NO119829B

NO119829B -

Info

Publication number: NO119829B
Application number: NO1051/68A
Authority: NO
Inventors: W Thomison; T Slykhouse
Original assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1967-03-20
Filing date: 1968-03-19
Publication date: 1970-07-06
Also published as: US3456589A; GB1206243A; FR1562346A; NL6803624A; DE1771007A1

Description

Ikke-selvdetonerende, plastisk sprengstoff.

Oppfinnelsen vedrører et forbedret plastisk sprengstoff. Plastiske sprengstoffer har vært vanskelige å detonere på grunn av den høye varmekapasitet av vannet som i de fleste tilfelle brukes som basis i væskefasen. Det er tidligere opp-nådd en viss forbedring i følsomhet ved innarbeidelse av tomrom i form av luft, skummet ammoniumnitrat eller andre materialer som inneholder gassaktige stoffer. Imidlertid har slike sprengstoffer sviktet med hensyn på å beholde tilstrekkelig følsomhet ved anvendelse under forhøyet trykk.

Når det kreves detonering under trykk, såsom ved under-grunnsprengninger, har det vært praksis å bruke høy-eksplosive produkter, f.eks. nitroglycerol, eller plastiske sprengstoffer som inneholder selv-detonerende organiske sprengstoffer, f.eks. TNT. Imidlertid er det innlysende at slike sprengstoffer er farlige å håndtere, og det kan i noen tilfelle forekomme ufullsten-dig detonering av sprengstoffet i et borhull.

US-patent 2 671 400 vedrører et formet patronsprengstoff, som ved sin spesielle utformning gjør det mulig å bestemme retnin-gen av hovedeffekten av sprengvirkningen ved detonering. Patronen har fått en slik form at den gir et område med redusert tetthet

for sprengvirkningen som følger. Generelt tilveiebringes en spreng-stoffladning, f.eks. dynamitt, gelatin-sprengstoff, flytende nitroglycerol eller TNT, i en patron som er fylt méd luftfylte celler eller globuler laget av plast, aluminium, glass eller lignende. Det fremgår av patentskriftet at de luftfylte partikler gir luft som hjelper på sprengvirkningen til sprengladningen i hylsteret når den detoneres under forhøyet trykk. Virkningen av de luftfylte partikler er å lede sprengkraften ved detonering i en på forhånd bestemt retning. Patronen kan tilveiebringes i forskjellige former, beroende på den ønskede bruk. I henhold til patentet anvendes det imidlertid bare selvdetonerende sprengstoffer, som som nevnt er farlige å håndtere.

US-patent 3 101 288 beskriver bruken av bestemte spesifikke hule ballonger av vann-uoppløselig, termoherdende, syntetisk harpiks i sprengstoffer av dynamitt-type, her også bare sprengstoffer av den selv-detonerende type.

Det er nå funnet frem til et plastisk sprengstoff som er ufarlig å håndtere og som har evne til praktisk talt fullstendig utbredelse ved detonering under trykk, ved innarbeidelse av hule glasspartikler av bestemt størrelse i sprengstoffet. De hule glasspartikler er karakterisert ved at størrelsen varierer fra 10 til 250^,u, og de bør ha tilstrekkelig veggtykkelse til at partiklene ikke knuses før detonering. Det er funnet at partikler hvis stør-relse varierer som antydet, og som har en partikkeltetthet på fra 0,1 til 0,9 g/cm 3 , vanligvis har tilstrekkelig styrke til å o mot-stå trykk på minst 70 kg/cm 2. Partikler med slik tetthet foretrekkes derfor.

I'*den hensikt å sikre praktisk talt fullstendig utbredelse ved detonering anvendes de hule glasspartikler i en mengde som er tilstrekkelig til å gi en tetthet av fra 1,0 til 1,5 g/

cm^ i produktet. Generelt, men beroende på det spesielle sprengstoff som anvendes, faller mengden av glasspartikler som behøves,

i området fra 1 til 20 vekt% av det totale produkt. Det er funnet at praktisk talt konstante tettheter kan opprettholdes ved

trykk på opptil 1400 kg/cm 2 samtidig med at det ikke skjer noe skadelig tap i følsomhet ved innarbeidelse av hule glasspartikler i plastiske sprengstoffer, og man får således plastiske sprengstoffer som kan detoneres under forhøyet trykk uten bruk av sensibiliserende midler som selv består av et selv-detonerende materiale. Ved anvendelse av sprengstoffene ifølge oppfinnelsen plasseres disse i et borhull som går under jorden, eller pum-pes fortrinnsvis inn i revner i en bergformasjon og detoneres.

I praksis kan forbedringen ifølge oppfinnelsen anvendes

i forbindelse med hvilket som helst av de kjente plastiske sprengstoffer hvis komponenter ikke vil ha skadelig innflytelse på egen-skapene til de hule glasspartikler. Produktene ifølge oppfinnelsen inneholder ett eller flere uorganiske oksyderende salter, ett eller flere ikke-selvdetonerende brennstoffer, vann og vanligvis også et gelerings- eller fortykningsmiddel.

Eksempler på salter som anvendes i forbindelse med oppfinnelsen, er ammoniumnitrat, alkalimetall- og jordalkalimetall-nitrater, -perklorater og blandinger av disse. Spesifikke eksempler på typiske salter er ammoniumnitrat, natriumnitrat, kalsium-nitrat, natriumperklorat, kaliumperklorat og lignende. Vanligvis inneholder sprengstoffet fra 10 til 90 vekt%, regnet på den totale sammensetning, av det uorganiske oksyderende salt. Fortrinnsvis anvendes ammoniumnitrat og natriumnitrat, idet ammoniumnitrat brukes i mengder av fra 30 til 90 vekt% av den totale sammensetning og natriumnitrat i mengder av fra 0 til 30 vekt% av den totale sammensetning.

Vanligvis anvendes i det forbedrede sprengstoff et ikke-eksplosivt karbon- eller partikkelformet metallbrennstoff. Ikke-selvdetonerende brennstoffer foretrekkes, selv om selv-detonerende som f.eks. organiske nitrat- eller nitroforbindelser, nitrami-ner eller eksplosiv nitrocellulose kan medanvendes under bestemte betingelser for å gi nødvendig hastighet, forhøyet følsomhet ved lave temperaturer og lignende egenskaper.

Eksempler på karbonholdige ikke-eksplosive brennstoffer omfatter findelt kull, karbonholdige vegetabilske produkter som f.eks. maisstivelse, sukker eller tremasse, organiske væsker som f.eks. hydrokarbonoljer, fete oljer eller vegetabilske oljer, urinstoff, råolje eller andre flytende hydrokarboner og fortrinnsvis vannoppløselige petroleumsvæsker av lav flyktighet. Generelt anvendes opptil 20% av de ikke-eksplosive karbonholdige brennstof-

fer i produktene og fortrinnsvis fra 5 til 15%.

Som antydet kan også partikkelformede meta11-brennstoffer anvendes, enten alene eller i blanding med andre brennstoffer. Metalliske brennstoffer som kan anvendes i det nye produkt, omfatter aluminium, magnesium, silisium, legeringer av aluminium, silisium og magnesium, jern, legeringer av jern, ferro-silisium, ferro-fosfor og blandinger og legeringer av disse. Partikkelstør-relsen på metallet ligger vanligvis i området fra 8 til 200 mesh (0,074-2,38 mm) og fortrinnsvis fra 20 til 200 mesh (0,074-0,84 mm). Ca. 50 vekt% metalliske brennstoffer kan anvendes i oppfinnelsen. Imidlertid anvendes fortrinnsvis bare fra 10 til 30%.

Som antydet kan vannbærende produkter anvendes i oppfinnelsen. Vanligvis kan opptil 25% vann brukes. Imidlertid anvendes det fortrinnsvis bare fra 5 til 15% vann og vanligvis minst 8%.

Forskjellige fortykningsmidler kan anvendes i oppfinnelsen, og de resulterende produkter kan variere fra hellbare oppløs-ninger, oppslemminger eller dispersjoner til tykke, støpbare plastiske masser. Det foretrekkes at sprengstoffet holdes i en slik tilstand for å sikre en stabil blanding hvor de forskjellige komponenter holdes i suspensjon i vesentlige tidsrom og som er pump-bare uten behov for ekstra pumpetrykk. Det kan anvendes forskjellige fortyknings- og gelerende midler. De som vanligvis brukes, omfatter naturgummi, f.eks. arabisk gummi, guar-gummi eller karayagummi og syntetiske polymere som omfatter polyakrylamider og poly-vinylalkoholer. Generelt anvendes fra 0,1 til 10 vekt% og fortrinnsvis fra 0,5 til 5 vekt% av et fortykningsmiddel, basert på den totale vekt av produktet, beroende på det spesielle middel som velges og på sprengstoffets ønskede konsistens.

Oppfinnelsen er spesielt tilpasset undergrunn-sprengning og spesielt i dybder hvor man støter på forhøyet trykk. Spesielt finner den anvendelse ved sprengning av olje- og gasskilder for å gi passasje fra et borhull i den hensikt å øke produksjonen av ol-je eller gass fra kilden.

Sprengning av oljekilder kan utføres ved å plassere på forhånd formede ladninger i borhullet. Imidlertid foretrekkes det å pumpe sprengstoff av plastisk type inn i borhullet under trykk for å gi sprengstoffet anledning til å trenge gjennom sprekker i fjell og således oppnå en mer fullstendig og effektiv sprengning av fjell-lagene i en større avstand fra borhullet.

Plastiske sprengstoffer komprimeres under de forhøyede trykk som møtes i dybdene i de fleste oljekilder, spesielt i slike som har et høyt hydrostatisk utspring. Eksempelvis er trykket ved 300 m under et hydrostatisk utspring lik ca. 35 kg/cm 2. Hit-til kunne sprengstoffer av plastisk type ikke avfyres ved dette trykk, selv under anvendelse av ekstremt kraftige forsterkere, og selv plastisk sprengstoff som inneholder selvdetonerende brennstoff kan være ineffektivt ved slike trykk.

Fremgangsmåten som benytter et sprengstoff ifølge oppfinnelsen, består i å plassere det plastiske sprengstoff som inneholder hule glasspartikler, i en underjordisk formasjon, enten i for-håndsformede ladninger eller ved fortrinnsvis å pumpe plastiske sprengstoffer inn i borhullet og inn i sprekker i den geologiske formasjon som omgir borhullet. En liten sprengstoffmengde blir vanligvis lagt tilbake til borhullet for å hjelpe til med anten-nelsen av den eksplosive masse. Borhullet fylles vanligvis med en væske, f.eks. vann eller bindemiddel, og sprengstoffet detoneres med en passende detoneringsladning. På grunn av nærværet av de hule glasspartikler i sprengstoffet kan sprengstoffet detoneres med praktisk talt fullstendig utbredelse ved hjelp av standard detoneringsutstyr.

De trykk som møtes i underjordiske formasjoner som f. eks. i oljekilder, kan ligge i området fra 7 til 1400 kg/cm 2 eller mer, beroende på formasjonens dybde. Ved anvendelse av de nye sprengstoffer ifølge oppfinnelsen kan sprengningen utføres med hell under anvendelse av plastiske sprengstoffer som er av ikke-selveksploderende natur.

Et spesielt egnet sprengstoff for den omtalte forbedring, og som kan anvendes for undergrunnsprengning, inneholder i vekt opptil 60% alkalimetallnitrat, ammoniumnitrat fra 10 til 85%, partikkelformet aluminium fra 5 til 40%, vann fra 5 til 25%, i vann svellbart geleringsmiddel eller fortykningsmiddel fra 0,2 til 2,5%. Denne forbedring omfatter tilsetning av hule glasspartikler til sprengstoffet. For fullstendig utbredelse bør sprengstoffets tetthet holdes under 1,4 g/cm^ for 30% metall og ved 21°C. Lavere metallkonsentrasjoner og lavere temperaturer krever normalt redusert tetthet.

Fortrinnsvis inneholder produktet fra 5 til 40% natriumnitrat, fra 15 til 80% ammoniumnitrat, fra 10 til 30% partikkelformet aluminium, fra 6 til 16% vann, fra 2 til 16% flytende organisk, med vann blandbar væske fortynner, fra 0,5 til 2,5% av i vann svell-bar gummi og et kryssbindingsmiddel, samt hule glasspartikler med en partikkeltetthet på fra 0,1 til 0,9 g/cm 3 og med en størrelse • som varierer fra 10 til 250 , u og i tilstrekkelig mengde til å hol-de tettheten av produktet i områo det fra 1,1 g/cm 3 til 1,4 g/cm 3, som vanligvis nødvendiggjør bruken av fra'2,0 til 10 vekt% hule glasspartikler.

Fortrinnsvis har aluminiumet en partikkelstørrelse av fra 30 til 150 mesh (0,104-0,59 mm). Vanligvis har det anvendte aluminiummetall en partikkelstørrelse og kaliberfordeling som an-gitt i tabell I.

Fortrinnsvis ligger metallet i området fra 0,625-125^u.

Med aluminium menes her aluminium og aluminiumlegeringer som inneholder minst 60 vektprosent aluminium.

Flytende organiske væskefortynnere som kan anvendes, omfatter enverdige alkanoler med lav molekylvekt, etylenglykol, propylenglykol, glycerol, formamid og andre lignende væskefortynnere som fortrinnsvis har et slikt karbon/oksygen-forhold at det ikke er noen skadelig konkurranse mellom karbonet og metallet med hensyn til oppnåelig oksygen i systemet. Vanligvis foretrekkes meta-nol, etylenglykol, glycerol, formamid eller blandinger av disse i forbindelse med oppfinnelsen.

Hvilken som helst vannresistent naturgummi eller et syntetisk gelerings- eller fortykningsmiddel kan brukes. Eksempler på spesielt egnede midler omfatter guargummi, karayagummi og blandinger av disse, og det kan dessuten anvendes et antall konvensjo-nelle kryssbindingsmidler.

Mange forskjellige forbedrede sprengstoffer kan fremstil-les ved innarbeidelse av en tilstrekkelig mengde hule glasspartikler med de enestående egenskaper som her er beskrevet, for å gi det spesielle produkt en tetthet som er best egnet for fullstendig og rask detonering av sprengstoffet. Vanligvis er det nødven-dig med fra 1 til 10 vekt% av de hule glasspartikler. Fortrinnsvis anvendes ikke et overskudd av hule glasskuler utover det som er nødvendig for å fremskaffe den ønskede tetthet, siden et overskudd kan gi unødvendig forbedring av følsomheten og faktisk kan produsere mindre effektive sprengstoffer.

Følgende eksempler belyser oppfinnelsen.

Eksempel 1

Det ble fremstilt et plastisk sprengstoff med følgende sammensetning:

Sprengstoffet ble fremstilt ved først å dispergere gele-ringsmidlet i propylenglykol. Vann og formamid ble blandet og tilsatt til blandingen av propylenglykol og geleringsmiddel. Deretter ble natriumnitrat og ammoniumnitrat tilsatt og blandet. De hule glasspartikler ble så tilsatt til blandingen, og hele blandingen ble oppvarmet til romtemperatur, hvoretter det partikkelformede aluminium ble tilsatt og blandet. Endelig ble kryssbindings-midlet tilsatt og sprengstoffet ble hensatt til gelering. De hu-

le glasspartikler hadde en størrelse som varierte fra 10 til 250 ,u og hadde en partikkeltetthet på ca. 0,26 g/cm 3. Den endelige spreng-stoffblanding hadde en tetthet på ca. 1,1 g/cm 3. Sprengstoffet ble deretter testet med hensyn på detoneringsegenskaper under forhøye-

de trykk.

Sprengstoffet ble plassert i et standard stålrør med dia-meter 5 cm som hadde et deksel, en sveiset kappe og en trykkrørfor-bindelse. Dekslet ble forseglet med-en standard neoprenpakning.

Et 37 grams høy-eksplosivt tennmiddel ble også plassert på bunnen

av stålrøret. Sprengstoffet ble adskilt fra dekslet ved en plast-skive for å hindre at olje blandet seg med sprengstoffet før detonering.

Stålrøret ble begravd i bakken med en liten, formet ladning like ved forsterkeren. Trykket i stålrøret ble hevet til 39,2 kg/cm 2, og den formede ladning ble detonert.

Inspeksjon av karet viste at det var fullstendig spruk-ket, kappen var gått i stykker, noe som sannsynliggjorde det fak-tum at hele sprengstoffladningen hadde detonert.

Eksempel 2

Det ble brukt noe av det samme sprengstoff i en annen test som ble utført på stort sett samme måte som beskrevet i eksempel 1. For denne test ble det anvendt et trykk av 66,5 kg/cm<2 >på produktet før antennelse av den formede ladning.

Den eksplosive ladning detonerte igjen fullstendig.

Sammenligningseksempe1

Et sprengstoff med følgende sammensetning ble fremstilt på lignende måte som beskrevet ved fremstilling av sprengstoffet i eksempel 1:

Til dette sprengstoff ble det tilsatt ytterligere 1% ekspanderte polystyren-perler for å nedsette tettheten av blandingen til ca. 1,3.

Blandingen ble detonert på samme måte som beskrevet i eksempel 1 og ved et trykk på o 7 kg/cm 2. Sprengstoffet sviktet med hensyn til fullstendig utbredelse.

Noe av sprengstoffet som her er beskrevet, men uten perler, ble pisket for innføring av luft. Blandingen sviktet med hensyn til utbredelse da den ble utsatt for trykk pa 7 kg/cm 2.

Claims

Ikke-selvdetonerende, plastisk sprengstoff basert på uorganiske oksyderende salter og med evne til praktisk talt fullstendig utbredelse ved detonering under trykk, karakterisert ved at det inneholder hule glasspartikler av stør-relse som varierer fra 10 til 250/U og med en partikkeltetthet som varierer fra 0,1 til 0,9 g/cm , i en mengde som er tilstrekkelig til å gi sprengstoffet en tetthet av fra 1,0 til 1,5 g/cm 3.