взрывчатый состав для скважин

Формула изобретения

Взрывчатый состав для скважин, состоящий из окислителя, взрывчатого вещества нитраминного типа и горючего, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит перхлорат калия (ПХК), в качестве взрывчатого вещества нитраминного типа - октоген, а в качестве горючего - порошкообразный алюминий и графит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Алюминий - 10 - 35

Октоген - 10 - 35

Графит - - 1 - 8

ПХК - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области взрывчатых веществ (ВВ), а именно к взрывчатым составам для глубоких скважин, и может быть использовано для проведения взрывных работ в условиях повышенных температур и давлений.

Взрывные работы широко применяются в практике бурения скважин для ликвидации аварий, вскрытия и повышения отдачи пластов и для других операций, проведение которых с применением ВВ удается осуществить с меньшими затратами времени и средств, чем другими способами. К ВВ для скважин предъявляется ряд требований, обусловленных высокими температурами и давлениями в скважинах, главным из которых является термостойкость.

В глубоких скважинах можно использовать заряды из индивидуальных ВВ, отличающихся высокой термостойкостью, например, из класса ВВ нитраминного типа (Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. 2-ое изд., перераб и дополн., - Л, Химия, 1973), таких как гексоген (Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь, под редакцией акад. Б.П. Жукова, М., Янус-К, с. 131) и для более высоких температур октоген (там же, с. 334), однако эти ВВ весьма дороги, что приводит к резкому повышению стоимости работ.

Наиболее близким к предлагаемому составу по технической сущности (прототипом) является взрывчатый состав, содержащий окислитель - нитрат аммония (НА) в количестве 66 мас.%, горючие - 5 мас.% алюминиевой пудры и 5 мас. % тротила и гексоген, относящийся к классу нитраминных ВВ, в количестве 24 мас.%. Данный состав относится к промышленным смесевым ВВ типа аммонитов (а именно скальный аммонит 1) и широко применяется во взрывной технике, в том числе в шпурах и скважинах (Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества, М., Недра, 1973, с. 120).

Известный состав (прототип) имеет хорошие взрывчатые и энергетические характеристики, вместе с тем скальный аммонит 1 не обладает необходимым уровнем термостойкости для проведения взрывных работ в глубоких скважинах, предельная температура его использования не превышает 100^oС, что ограничивает его применение

Задачей предлагаемого изобретения является создание мощного (не уступающего скальному аммониту 1 по уровню взрывчатых характеристик) недорогого взрывчатого состава для скважин, который имел бы существенно более высокую термостойкость по сравнению с прототипом.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым взрывчатым составом для скважин, состоящим из окислителя, ВВ нитраминного типа и горючего, включающего порошкообразный алюминий, который содержит перхлорат калия (ПХК) в качестве окислителя, октоген - в качестве ВВ нитраминного типа, а в качестве горючего - смесь порошкообразного алюминия и графита, при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 10-35; октоген 10-35; графит 1-8; ПХК остальное.

При разработке предлагаемого состава помимо достижения главного технического результата - существенного повышения термостойкости - исходили из необходимости не ухудшить энергетические характеристики по сравнению с прототипом и обеспечить достаточную взрывобезопасность на всех стадиях изготовления (смешение, прессование, снаряжение) и эксплуатации состава. Нами предложено использование во взрывчатом составе существенно более термостойкого окислителя - перхлората калия (ПХК) вместо нитрата аммония, а также замена легкоплавкого тротила на термостойкий графит и замена гексогена на другое ВВ из того же класса - октоген, превосходящий гексоген по термостойкости (Орлова Е. Ю., Орлова Н.А.,, Жилин В.Ф. и др. Октоген - термостойкое взрывчатое вещество, М., Недра, 1975).

Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что использование ПХК в составе в качестве окислителя в сочетании с алюминиевой пудрой в качестве горючего обеспечивает повышение термостойкости до уровня 205^oС, что существенно увеличивает глубины скважин, в которых допустимо проведение взрывных работ с использованием данного состава. При исследовании различных горючих добавок к алюминию было установлено, что хорошо проявляет себя добавка графита. Применение графита, помимо увеличения термостойкости, резко снижает чувствительность состава к механическим воздействиям (удару, трению), исключает возникновение статической электризации, облегчает уплотнение при прессовании (снижает давление прессования) и таким образом существенно повышает взрывобезопасность на всех стадиях изготовления (смешение, прессование, снаряжение) и эксплуатации состава.

Состав используется в основном в виде пористых прессованных шашек. Применение предлагаемого состава обеспечивает также увеличение объемного энергосодержания изготовляемых из него зарядов ВВ за счет повышенной плотности зарядов по сравнению с прототипом (на 20-25% при одинаковой пористости).

По результатам систематических термодинамических расчетов для предлагаемого состава в сочетании с экспериментальной проверкой условий надежной работы зарядов из них были определены границы содержания в составе отдельных компонентов.

По сравнению с прототипом существенно увеличено содержание А1 в составе до 10-35 мас.%, что, согласно результатам термодинамических расчетов, позволяет избежать снижения энергетических характеристик состава при замене НА на ПХК. При использовании таких составов в обводненных скважинах может выделяться дополнительная энергия за счет реакции А1 с водой, окружающей заряд.

Содержание октогена 10-35 мас.% выбрано из условия обеспечения приемлемых для работы в скважинах детонационных характеристик (скорости детонации, критического диаметра, восприимчивости к инициирующему импульсу) прессованных шашек при диаметре от 20-30 мм. Было установлено, что критический диаметр детонации для таких составов в безоболочечных зарядах не превышает 20 мм.

Приводим результаты испытаний предлагаемого состава.

Для разных композиций ПХА/А1/графит/октоген в заявленных пределах измерена скорость детонации на образцах в виде шашек диаметром 30 мм с плотностью 2,0-2,1 г/см³, которая составила 5,0-6,5 км/с. С использованием единой программы термодинамических расчетов определены энергетические характеристики (теплота взрыва и работа расширения продуктов детонации) для прототипа и предлагаемого состава. Для скального аммонита 1 теплота взрыва и работа расширения продуктов детонации равны 1275 ккал/кг и 1750 ккал/кг, для состава 42ПХК/25А1/3 графит/30 октоген - 1790 ккал/кг и 1845 ккал/кг соответственно. Как показывает сравнение, предлагаемый состав не уступает прототипу по своим энергетическим характеристикам

Определена термостойкость предлагаемого состава. Состав в виде шашек плотностью 2,0-2,1 г/см³ после пребывания при температуре 205^oС в течение 6 часов показал уменьшение массы не более 2%, что допустимо для термостойких ВВ. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый смесевой состав имеет существенно более высокие показатели термостойкости при близких энергетических характеристиках.

Все используемые в составе компоненты доступны, имеют широкую базу промышленного производства. По сравнению с октогеном стоимость состава существенно ниже .