NO129144B - - Google Patents

Description

Sprengstoff til bruk under høytrykksbetingelser

ved forhøyede og vanlige temperaturer.

Det er noen ganger ønskelig eller nødvendig å frembringe en kraftig eksplosjon på stort dyp under jordoverflaten. F.eks. kan det være nødvendig å knuse eller bryte ned formasjoner rundt en gass-

eller oljebrønn for å skjære av eller begrense avløpsstrømmen, f.eks.

i tilfeller med gass- eller oljebrønnbranner som ikke kan behandles på annen måte.

Sprengstoffer som inneholder ammoniumnitrat som hovedbestand-

del og med en vandig kontinuerlig væskefase er gode sprengmidler, men de har ofte en alvorlig mangel ved at de kan bli ufølsomme og vanske-

lige å detonere når de anbringes i omgivelser som står under trykk.

I. meget dype brønner som inneholder en væske kan omgivelsestrykket være opptil 700 kg/cm pmanometertrykk, og i svært mange tilfeller må det regnes med et trykk ut over 350 kg/cm pmanometertrykk. I dype brønner må det i tillegg regnes med temperaturer som kan være høye nok i enkelte tilfeller til å forårsake dekomponering eller for tid-lig tenning av sprengstoffer. Temperaturen øker etterhvert som man borer i jorden omkring 11°C på 305 m brønnhøyde. En-brønn som er 3050 m dyp kan derfor ha en temperatur på rundt 93°C eller mer, og det hydrostatiske trykk på bunnen eller spissen av brønnen kan være

2 •opptil 315 kg/cm manometertrykk eller mer. En 4570 m dyp brønn kan ha et bunntrykk på 490 kg/cm 2 eller mer, og en maksimal temperatur på-rundt 150°C. Noen brønner er boret til betraktelig større dybde enn 4580 m. Vanlige sprengstoffer er ikke egnet til bruk under slike be-tingelser. Det er ønskelig å ha et tilgjengelig sprengstoff som kan detoneres med sikkerhet ved høyt trykk, sogar opptil 700 kg/cm<2> manometertrykk, mens det allikevel forblir stabilt i det minste i et visst tidsrom ved temperaturer opptil 176°C.

Det er altså ønskelig å ha et sprengstoff i væske- eller opp-slemmingsform slik at det kan pumpes på plass gjennom et rør.eller på en annen egnet måte. Pumpbare sprengstoffer av mange typer er kjent, men de fleste har ikke de andre nødvendige egenskaper som allerede er beskrevet.

Det er i enkelte tilfeller også ønskelig å pumpe et kraftig sprengstoff som er meget ufølsomt når det pumpes, men som oppnår sin følsomhet kort tid deretter. Således vil, hvis det ikke foreligger høye temperaturer, et væskeeksplosivstoff av TNT oppløst i en ikke- • vandig væske slik som nitrobenzen ved 70°C være meget ufølsomt når det pumpes, men følsomheten vil økes ved avkjøling på grunn av krystallisering av en del av TNT. Pint oppdelt aluminium kan også tilsettes.

Sprengstoffer som er laget av nitrobenzen, en væske, og ammoniumnitrat er kjent, såvel som andre kombinasjoner av væske og faste sprengstoffbestanddeler slik som nitroglycerol og nitrocellulose, de såkalte Sprengel-eksplosivstoffer, de som er basert på flytende oksy-gen og brennstoffer, osv. De fleste av disse er for risikofylte eller i for ustabile til formålet ifølge oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse er basert på den oppdagelse at spesi-elle ikke-vandige oppslemminger som inneholderen energetisk flytende bærer slik som nitrobenzen eller andre analoge flytende nitroaromater har en viss oppløsningsevne for vanligvis fas^e selveksploderende stoffer ,slik.'.som TNT og beslektede stoffer, og som når de har partikkelformig TNT eller ekvivalente eller analoge faste og stabile eksplosivstoffer med høy kraft suspendert i seg er meget tilfredsstillende for kravene ved sprengning i dype brønner. Disse sammensetninger har de karakteristiske fordeler for vandige oppslemminger, eller noen av dem, slik som egnethet for fremstilling på stedet, pumpbarhet for avlever-ing til bruksstedet og 100% romutfyllelse på grunn av den fluide natur. Samtidig er de relativt høyenergetiske, pålitelige under ugunstige bruksbetignelser og stabile ved forhøyede temperaturer, selv.når de holdes i .forlengede tidsrom i brønnen. Når det ikke foreligger høye temperaturer, kan et eksplosivstoff omfattende TNT oppløst i en ikke-vandig væske ved tilstrekkelig høy temperatur til å holde TNT-en i oppløsning pumpes i ufølsom tilstand, men det vil bli økende følsomt-ved avkjøling og krystallisering av en del eller all TNT.

Ifølge oppfinnelsen fremstilles et ikke-vandig oppslemmet eksplosi<y>stoff ved i nitrobenzen eller ortho-mono-nitrotoluen å opp-løse en egnet andel TNT, • "Composition B", "RDX" eller tilsvarende. Overskytende - partikkelformig TNT forblir uoppløst. Avhengig av blandetemperaturen kan fra 0,7.til 3,3 vektdeler TNT oppløses i en del flyt-tende nitrobenzen..Karakteristisk tilsettes 40 eller 50 deler av denne væske, 50. eller 60 vektdeler av partikkelformig TNT. Det fremstilles således et sprengstoff som flyter lett og som er godt pumpbart. Denne mobile eller væskefase kan også inneholde en suspensjon av meget fint oppdelt energetisk brennstoff slik som,fint oppdelt aluminium. Me-talliske aluminiumflak med meget fin kornstørrelse, helst malings-kyalitet, er meget,tilfredsstillende. Aluminiumet tjener som fortyk-ningsmiddel og gjør oppslemmingen glatt slik at den ikke separeres og slik at den lett kan pumpes.. En del eller all nitrobenzen, NB, kan

erstattes med nitroaromatisk væske, .slik som o-mononitrotoluen, o-MNT, „. eller blandinger av dinitrotoluen, DNT, med o-MNT eller NB. Oppløs- .

ningsmidlene som.velges såvel som det oppløste selveksponerende, TNT eller ligneriede, velges slik at det fremkommer en oppløsning som lett kan behandles. Partikkelformige selveksploderende granulater av selv-eksplosivstoffet suspenderes deretter i oppløsningen som også kan fortykkes med et viskositets økende eller geldannende middel slik som "fumed alumina", "cabosil", osv. Hvor det ikke foreligger høyere

temperaturer, kan det også lages sprengestoffer ved bruk kun av TNT oppløst i en ikke-vandig væske, helst nitrobenzen, ved en tilstrekkelig høy temperatur til å holde TNT i oppløsning. Dette væskeeksplosivstoff er meget ufølsomt når det er varmt, men følsomheten øker ved avkjøling.

Det ble fremstilt et sprengstoff til bruk i en dyp oljebrønn ved først å fremstille en oppløsning av TNT i nitrobenzehen. Ved 15°C blé det bestemt at omkring 0,7 vektdeler pellettisert TNT kan oppløses i en del nitrobenzen. Ved høyere temperaturer øker oppløsningsevnen slik at omkring 3 deler.TNT kan oppløses i en del nitrobenzen ved 60°C. Oppløsningsevnen ligger vanligvis mellom disse grenser, selv om noe mindre eller større deler TNT er oppløselige ved ekstreme temperaturer. Ortho-mono-nitrotoluen har vanligvis tilsvarende oppløsningsevne for TNT., og blandinger av ortho-MNT og dinitrotoluen er relativt gode opp-løsningsmidler for TNT.

Eksempel 1.

Det ble fremstilt et sprengstoff av 22 vekt-% nitrobenzen, 68% pellettisert TNT (hvorav 15 deler ble oppløst ved romtemperatur) og 10% malingskvalitet eller finfordelt aluminiumsflak belagt med stearii syre. Blandingsrekkefølgen er ikke vesentlig. Den finfordelte aluminium virket som fortykningsmiddél og ga et glatt, sølvaktig flytende medium som suspenderte de uoppløste pelletts av TNT og som kunne pumpen gjennom en 25,4 mm rørledning uten vesentlig mottrykk. Dette produkt var ikke detonerbart med en nr. 8 standard elektrisk fenghette.

Stoffene som nettopp er beskrevet er lett pumpbare ved normale temperaturer, ca. 15°C. Som slike kan de pumpes til bunnen av en brøni under trykk på opptil 700 kg/cm 2 manometertrykk.

Et antall forsøk ble foretatt for å bestemme stabiliteten og detonerbarheten under simulerte dypbrønnsbetingelser. Stoffer slik som i eksempel 1 ble holdt i et stålrør med en diameter på 10,16 cm under 700 kg/cm 2 manometertrykk og 148,9°C. Forsøk på å initiere detonering gjennom røret slo feil. Det ble funnet nødvendig å anbringe-en detonator i direkte kontakt med oppslemmingen for å oppnå detonerint Etter 75 minutters lagring under 700 kg/cm^ manometertrykk ved 148,9°C ble det oppnådd en deto.nering med en høy hastighet på 5820 m/sekund.

En annen prøve av denne oppslemming ble prøvet på detonering etter lagring i 52 timer ved 148,9 o C og under et trykk på 700 kg/cm<2 >manometertrykk. Denne sammensetning ble også detonert med en hastighet på 5820 m/sekund.

Senere ble to ytterligere prøver fra eksempel 1 lagret under trykk på 700 kg/cm<2> manometertrykk og 148,9°C i 48 henholdsvis 72 timer. Disse ble sprengt ved innarbeidning av flere charger av pres-set "RDX" med en diameter på 25,4 mm og med en lengde på 50,8 mm, tilsammen 400 g, innpakket i aluminiumsfolie i oppslemmingen i 101,6 mi rør. Disse start ladninger forble i bunnen av rørene eller testkammern> under lagringen. De ble antent med en formet charge fra utsiden av røret. Begge chargene gikk av med hastigheter på over 5800 m/sekund. Eksempel 2.

Et flytende eksplosivstoff ble laget ved oppløsning av 75 vektdeler TNT i 25 deler nitrobenzen ved 70°C. Ved denne temperatur opp-' løser nitrobenzenen TNT i et forhold på 3 til 1 vektdeler TNT/nitrobenzen. Dette flytende eksplosivstoff detonerte ikke ved 70°C med en 1,36 kg "composition B" start ladning. Således er eksplosivstoffet meget ufølsomt ved denne temperatur. Etterhvert som eksplosivstoffet ble avkjølt, ble det imidlertid meget mer følsomt på grunn av utkry-stallisering av en del av TNT-en og den resulterende suspensjon av fine TNT-krystaller i oppløsningen. Tabell I viser den relative føl-somhet for dette eksplosivstoff ved 70°C og 20°e.

Således viser de i tabellen angitte data at følsomheten stiger merkbart når temperaturen i eksplosivstoffet reduseres fra 70 til 20°C. Når temperaturen senkes, krystalliserer TNT ut av oppløsningen og øker derved eksplosivstoffets følsomhet.

Ved egnet valg av bestanddeler og andelene av disse, kan det fremstilles meget effektive eksplosivstoffer■ Veloverveiet bruk av høyenergetiske brennstoffer slik som fint oppdelte aluminiumsflak gir betydelig fleksibilitet. Aluminium i fin flakform virker sterkt for-økende på følsomheten i nærvær av gode oksydasjonsmidler. Hvis det imidlertid er tilstede vann i borehullet, kan aluminium ikke benyttes. De optimale andeler av bestanddeler, slik som nitrobenzen, TNT, aluminium, osv. kan lett beregnes, og en rimelig tilnærming kan oppnås samtidig med andre ønskede egenskaper slik som fluiditet og lave totale omkostninger for bestanddelene..

Mens TNT vanligvis foretrekkes som den partikkelformige suspenderte høyt eksplosive faste bestanddel og mens nitrobenzen hvori TNT er opplst, er det foretrukne suspensjonsmiddel, kan andre og beslektede sterke eks<p>losivstoffer benyttes.. Således kan all eller en del av det partikkelformige TNT erstattes i det minste delvis av "RDX"

(cy-klotrimetylentrinitramin), og "Composition B", som er en blanding av TNT og "RDX" kan benyttes, i det minste i stedet for en del-av TNT: Også kan en del av denne TNT erstattes av dinitrotoluen. Forbindelsene TNT og DNT er vanligvis mere oppløselige i.nitrobenzen enn "RDX" eller "HMX" og er foretrukne som oppløste stoffer i væskefasene av denne

grunn. Imidlertid er de ikke-aromatiske høyeksplosivstoffer slik som "RDX" og "HMX." tilfredsstillende som partikler som skal suspenderes i det fluide medium.

Andelene av andre .bestanddeler kan varieres som allerede antydet for å justere oksygenbalansen innen de grenser som er forenelige med de andre nevnte egenskaper. Således kan andeler på fra 0,1 og hel', opp til 20 vekt-% fint oppdelt aluminium tilsettes. Imidlertid kan overskytende mengder aluminium skille seg ut,, og andeler på fra 5 til 15 vektdeler er foretrukket. Andre høyenergimetaller slik som bor, magnesium eller silisium kan benyttes istedenfor all eller deler av aluminiumet. Det skal imidlertid bemerkes at spesielt magnesium er mere reaktivt enn aluminium og mindre stabilt ved høye temperaturer.

Bruken av fortykningsmidler andre enn eller i tillegg til det oppløste TNT osv, er foreslått ovenfor. "Fumed alumina" og "Cabosil" er benyttet for å fortykke blandingen uten vanskelighet.

Generelt omfatter oppfinnelsen bruken av et organisk - ikke-.stoff vandig oppløsniirgsmiddel for nitrerté organiske selv-eksplosiver, slik som TNT eller tilsvarende, hvilke er tykke nok til a tjene som suspen- '

stoff sjonsbærer for det faste partikkelformige selv-eksplosiv^' hvilket altså ér TNT eller tilsvarende. Med "tilsvarende" er her ment selv-éksplo-sive nitrerte organiske forbindelser med høy energi og høy brisans, som er stabile nok til å motstå dekomponering eller fortenning, i det

minste i et rimelig tidsrom, ved temperaturer opp til 1H8,9°C. TNT og beslektede aromatiske forbindelser er foretrukket, men ikke-aromater

kan benyttes hvis de er tilstrekkelig stabile og hvis de er oppløse-lige i det minste i en viss grad i oppløsningsmidlet. Som antydet ovenfor er nitrobenzen det foretrukne oppløsningsmiddel, mononitrotoluen eller blandinger derav med dinitrotoluen kan benyttes istedenfor eller for å erstatte i det minste en del av nitrobenzenet.

Av de foretrukne hovedbestanddeler som er NB, TNT og aluminium kan det benyttes andeler på 15-60 vekt-% nitrobenzen, 85-40%

TNT og 0-20% aluminium. Et foretrukket område er 18-30% nitrobenzen, 77-55% TNT (selvfølgelig inkludert det som er oppløst i nitrobenzenet og 5-15% aluminium. Et mere spesifikt og spesielt ønskelig område er 20-25% nitrobenzen, 60-70% TNT og 5-15% aluminium. Andre brennstoffei slik som pulverformig gilsonitt, og andre karbonholdige stoffer, kar-bohydrater eller hydrokarboner som er stabile opp til 148,9°C kan tilsettes hvis ønskelig. Por eksplosivstoffer som skal benyttes ved lavi temperaturer er det mulig å oppløse i det vesentlige all TNT i den ikke-vandige væske ved en tilstrekkelig høy temperatur til at TNT forblir i oppløsning i den hensikt å holde eksplosivstoffet relativt ufølsomt ved blandetemperaturen.

Forskjellige andre modifikasjoner og utbyttinger av bestanddeler, andeler, osv. kan benyttes, noe som vil være åpenbart for fagmannen.

Claims (4)

1. Stabilt sprengsofff egnet til detoneririg under høyt omgiv-elsestrykk med lagringsstabilitet ved temperaturer opptil 148,9°C, karakterisert ved at det omfatter en blanding av fast partikkelformige høyt eksplosive polynitrerte cykliske stoffer slik som trinitrotoluen, cyclotrimetylen-trinitramin, cyclotetråmetylentetra-nitramin og tilsvarende, i et suspenderende væskemedium omfattende et flytende nitrert aromatisk hydrokarbon valgt blant nitrobenzen, mono-nitrotoluen, dinitrotoluen, samt blandinger av to eller flere av disse

2. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter opptil 20 ve kt-56 fint oppdelt flakformig metallisk aluminium.

3. Sprengstoff ifølge rkav 1, karakterisert ved at væskemediet utgjør 20-50 vekt-% av sprengstoffet.

4. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ve å at de suspenderte faststoffer utgjør 40-60 vekt-%, beregnet på hele sprengstoffet av partikkelformig høyeksplosivstoff i suspensjoh i væskemediet.