MX2012012819A - Metodo de explosion. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de inicio para el inicio de una carga explosiva, el cual comprende: un transceptor para la recepción de señales de instrucciones inalámbricas; un circuito de control para procesamiento de señales de instrucciones inalámbricas recibidas por el transceptor y una fuente de luz que es adecuada para el inicio de la carga de explosivos y que se activa por el circuito de control.

Description

METODO DE EXPLOSION DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con un dispositivo para el inicio de una carga explosiva, con un sistema de explosión que incluye al dispositivo y con un método de realización de explosión utilizando el dispositivo. Se considera que la invención tiene utilidad particular en operaciones de explosiones comerciales tales como en minería y en pozos de petróleo y gas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION En operaciones comerciales de explosiones una cantidad de explosivo empacado generalmente se requiere que se inicie de acuerdo con un diseño de explosión predeterminado que específica el tiempo y secuencia de inicio así como entre cargas individuales en una explosión. En este contexto, la cantidad de explosivo empacado es responsable de la fractura de rocas, etc. - es el "trabajo" de la carga de explosivos principal. Esta carga de explosivos en sí misma se inicia típicamente por encendido de una carga de explosivos más pequeña que invariablemente se proporciona bajo confinamiento estrecho en forma de un detonador en un cartucho. El detonador está en comunicación de señal con el equipo de control de explosión que es responsable de su encendido. Existe una necesidad continua para incrementar el funcionamiento de explosiones comerciales en el desarrollo de metodologías de explosión y los componentes que se utilicen. La presente invención busca contribuir a este respecto.

DESCRIPCION BREVE DE LA INVENCION En consecuencia, en una modalidad, la presente invención proporciona un dispositivo de inicio para el inicio de una carga de explosivos, que comprende: un transceptor para recibir señales de instrucciones inalámbricas; un circuito de control para procesamiento de señales de instrucciones inalámbricas recibidas por el transceptor; y una fuente de luz que es adecuada para el inicio de la carga de explosivos y que se activa por el circuito de control.

En el uso del dispositivo de inicio estará asociado operativamente con una carga de explosivos que es capaz de ser iniciada por la fuente de luz. Asi, en otra modalidad, se proporciona un dispositivo de explosivos que comprenden un dispositivo de inicio de acuerdo con la invención y una carga de explosivos asociada, la carga de explosivos se proporciona y está adaptada para ser iniciada por la fuente de luz.

La invención también proporciona un método de generación de explosión utilizando el dispositivo de inicio de la invención y un sistema de explosión que comprende al dispositivo de inicio y el equipo de control de explosión asociado.

Como se explicará, la presente invención combina la capacidad de comunicación inalámbrica con el inicio de encendido de una carga de explosivos. Se considera que esta combinación proporciona mejoras significativas con respecto a las metodologías y componentes de explosiones conocidos.

DISCUSION DETALLADA DE LA INVENCION El dispositivo de inicio utilizado en la presente invención incluye un transceptor y la función de este, es recibir señales de comunicación inalámbricas enviadas desde el equipo de control de explosión. De esta manera, el dispositivo puede ser controlado de modo remoto sin necesidad de conexiones físicas (por ejemplo cables) para transferir señales de instrucciones necesarias en una operación de explosión. Preferiblemente, el transceptor tiene la capacidad de comunicación en dos vías de manera que se pueden llevar a cabo análisis como diagnóstico y verificaciones de estado antes de que se inicie la explosión. El uso de comunicación inalámbrica en operaciones de explosión es conocido en el ámbito y se conocen y están disponibles transceptores útiles en la presente invención o se pueden elaborar por adaptación de los componentes conocidos.

El dispositivo de inicio también incluye un circuito de control. La función básica de este es procesar las señales de instrucciones inalámbricas recibidas por el transceptor y, sometido a la recepción de una señal de instrucción adecuada, para activar la fuente de luz asociada. En la práctica, el circuito de control es probable que tenga capacidad funcional adicional y será el responsable de una diversidad de señales de instrucciones inalámbricas recibidas por el transceptor.

El circuito de control típicamente también incluye alguna forma de mecanismo de sincronización para permitir el control de activación preciso de la fuente de luz con una instrucción de FUEGO que es recibida por el transceptor. El circuito de control invariablemente será un circuito integrado. Tales circuitos son bien conocidos en la técnica. Se utilizan, por ejemplo, en detonadores electrónicos, con el fin de controlar la funcionalidad del detonador y el inicio sincronizado. Una persona experta en el ámbito por lo tanto estará familiarizada con el diseño y los componentes que se requieren en estos circuitos.

El dispositivo de inicio también incluye una fuente de luz y la función de ésta es provocar el inicio de una carga de explosivos dentro o sobre la cual se descarga el encendido de la fuente de luz. La fuente de luz utilizada en un dispositivo particular se seleccionará en base en el tipo de carga de explosivos que se va a iniciar - la adecuación apropiada de la fuente de luz y la carga de explosivos es importante para la implementación de la presente invención. Típicamente, la carga de explosivos habrá sido sensibilizada de alguna manera, para volverla susceptible al inicio por la fuente de luz dada. La fuente de luz puede descargar directamente dentro/sobre la carga de explosivos o el encendido desde la fuente se puede suministrar a la carga de explosivos por una guía de onda adecuada tal como una fibra óptica o por irradiación directa con o sin un lente de enfoque.

Una característica importante de la presente invención es, que cada dispositivo de inicio tiene su propia fuente de luz y, en uso, esta se localizará típicamente en un orificio de perforación (o un pozo de perforación o similar) . La fuente de luz es controlada por el circuito de control del dispositivo. El dispositivo se encuentra bajo el control (inalámbrico) del equipo de control de explosión pero de otra manera el dispositivo se maniobra así mismo. Esto significa, por ejemplo, que se puede enviar una instrucción de encendido único, la cual puede ser enviada a un arreglo de dispositivos de inicio con los dispositivos susceptibles después de implementar el encendido independientemente de acuerdo con el retraso en tiempo programado dentro del circuito de encendido. Esto permite mayor control y conflabilidad. Esta distribución también permite que el frente de encendido se alcance en un campo de descarga en el cual el dispositivo o dispositivos de inicio particulares han sido iniciados (encendidos) mientras que otros dispositivos de inicio están en el proceso de reducción de tiempo para el inicio (de encendido) .

Esta distribución contrasta con un sistema en el cual se utiliza una fuente de luz única (centralizada) , para suministrar el encendido a través de fibras ópticas individuales a puntos múltiples de inicio destinado. Esta distribución proporciona solo un control burdo, puesto que se utiliza una fuente de luz única para iniciar eventos de inicio múltiples y esta fuente de luz únicamente puede ser encendida o apagada. Los interruptores ópticos se requieren para controlar la transmisión de luz sobre fibras ópticas individuales y esto agrega complejidad y costos de operación. También pueden existir preocupaciones en cuanto a conflabilidad con este tipo de sistema dado que existe la posibilidad de que la fibra óptica se dañe por la detonación de cargas en proximidad antes o durante la transmisión de luz por la fibra óptica. El enfoque utilizado en la presente invención no pasa por estos inconvenientes.

En una modalidad de la invención, el dispositivo de inicio incluye un transceptor único y una pluralidad de circuitos de control y fuentes de luz asociadas. En esta modalidad, el transceptor tiene la capacidad de dirigir circuitos de control independientes múltiples y fuentes de luz asociadas con los circuitos de control. Esto permite que numerosas unidades de control (y fuentes de luz) se carguen en el mismo orificio de explosión con todos los circuitos de control encontrándose en comunicación con un transceptor único. Esto permite que cada circuito de control/fuente de luz inicie una carga explosiva asociada con tiempos de retraso independientes mientras se mantiene un frente de quemado. En otras palabras, esta modalidad permite el alojamiento múltiple de un orificio de explosión utilizando el mismo transceptor, nótese aquí que los componentes en la parte inferior del orificio (circuitos de control y fuentes de luz) son energizados independientemente. En esta modalidad, el transceptor se puede proporcionar en la superficie a nivel de terreno, aunque es posible, dependiendo de la naturaleza de las instrucciones inalámbricas, que el transceptor esté colocado por debajo del terreno en el orificio de explosión.

De acuerdo con la invención, las señales de instrucciones inalámbricas son enviadas desde el equipo de control de explosión al transceptor de un dispositivo de inicio. Una vez que los mecanismos se han basado para asegurar transmisión y recepción adecuadas de las señales de instrucción.

En una modalidad, el transceptor puede ser necesario para que se coloque físicamente de manera que las señales de instrucciones inalámbricas puedan ser recibidas directamente. Por ejemplo, en este caso, el transceptor necesita ser proporcionado en la parte superior de un orificio de explosión. En este caso, la comunicación se puede llevar a cabo utilizando sistemas y protocolos de transmisión de radio frecuencia estándar.

En otra modalidad, el transceptor puede estar colocado debajo del nivel del terreno con señales de instrucciones inalámbricas que son transmitidas a través del terreno por medio de señales de baja frecuencia. La comunicación a baja frecuencia es común a través de la industria de la minería y ya existen numerosos sistemas para control de explosiones.

Una posibilidad adicional puede involucrar el uso de un sistema aéreo que se extienda desde el transceptor a un punto en el cual se puedan recibir las señales de instrucciones inalámbricas. Por ejemplo, si el dispositivo de inicio se coloca en el fondo de un orificio de perforación, un sistema aéreo se puede extender desde el transceptor a lo largo de la longitud del orificio de perforación a la superficie.

En otra modalidad adicional de la presente invención, no es necesaria la comunicación directa entre el equipo de control de explosión y uno o más dispositivos de inicio para implementación exitosa. Esta modalidad involucra comunicación indirecta entre estos componentes por la formación de una red poco energizada en el cual uno o más de los dispositivos de inicio actúan como retransmisores de una señal de instrucciones inalámbricas a un dispositivo de inicio particular incluso, si el dispositivo está fuera de alcance o de alguna otra manera es incapaz de recibir la señal de instrucción inalámbrica directamente. En esta modalidad, uno o más de los dispositivos de inicio que no están destinados para actuar ante una señal de instrucción inalámbrica retransmiten la señal a uno o más dispositivos de inicio que están destinados a actuar ante la señal de instrucción. Se apreciará que en esta modalidad los dispositivos de inicio también tendrán la capacidad para transmitir señales de instrucciones inalámbricas. La formación de una red de comunicación cruzada de esta manera puede ampliar el alcance sobre el cual puedan ser efectivas las señales de instrucciones inalámbricas. Este enfoque se describe en la publicación de patente internacional No. O 2006/076777 intitulada "Wireless detonator assemblies, and corresponding networks", (Montajes detonadores inalámbricos y redes correspondientes) el contenido de la cual se incorpora como referencia.

Una ventaja clara de utilizar una red de dispositivos de inicio para asegurar comunicación de señales de instrucciones sobre un campo de explosiones es que, si una "conexión" de comunicación a un dispositivo particular se pierde, es posible volver a conectar la via de comunicación alrededor de la conexión perdida, con lo que se mantiene operabilidad. El sistema también se puede configurar para diagnosticar problemas de comunicación y de esta manera permitir que se tomen acciones correctivas. Esto contrasta con los sistemas convencionales de comunicación directa en donde la pérdida de una via de comunicación única habitualmente inactiva a todo el sistema .

Otra ventaja de utilizar una red poco energizada para facilitar la comunicación de señales de instrucciones inalámbricas, es que la red tiene el potencial para permitir comunicación de dos vías. En este caso se utiliza un transceptor que tenga capacidad de comunicación de dos vías. Esto permite, por ejemplo, que un dispositivo de inicio envié información al equipo de control de explosión sobre el estado actual de una red de dispositivos y para que el equipo de control de explosión comunique a los dispositivos de inicio individuales protocolos de sincronización e instrucciones de encendido. De esta manera, el control, sincronización y encendido de una descarga se puede llevar a cabo utilizando un sistema remoto (inalámbrico) con comunicación de dos vías lo que permite al operador de la explosión determinar el estado y funcionamiento del sistema de explosión antes de llevar a cabo una instrucción de fuego. Esto, agrega un nivel adicional de seguridad a la operación de explosión. Una ventaja adicional es que la red es poco energizada y, de esta manera, no interfiere con otros sistemas de comunicaciones en operaciones en el sitio de explosión. Además, siendo una red poco energizada, es probable que no se requiera licencia de operación especial.

En el dispositivo de inicio, se requiere que el transceptor esté en comunicación de señal con el circuito de control. Los dos componentes se pueden proporcionar juntos, por ejemplo, en un alojamiento único o pueden estar separados pero conectados adecuadamente para comunicación de señal, por ejemplo, por medios cableados, inalámbricos o de comunicación óptica. De igual manera, el circuito de control se requiere que esté en comunicación de señal con la fuente de luz con el fin de activar la fuente de luz según se requiera. El circuito de control y la fuente de luz se pueden proporcionar juntos, por ejemplo dentro del mismo alojamiento o pueden estar separados pero conectados adecuadamente. El dispositivo de inicio también requerirá un suministro de energía para energizar el transceptor, al circuito de control y a la fuente de luz. El suministro de energía puede estar asociado físicamente con el dispositivo o con un componente del mismo, pero esto no es esencial. A este respecto necesita respetarse los requerimientos de seguridad y las regulaciones respecto a proporcionar suministro de energía en una unidad en el fondo de un pozo.

El suministro de energía puede ser de diseño convencional tal como una batería de bajo voltaje (posiblemente localizada con el componente de fuente de luz), o un supercapacitor cargado desde una batería. En este último caso, el supercapacitor se puede cargar utilizando una batería proporcionada en la superficie con el supercapacitor proporcionado como parte de los componentes en el fondo del pozo.

En otra modalidad, uno o más de los componentes del dispositivo pueden ser energizados por medios menos convencionales. Por ejemplo, es posible utilizar un medio ambiental, tal como energía solar. Pueden existir otras posibilidades, dependiendo de la manera en que se implemente la presente invención en la práctica. No obstante, puede ser deseable que el dispositivo de la invención funcione sin necesidad de uso de una fuente de energía convencional tal como una batería.

Se apreciará de los párrafos precedentes que la funcionalidad del transceptor y la fuente de luz pueden estar físicamente separadas entre sí (el circuito de control puede estar asociado con cualquiera de ellas) . De esta manera, el transceptor puede estar localizado en o por encima del nivel del terreno y la fuente de luz (la funcionalidad de fuego del dispositivo) se proporciona adyacente o encima de un tren de explosivos (de los explosivos de trabajo) en el pozo de perforación. Esto proporciona numerosas ventajas, como sigue: • Diseño simplificado para la recepción de señales de instrucciones inalámbricas.

• El transceptor se puede utilizar para transmitir datos de desempeño de explosión durante y posiblemente después de la explosión. Por ejemplo, si la unidad transmisora y de control son conectados por medio de alambres, se puede utilizar el alambre para medir VOD en el orificio vía un cambio a la resistencia y esta información se transmite nuevamente al centro de control.

• El tamaño de los componentes en el fondo del pozo se puede reducir y esto será benéfico para aplicaciones en pozos pequeños. A este respecto los láseres en estado sólido actuales pueden ser de un diseño muy compacto .

• Como se ha indicado, es posible que un transceptor único, localizado por ejemplo en la superficie, controle la activación de varias unidades de fuego en el fondo del pozo al tener puntos de salida múltiples los cuales permiten la conexión de varias unidades. Esto puede ser benéfico para pozos en los cuales existen detonadores múltiples, por ejemplo en orificios con plataformas múltiples .

La carga de explosivos que se inician por encendido de acuerdo con la presente invención se puede utilizar para iniciar un "trabajo" asociado o una carga de explosivos principal. En este caso, la carga de explosivos iniciada por encendido es relativamente pequeña pero se selecciona para, no obstante, ser efectiva para detonar la carga principal de explosivos. En este caso, la carga de explosivos iniciada por el encendido se puede proporcionar bajo un confinamiento estrecho como para un detonador de cartucho convencional. Se puede suministrar el encendido en el cartucho directamente o por medio de una fibra óptica.

En otra modalidad, se utiliza la carga de explosivos iniciada por encendido para denotar una carga de explosivos principal asociada pero el arreglo está libre de detonadores. En este caso, la carga explosiva de encendido se proporciona en contacto directo con por lo menos una parte de la carga principal o las dos pueden estar separadas por una membrana que no altera la detonación de la carga de explosivos principal. Esta solución se describe en la publicación de patente internacional No. WO 2008/113108 intitulada "Initiation of explosives materials" ("Iniciación de explosivos materiales"), el contenido de la cual se incorpora en la presente como referencia. Esta última estipula el uso de una fibra óptica para transferir luz pero esto no es esencial, de acuerdo con la presente invención .

En consecuencia, en esta modalidad, la invención proporciona un sistema de explosión libre de detonador, el cual comprende: una carga explosiva de trabajo; una carga de explosivos confinada; y un dispositivo de inicio, de acuerdo con la presente invención, en donde el dispositivo de inicio se proporciona para suministrar encendido a la carga de explosivos confinada y la carga de explosivos confinada está adaptada para ser iniciada por el encendido, y en donde el inicio de la carga de explosivos confinada provoca el inicio del explosivo de trabajo.

De acuerdo con esta modalidad, la carga de explosivos de trabajo se inicia por detonación de la carga de explosivos confinada. ? su vez, el inicio de la carga confinada es causado por irradiación del explosivo confinado por una fuente de luz adecuada. De esta manera, el explosivo de trabajo se inicia sin el uso de un dispositivo detonador convencional.

De acuerdo con esta modalidad, el inicio se obtiene por irradiación de la carga confinada hasta que se produce la ignición. La carga confinada se confina de manera que la ignición inicial se propaga hasta la detonación completa. La carga confinada y la carga de trabajo se proporcionan una en relación a la otra de manera que la detonación de la carga confinada provoca el inicio de la carga de trabajo. En una modalidad de la invención, una porción de la carga confinada y una porción de la carga de trabajo pueden estar en contacto directo. No obstante, en otras modalidades, esto puede no ser esencial con la condición de que se retenga la relación operativa destinada entre las cargas. Por ejemplo, en algunas modalidades, las cargas se pueden separar por una membrana o similar. En este caso, la membrana o similar puede estar incluida para facilidad de fabricación; la membrana (o similar) no altera la detonación de la carga de trabajo.

La carga de explosivos de trabajo que se utiliza generalmente también en un explosivo secundario. El sistema de explosión de la invención por lo tanto puede estar libre de explosivos primarios. La carga de explosivos de trabajo puede ser igual que o diferente de la carga de explosivos iniciada por encendido. Cuando las cargas son del mismo material de explosivos, la invención se puede implementar por el confinamiento adecuado de una porción de la cantidad explosiva.

Un aspecto importante de esta modalidad es la manera en la cual se limita la carga de explosivos confinada puesto que se ha encontrado que la geometría del confinamiento es crítica para una detonación exitosa del explosivo de trabajo. De esta manera, una carga de explosivos confinada debe estar limitada de un modo tal que contenga ignición inicial de la carga confinada y que permita la propagación subsecuente a detonación completa. Se pueden utilizar una diversidad de medios de confinamiento (geometría y material) en la implementación de la modalidad de la presente invención.

En una modalidad, la carga explosiva confinada se puede confinar en un miembro tubular alargado. Habitualmente, este será de sección transversal circular, aunque esto no es obligatorio. Cuando se utiliza un miembro tubular alargado, el diámetro interno del miembro tubular debe ser mayor que el diámetro crítico para el explosivo que es confinado. Cuando la carga explosiva confinada se restringe fuertemente, por ejemplo cuando el medio de confinamiento se elabora de metal, el diámetro interno del miembro tubular puede ser hasta tres veces mayor que el diámetro critico para que el explosivo esté confinado.

Un miembro tubular típico de sección transversal circular útil en la presente invención generalmente tiene un diámetro interno de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 mm, por ejemplo, de aproximadamente 3 mm y una longitud de hasta aproximadamente 110 mm, por ejemplo de 20 a 110 mm. La longitud del miembro tubular requerido para transición de la carga de explosivos confinada variará en base entre los diferentes tipos de explosivo. Por ejemplo, para PETN, la longitud mínima del miembro tubular será de aproximadamente 30 mm, mientras que para pentolita la longitud mínima será de aproximadamente 90 mm (para un diámetro interno de aproximadamente 3 mm) .

El medio de confinamiento puede adquirir otras geometrías. De esta manera, se puede utilizar un medio de confinamiento esférico o cónico. Los ejemplos de materiales adecuados para el medio de confinamiento incluyen metales de aleaciones de metal, por ejemplo aluminio y acero, y materiales poliméricos de alta resistencia.

Para propósitos de ilustración, en lo siguiente, la invención se describirá en relación con un miembro alargado tubular de sección transversal circular como un medio de confinamiento.

Típicamente, la carga de explosivos de trabajo se proporciona en contacto (directo) con una porción de la carga de explosivos confinada. Cuando la carga de explosivos confinada se confina en un miembro tubular alargado, el contacto necesario se puede obtener por medio de un extremo de miembro tubular en el cual se confina la porción confinada (el extremo que está alejado del extremo del miembro tubular al cual se suministra la luz láser a través de la fibra óptica) . Cuando se utilizan otras geometrías de medio de confinamiento es importante que por lo menos una porción de la carga explosiva confinada esté en contacto con el explosivo de trabajo.

En una modalidad se puede utilizar una fibra óptica para transmitir encendido desde la fuente de luz a la carga de explosivos confinada. Esto se puede realizar al proporcionar un extremo de la fibra óptica (expuesta) en contacto con, o incrustada en la carga explosiva confinada. Así, un extremo de la fibra óptica se puede insertar dentro de un extremo del miembro tubular en el cual se confina la carga explosiva. La fibra óptica habitualmente tendrá un diámetro de 50 a 400 µp?.

En una modalidad relacionada de la presente invención, el extremo opuesto de la fibra óptica se puede proporcionar adyacente pero no en contacto con (la superficie externa del) la carga de explosivo confinada. Se ha encontrado que al proporcionar una separación (de aire) entre el extremo de la fibra óptica (expuesta) y la carga de explosivo confinado tiene un efecto de transferencia de calor al explosivo confinado y por lo tanto sobre el tiempo de retraso entre el momento en que la luz láser se descarga y pasa a través de la fibra óptica y el momento en que se inicia el explosivo confinado. De manera más especifica, se considera que la separación actúa como un aislante que facilita la transferencia de calor eficiente al explosivo confinado al minimizar/evitar efectos de conducción inversa. Preferiblemente, el extremo expuesto de la fibra óptica se proporciona a una distancia corta alejándose de la superficie del explosivo confinado en el miembro tubular. Típicamente, esta distancia corta es de 5 µp? a 5.0 mm.

La fibra óptica es de diseño convencional y se proporciona con una capa de enchapado. Esto puede ser retirado en un extremo de la fibra óptica cuando la fibra óptica se coloca en relación al explosivo confinado proporcionado en el miembro tubular. Estas características de la fibra óptica se seleccionarán en base, entre otras cosas, entre la longitud de onda de la luz láser que se va a comunicar al explosivo confinado. A modo de ejemplo, la longitud de onda típicamente es de 780 a 1450 nm.

El extremo expuesto de la fibra óptica habitualmente se mantiene en una posición apropiada en relación al explosivo confinado por medio de un conector adecuado. Se puede utilizar un anillo tórico para sujetar el extremo expuesto de la fibra óptica y evitar la fuga de gas .

En otra modalidad, no es necesario utilizar una fibra óptica para comunicar encendido desde la fuente de luz a la carga de explosivos confinada. Esto puede simplificar el diseño y la manufactura y puede ser más económico. En tal modalidad, puede ser posible comunicar luz directamente desde la fuente de luz a la carga de explosivos confinada. Aqui, la salida de la fuente de luz se proporcionará en proximidad muy cercana o incluso en contacto con la carga explosiva confinada. Por ejemplo, se puede proporcionar una "ventana" de un diodo láser adyacente a o en contacto con la carga explosiva. En otra modalidad se puede utilizar un lente para enfocar luz desde la fuente de luz sobre la carga explosiva. Por ejemplo, es posible sustituir la porción de "ventana" de un diodo láser con un lente (de zafiro) que enfoque la luz emitida desde el diodo sobre el explosivo. Esta opción puede incrementar la eficiencia.

La carga de explosivos de trabajo que se desea detonar generalmente se proporciona en contacto (directo) con por lo menos una porción de la carga de explosivos confinada. Típicamente, este contacto se producirá en el extremo del miembro tubular en el cual se confina el explosivo confinado alejado en el extremo del miembro tubular asociado con la fibra óptica. Dependiendo de la forma en la cual se proporciona la carga explosiva, la carga de explosivos también rodea al miembro tubular en el cual se confina el explosivo confinado. En otras palabras, el miembro tubular puede estar incrustado en la carga de explosivos .

En una modalidad relacionada, la carga de explosivos que va a ser iniciada por encendido adquiere la forma de un refuerzo, por ejemplo un refuerzo de pentolita. En este caso, la carga de explosivos confinada, preferiblemente PETN o pentolita se proporciona en un miembro tubular alargado que se incrusta en el refuerzo. El refuerzo se puede diseñar en consecuencia para albergar al miembro tubular. De esta manera, el miembro tubular se puede proporcionar y asegurar en el refuerzo en un pozo adecuado, como en el caso de los refuerzos iniciados por detonador. De otra manera, se pueden utilizar refuerzos convencionales para implementar esta modalidad.

De manera alternativa, en otra modalidad relacionada de la invención, el refuerzo de pentolita se puede vaciar alrededor y con un miembro tubular adecuado. En este caso es posible implementar la invención utilizando un refuerzo de una pieza que comprende una cubierta/revestimiento y un miembro tubular conformado integralmente que se extiende dentro de la cavidad definida por la cubierta/recubrimiento. Uno o varios materiales explosivos adecuados después se pueden vaciar en la cubierta/revestimiento y el miembro tubular.

Las modalidades de la presente invención en relación al refuerzo pueden tener aplicación práctica en exploración sísmica en donde se utilizan refuerzos (de pentolita) para generar señales (ondas de choques) para análisis, para determinar las características geológicas en la búsqueda de depósitos de petróleo y gas. De esta manera, la presente invención se extiende al uso de esta modalidad de la invención en exploración sísmica.

También es posible que la carga de explosivos de trabajo adquiera la forma de una longitud de cuerda detonante. En este caso, el extremo de la cuerda detonante típicamente se proporciona en contacto directo con por lo menos una porción de la carga de explosivos confinada. Se puede utilizar cualquier retenedor o conector adecuado para asegurar que este contacto directo se mantenga antes del uso. Además del inicio de la cuerda de detonación, la cuerda de detonación se puede utilizar de manera convencional. La detonación instantánea de la cuerda de detonación a través de orificios de explosión múltiples puede proporcionar ventajas en operaciones de división previa y explosión de perímetro de túnel. En otra modalidad, la cuerda de detonación en si misma se puede utilizar para iniciar un refuerzo, por ejemplo un refuerzo que comprende un explosivo de emulsión. En este caso, un extremo de la cuerda detonante estará incrustada en el explosivo de refuerzo con el otro extremo de la cuerda disponible para inicio de encendido, de acuerdo con la presente invención.

En otra modalidad, las cargas de explosivo confinadas y de trabajo pueden ser un material explosivo en emulsión. El material explosivo de emulsión convencional se puede utilizar a este respecto. En esta modalidad, una porción del material de explosivos en emulsión se puede confinar en un miembro tubular alargado adecuado y puede sumergir/incrustar en la emulsión de carga de trabajo. En esta modalidad (y para todas las demás), la naturaleza y dimensiones del medio utilizado para confinamiento se puede manipular con el fin de optimizar la implementación de la invención .

En otra modalidad la carga de explosivos iniciada por encendido en si misma puede ser adecuada para obtener el resultado de explosión deseado. Por ejemplo, la carga de explosivos desplegada en una configuración de dispositivo adecuado puede ser adecuada para perforar un recubrimiento de un pozo en la exploración de petróleo o gas.

La carga de explosivos que va a ser iniciada por el encendido y la fuente de luz se seleccionan en base en el resultado que se requiere y por consecuencia las dos deben coincidir. Los ejemplos de fuentes de luz que se pueden utilizar incluyen láseres de estado sólido, diodos láser, LED y otras fuentes de luz electrónicas. El diseño compacto y el bajo consumo de energía son características deseables para la fuente de luz. A modo de ejemplo, puede ser adecuado un láser con una potencia de 1-10 W para el uso en la invención. La longitud de onda láser puede estar dentro de la región del infrarrojo cercano y en realidad se prefiere esto, aunque se pueden utilizar otras longitudes de onda, Una fibra óptica y/o un lente se puede requerir para canalizar y enfocar la salida láser, aunque la irradiación directa de la carga de explosivos se prefiere dado que esto simplifica el diseño general.

Habitualmente, el explosivo iniciado por encendido es un material explosivo secundario tal como PETN, tetrilo, RDX, HMX, pentolita y similares. El uso de PETN o pentolita tiende a preferirse. No obstante, es posible que la carga de explosivos sea un explosivo de emulsión convencional, tal como un explosivo de emulsión agua en aceite o un material de explosivos de agua-gel.

Dependiendo de las características de la fuente de luz y la carga de explosivos, puede ser necesario dosificar la carga de explosivos con un medio de transferencia de calor para incrementar el acoplamiento de la energía de encendido irradiada desde la fuente de luz y la carga explosiva. Típicamente, el medio de transferencia de calor es un material que absorbe luz que tiene una banda de absorción en la longitud de onda de la luz que se utilice. Los ejemplos de medios de transferencia de calor incluyen negro de carbón, nanotubos de carbón, nanodiamantes y colorantes láser. Tales materiales son conocidos en el ámbito y están disponibles comercialmente.

En una modalidad de la invención es posible utilizar un destello de cámara convencional para iniciar una carga explosiva. Se sabe, por ejemplo, que los nanotubos de carbón de pared sencillo no purificados (SWCNT) pueden provocar el encendido cuando se aplica luz a los mismos desde una lámpara de cámara convencional. Esto se considera que se debe a la oxidación de los catalizadores de nanopartículas de hierro que están presentes en los extremos o sobre la superficie de los nanotubos .

La reacción de inicio de destello no es particularmente violenta dado que únicamente en regiones pequeñas de los nanotubos parecen mostrar reacción. No obstante, si el nanomagnesio y/o nanohierro se mezcla con partículas de nanohierro, puede tenerse como resultado una reacción más intensa y violenta con cantidades significativas de calor generadas. Típicamente, el tamaño de partícula de las partículas de hierro y de magnesio será de 2 a 4000 µp\, pero preferiblemente en el orden de 6 a 100 µp?. La reacción puede ser una reacción de termita con el óxido formado. El calor adicional asociado con esa reacción puede habilitar en inicio de una carga de explosivos dosificada con los nanotubos o una combinación de partículas de nanohierro y nanomagnesio. Es posible que se obtenga el mismo efecto utilizando un LED de alta intensidad o un láser en vez de el destello de una cámara.

De la misma manera, se pueden incluir en el explosivo confinado otros aditivos que sirven como una fuente térmica y que toman parte activa en las reacciones de detonación. Estos materiales incluyen nanomateriales nitrados, nanocables de silicio y otros combustibles sensibles ópticamente. La cantidad de estos materiales puede ser de hasta 10% en peso de la carga de explosivos confinada. Estos materiales se pueden utilizar junto con un medio de transferencia de calor o solos. El uso de uno o más de los medios de transferencia de calor y/o los materiales ópticamente sensibles puede permitir que se obtenga una detonación con energías de irradiación de ordenes de magnitud menores que cuando no se utilizan tales medios y/o materiales.

La invención también se relaciona con un método de explosión utilizando un dispositivo de inicio de acuerdo con la invención. En este caso, la fuente de luz del dispositivo se proporciona en asociación operativa con una carga explosiva que está adaptada para ser iniciada por luz por la fuente de luz utilizada en el dispositivo. El método comprende la transmisión de una señal de instrucción inalámbrica adecuada al dispositivo, la señal de instrucción se recibe por el transceptor y es procesada por el circuito de control. El circuito de control activa la fuente de luz y esto provoca que se inicie la carga de explosivos. La carga de explosivos típicamente se asocia con, y provoca el inicio de una carga de explosivos de trabajo asociada.

La invención proporciona adicionalmente un sistema de explosión que comprende un dispositivo de inicio de acuerdo con la invención y equipo de control de explosión que está adaptado para transmitir señales de instrucciones inalámbricas al dispositivo.

La presente invención puede tener uso particular en la industria de petróleo y gas (O&G) . Las posibles aplicaciones dentro de esta industria incluyen el uso en el completado de pozos de O&G, específicamente el inicio de explosivos dentro de pistolas de perforación. Las pistolas de perforación se utilizan en la etapa final (completado) de un pozo de O&G para romper el concreto (y/u otros materiales) que se encuentran en el fondo revistiendo, durante el proceso de fabricación del pozo. Un propósito adicional de la pistola de perforación es fracturar la formación que retiene el petróleo con el fin de estimular el flujo de petróleo y/o gas. Esto puede suceder cuando el recubrimiento del pozo está intacto o no. La perforación de pozos de O&G generalmente se lleva a cabo por personal especializado a través de compañías de servicio dedicadas, aunque son posibles otras distribuciones.

La presencia de explosivos primarios (entre otras cosas) en el tren de encendido de la pistola de perforación significa que una vez que el tren explosivo se ha establecido sobre (o cerca de) una plataforma de trabajo de un pozo de O&G, deben suspenderse varias actividades, lo que resulta en una pérdida significativa de productividad con respecto al pozo. El retiro de los explosivos primarios de este ambiente por lo tanto proporciona un beneficio económico tangible además de la ventaja de seguridad sustancial inherente a los explosivos secundarios (en comparación con los primarios) . La presente invención permite el fotoinicio directo de explosivos secundarios y esto eliminará este peligro y permitirá que continúen una gama de actividades significativamente más amplia.

Una aplicación adicional en la industria de O&G es el uso en la exploración por O&G a través de investigaciones sísmicas. Los explosivos son fuentes importantes de energía sísmica utilizada para descubrir características geológicas subterráneas capa-ees de retener O&G. Las investigaciones sísmicas involucran enterrar una o más cargas explosivas a profundidades predeterminadas (por ejemplo orificios de disparo) en arreglos de diseño particular. Los arreglos de Geofón (u otro dispositivo de medición) también se establecen para detectar energía sísmica reflejada (así como en algunos casos, directa) . Los explosivos después son iniciados, se registran las mediciones de energía sísmica resultante (que incluye antecedentes) y se realiza el análisis para visualizar características geológicas relevantes.

Los arreglos explosivos generalmente son relativamente grandes, consisten de decenas, centenas o incluso moles de cargas individuales. Estas cargas generalmente se instalan por equipos de personas relativamente pequeños y transcurre un tiempo significativo entre la colocación de la primera y la última carga lo que genera períodos prolongados en donde los explosivos activos se encuentran en orificios del disparo. Pueden surgir retrasos adicionales debido a actividades técnicas relacionadas con el análisis que incluyen pero que no se limitan establecer el tren de encendido, medición del arreglo u otras actividades relacionadas. Se pueden generar retrasos adicionales incluso por temas no específicos que incluyen programación del personal/equipo, el clima u otros motivos estacionales. Tomados juntos, estos retrasos (y otros no especificados) resultan en tiempos de inactividad de explosivo potencialmente prolongados, es decir, explosivos colocados antes de su inicio. Las aplicaciones de investigación sísmica pueden resultar en tiempos de inactividad más prolongados en donde la mayor parte de otras aplicaciones de explosivos vuelven el retiro de los explosivos primarios particularmente preferible en ese contexto .

Como se ha indicado, la presente invención permite que se evite el uso de materiales explosivos primarios. Uno de los beneficios de seguridad en esta exploración sísmica es que se reduce de manera significativa la sensibilidad general a la detonación por medios no específicos. Esto es útil durante el análisis dado que reduce la posibilidad de una detonación no deseada. También es importante después de completar la investigación, como se acepta que cierta proporción de cargas colocadas no detonarán. Esta proporción puede ser de hasta 10%, dependiendo de las condiciones locales pero generalmente es considerablemente menor. Debido a los peligros involucrados en recuperar cargas que no hayan encendido, muchas se dejan en el lugar y se abandonan. La presencia de explosivos primarios altamente sensibles en estas cargas instaladas significa que un choque u otro evento pueden llevar a una detonación no deseada por estímulos no específicos. Las probabilidades de esto se reducen de modo significativos y la presente invención se utiliza con el fin de evitar el uso de explosivos primarios .

Sin importar la sensibilidad reducida de los explosivos secundarios a una amplia gama de estímulos, el sistema de fotoinicio encenderá únicamente en respuesta a un estímulo específico. Los sistemas seguros, probados, para generar este estímulo existen e incluyen, pero no se limitan a sistemas electrónicos, capaces de generar un encendido, o señales de no encendido o desarmado. Esto es altamente improbable dado que la señal de encendido se generará en el ambiente de una carga abandonada por probabilidad.

Una ventaja adicional del retiro de los explosivos primarios es ambiental dado que muchos explosivos primarios utilizados ampliamente incluyen compuestos altamente tóxicos y ambientalmente estables. Un ejemplo de esto es el amplio uso de azida de plomo en los detonadores - el componente azida es un veneno altamente tóxico y el plomo es un contaminante ambiental reconocido que no puede descomponerse por procesos naturales. Aunque muchos explosivos secundarios se clasifican como contaminantes recalcitrantes, existen en la naturaleza mecanismos naturales para su degradación eficiente con biodegradación reportada para todos los explosivos secundarios en uso amplio.

Serán evidentes muchas modificaciones para aquellos expertos en el ámbito sin por esto apartarse del alcance de la presente invención.

Aunque esta especificación y las reivindicaciones que siguen, a menos que el contexto lo indique en otro sentido, la palabra "comprende" y variaciones tales como "que comprende" y "comprendido" se entenderá que implican la inclusión de un entero establecido o etapa o grupo de enteros o etapas pero no la explosión de cualquier otro entero o etapa o grupos de enteros o etapas.

La referencia en esta especificación a cualquier publicación previa (o información derivada de la misma) para cualquier materia que se conoce no se toma y ni debe tomarse como un reconocimiento o admisión de cualquier forma de sugerencia de esa publicación previa (o información derivada de la misma) o materia conocida que forma parte del conocimiento general común en el campo de investigación al cual se relaciona la especificación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de inicio para el inicio de una carga de explosivos, que comprende: un transceptor para recibir señales de instrucciones inalámbricas; un circuito de control para procesamiento de señales de instrucciones inalámbricas recibidas por el transceptor; y una fuente de luz que es adecuada para el inicio de la carga de explosivos y que se activa por el circuito de control.

2. Dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, en donde el transceptor tiene la capacidad para comunicación de dos vías.

3. Dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, en donde el circuito de control tiene capacidad funcional adicional y responde a una diversidad de señales de instrucciones inalámbricas recibidas por el transceptor .

4. Dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, en donde el circuito de control comprende un mecanismo de sincronización para permitir el control preciso de activación de la fuente de luz cuando se recibe por el transceptor una instrucción de encendido.

5. Dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, en donde la fuente de luz descarga directamente dentro/sobre la carga de explosivos o luz desde la fuente que se suministra a la carga de explosivos por una guia de onda adecuada.

6. Dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, que comprende un transceptor único y una pluralidad de circuitos de control asociados y fuentes de luz .

7. Sistema de explosión sin detonador, que comprende: una carga de explosivo de trabajo; una carga de explosivos confinada; y un dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, en donde el dispositivo de inicio se proporciona para suministrar luz a la carga de explosivos confinada y la carga de explosivos confinada está adaptada para ser iniciada por esa luz y en donde el inicio de la carga de explosivos confinada provoca el inicio del explosivo de trabajo.

8. Sistema de explosión que comprende un dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1 y equipo de control de explosión que está adaptado para transmitir señales de instrucciones inalámbricas al dispositivo.

9. Método de explosión utilizando un dispositivo de inicio como se describe en la reivindicación 1, método el cual comprende la transmisión de una señal de ENCENDIDO de instrucción inalámbrica al dispositivo, recepción de la señal de instrucción por el transceptor y procesamiento de la señal de instrucción por el circuito de control, y activación de la fuente de luz por el circuito de control por lo que se provoca el inicio de la carga explosiva.

10. Método como se describe en la reivindicación 9, en donde la señal de ENCENDIDO de la instrucción inalámbrica única se envía a un arreglo de dispositivos de inicio con los dispositivos que después implementan el encendido independientemente, de acuerdo con un retraso de tiempo programado en el circuito de control de los dispositivos respectivos.

11. Método como se describe en la reivindicación 9, en donde un transceptor único recibe la señal de instrucción inalámbrica y una pluralidad de circuitos de control asociados procesan la señal de instrucción y activan la pluralidad de fuentes de luz asociadas .

12. Método como se describe en la reivindicación 9, en donde el transceptor está colocado físicamente de manera que las señales de instrucciones inalámbricas se pueden recibir directamente utilizando sistemas y protocolos de transmisión de radio frecuencia estándar .

13. Método como se describe en la reivindicación 9, en donde el transceptor está colocado debajo del nivel del terreno con señales de instrucciones inalámbricas que son transmitidas a través del terreno por medio de señales de baja frecuencia.

14. Método como se describe en la reivindicación 9, en donde el sistema aéreo se extiende desde el transceptor a un punto en el cual se pueden recibir las señales de instrucciones inalámbricas.

15. Método como se describe en la reivindicación 9, en donde se forma una red de baja energía en la cual uno o más de los dispositivos de inicio actúan para retransmitir una señal de instrucción inalámbrica a un dispositivo de inicio particular incluso si ese dispositivo está fuera del alcance o es incapaz de alguna otra manera de recibir directamente la señal de instrucción inalámbrica.