwch rnych zabiegw jednym urzdzeniem, w jednym marszu technologicznym, ma uzasadnienie w podstawach teorii mechaniki wybuchu, ktra mwi, i spalanie paliwa wysokoenergetycznego zachodzi o trzy rzdy wielkoci wolniej ni proces eksplozji materiau

wybuchowego. Dlatego odpalony perfogenerator generuje strumie kumulacyjny, ktry, wdzierajc si w matryc skaln, uprzednio inicjuje proces spalania paliwa [1, 2, 3].

W artykule przedstawiono technik oraz wyniki bada zaponu paliw wysokoenergetycznych przeznaczonych do perfogeneratorw, przeprowadzonych w komorze cinienio-wej. Budowa zbiornika oraz jego umiejscowienie zostay tak skonstruowane i dobrane, by zapewni maksimum bezpieczestwa pracy. Ponisze zdjcie przedstawia widok zbiornika oraz jego umiejscowienie (rys. 1).

Rejestracji podstawowych parametrw, tj. cinienia oraz temperatury, dokonano za pomoc specjalnie do tego celu wykonanego ukadu rejestrujcego (rys. 2). Rejestra-tor umieszczono w rurze, ktra docelowo ma by jednym z moduw perfogeneratora. Modu rejestrujcy suy bdzie do wykonywania pomiarw w warunkach natu-ralnych (zoowych).

Podstawowe cechy rejestratora to: cztery niezalene tory pomiarowe

dla sygnaw 05 V, zapisywane przebiegi analogowe

powstaj poprzez digitalizacj sygnaw z czujnikw z krokiem czasowym 250 s i 8-bitow roz-dzielczoci amplitudy (256 po-ziomw kwantyzacji),

moliwo zapisu przebiegw o czasie narastania t < 1 ms i su-marycznym czasie zapisu 32 s,

wizualizacja i archiwizacja zapi-sanych sygnaw za pomoc oscy-loskopu cyfrowego; moliwoRys. 1. Widok zbiornika cinieniowego do bada paliw

artykuy

181nr 3/2012

NAFTA-GAZ marzec 2012 ROK LXVIII

odtwarzania zapisw bezporednio w warunkach po-lowych, po wymontowaniu moduu rejestratora z jego obudowy,

uruchamianie zapisu nastpuje impulsem strzaowym, przekazywanym poprzez sprzenie indukcyjne na obwd startowy,

odporno termobaryczna: 100 MPa/130C, pomiar cinienia za pomoc czujnika piezoelektrycz-

nego o zakresie przetwarzania do 100 MPa, pomiar temperatury, zamknicie moduu w obudowie chronicej go przed

cinieniem statycznym i dynamicznym w trakcie zabie-gu, zapewniajce rwnie przejcie dla linii strzaowej.Badania przewidyway testy, w ktrych rejestrator

umieszczany by zarwno wewntrz, jak i na zewntrz zbiornika.

Dowiadczenia przewidyway prby zaponu paliw za pomoc adunku kumulacyjnego (strumieniem kumulacyj-nym) oraz za pomoc lontu detonujcego (LD). Badania te przeprowadzono w kilku wariantach: wykonanie rejestracji cinie spalenia paliwa zainicjo-

wane strumieniem kumulacyjnym (K), wykonanie rejestracji cinienia spalenia paliwa

fi 40 w osonie stalowej zainicjowane lontem deto-nujcym,

wykonanie rejestracji cinie spalenia paliwa zoonego fi 40 i 80 zainicjowane lontem detonujcym.Inicjowanie paliwa za pomoc strumienia kumulacyj-

nego wykonano w dwch ukadach.Ukad pierwszy (rys. 3) skada si z pytek stalowych

umieszczonych w rurze stalowej, na ktrej znajdoway si kolejno paliwa:

paliwo 80, o masie 250 gramw, paliwo Agat, o masie 50 gramw.

Bezporednio na paliwie znajdowa si adunek kumu-lacyjny, inicjowany za pomoc zapalnika elektrycznego.

Rys. 2. Rejestrator cinienia i temperatury wraz z obudow (fot. A. Frodyma)

Rys. 3. Ukad badawczy z adunkiem kumulacyjnym

Rys. 4. Profil cinienia

W prbie tej zaobserwowano pene spalenie paliwa oraz dokonano rejestracji cinienia (rys. 4).

NAFTA-GAZ

182 nr 3/2012

Kolejne trzy prby inicjowania paliwa wykonano za pomoc lontu detonujcego (LD), w ukadzie przedsta-wionym na rysunku 8.

Kolejne prby obejmoway inicjacj paliwa: 42 o masie 214 gram oraz paliwo 80 o ma-

sie 334 gramw, 42 o masie 193 gram oraz paliwo 80 o ma-

sie 292 gramw, 42 o masie 186 gram oraz paliwo 80 o ma-

sie 290 gramw.Zaobserwowano pene spalenie prbek oraz

dokonano rejestracji cinienia. Profil cinie wszystkich prb inicjacji cinienia; zarwno od adunku kumulacyjnego, jak i od LD, przedstawia wykres na rysunku 9.

Rys. 7. Profil cinienia

W prbie drugiej (rys. 5) wykonano inicjacj paliwa typu Szmaragd, o cznej masie 190 g, strumieniem ku-mulacyjnym.

W tym celu uyto adunek typu K 33 w osonie po-lipropylenowej. Paliwo byo przekadane na przemian z pytk stalow o gruboci 10 mm.

Zaobserwowano graniczn liczb pytek paliwa zaini-cjowanych strumieniem kumulacyjnym. Strumie kumula-cyjny przebi kolejno siedem pytek stalowych, zatrzymujc si na smej. W tym czasie zainicjowa siedem warstw paliwa, natomiast na smej dokona delikatnego wgbie-nia (rys. 6). Zarejestrowany profil cinienia przedstawia rysunek 7.

Rys. 5. Ukad badawczy z wkadk kumulacyjn prba druga

Rys. 6. Widok pytek stalowych oraz paliwa

Rys. 8. Ukad badawczy paliwo zoone (fi 42 i 80)

artykuy

183nr 3/2012

Rys. 9. Profil cinienia spalania paliwa od K oraz LD

Wnioski

Zaobserwowano inicjacj oraz spalenie paliwa za pomo-c lontu detonujcego, jak i strumienia. Podczas inicjacji od strumienia kumulacyjnego obserwuje si graniczn

energi, od ktrej zachodzi zapalenie paliwa. Najszybszy przyrost cinienia wynikajcy ze spalenia paliwa obserwuje si podczas inicjacji od strumienia kumulacyjnego.

Literatura

[1] Florczak B., Witkowski W.: Perspektywy rozwoju staych heterogenicznych paliw rakietowych. Materiay konferen-cyjne IPOEX, 2007.

[2] Leciejewski Z.: Analiza i ocena poprawnoci metod bada pirostatycznych prochw jedno- i dwubazowych. Wydaw-nictwo WAT, Warszawa 2008.

Mgr in. ukasz HABERA ukoczy Wydzia Wiertnictwa Nafty i Gazu AGH w Krakowie, absol-went Studium Doktoranckiego w AGH, Asystent w zakadzie Techniki Strzelniczej INiG. Zajmuje si projektowaniem sprztu strzaowego i technologi wykorzystania materiaw wysokoenergetycznych w przemyle naftowym.

[3] Schatz J.F., Haney B.L., Ager S.A.: High-speed downhole memory recorder and software used to design and confirm perforating/propellant behavior and formation fracturing. SPE 56434, padziernik 1999.

Mgr in. Antoni FRODYMA absolwent Wydziau Wiertniczo-Naftowego AGH w Krakowie. Kierow-nik Zakadu Techniki Strzelniczej Instytutu Nafty i Gazu w Krakowie. Zajmuje si konstruowaniem sprztu strzaowego do otworw wiertniczych i tech-nologi jego stosowania. Wspautor kilku patentw i wzorw uytkowych.

Dr in. Zenon WILK absolwent Wydziau Elek-trycznego Politechniki lskiej, specjalno Prze-twarzanie i Uytkowanie Energii. Studia podyplo-mowe: Chemia Technologia Materiaw Wybu- chowych. Kierownik Oddziau Instytutu Przemysu Organicznego w Krupskim Mynie. Realizowa wie-le projektw w zakresie materiaw wybuchowych dla grnictwa otworowego.

Mgr in. Piotr KOLIK specjalista badawczo--techniczny w Instytucie Przemysu Organicznego w Warszawie, Oddzia w Krupskim Mynie. Zajmu-je si badaniami poligonowymi materiaw wybu-chowych stosowanych w adunkach kumulacyjnych perforatorw oraz modelowaniem numerycznym zjawiska wybuchu i spalania paliw wysokoenerge-tycznych stosowanych w przemyle naftowym.

Search related