RU2117316C1

RU2117316C1 - Charge for inciting seismic waves

Info

Publication number: RU2117316C1
Application number: RU97103919A
Authority: RU
Inventors: А.Т. Казаков; В.Э. Анников; Б.Н. Кондриков; В.А. Казаков; С.Ю. Силонов; А.А. Сомков; Б.Л. Буданов; В.П. Максимов
Original assignee: Казаков Алексей Тихонович
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: explosives. SUBSTANCE: charge has casing filled by explosive material. Casing is made in the form of truncated cone. Diameter of charge at the detonation initiation side is 1.5-2.5 values of critical diameter of explosive material detonation, diameter of the opposite end of charge equals at least 4 values of critical diameter of detonation, and length of charge equals 3-5 values of large diameter. In addition, on the large diameter side, charge may be provided with cylindrical part with length constituting 2-2.5 values of this diameter, total charge length having not to exceed 5 values of largest diameter of charge. Charge can be used when performing explosive-assisted geophysical exploration. EFFECT: enhanced efficiency of seismic prospecting. 2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области возбуждения сейсмических колебаний и может быть использовано при проведении геофизических исследований с применением взрывчатых веществ (ВВ). The invention relates to the field of excitation of seismic vibrations and can be used in geophysical exploration using explosives (BB).

Известен взрывной источник для возбуждения сейсмических колебаний, включающий корпус, в котором размещены заряд ВВ с кумулятивной выемкой и поддон из инертного материала с выемкой, симметричной кумулятивной и образующей с ней общую замкнутую полость, причем в верхней части заряда ВВ размещен промежуточный детонатор с отверстием для размещения капсюля-детонатора [1] . Взрывной источник используется главным образом для сейсморазведки с использованием приповерхностных шпуровых или скважинных зарядов в зоне малых скоростей (ЗМС). Источник обладает повышенной эффективностью за счет увеличения доли энергии взрыва, идущего на создание полезной сейсмической волны. Known explosive source for exciting seismic vibrations, comprising a housing in which an explosive charge with a cumulative recess and an inert material tray with a recess symmetrical cumulative and forming a common closed cavity with it are placed, and an intermediate detonator with an opening is placed in the upper part of the explosive charge detonator capsule [1]. An explosive source is mainly used for seismic exploration using near-surface boreholes or borehole charges in the low-velocity zone (ZMS). The source has increased efficiency due to an increase in the fraction of the energy of the explosion going to create a useful seismic wave.

Недостатком известного взрывного источника является сложность конструкции и соответственно технологии его изготовления. A disadvantage of the known explosive source is the complexity of the design and, accordingly, the technology of its manufacture.

Известен заряд, взятый за прототип, ЗС-70 для возбуждения сейсмических колебаний, включающий корпус из полимерного материала, заполненный литым тротилом, и промежуточный детонатор [2]. Конструкция заряда и технология его изготовления более простые, чем у описанного выше аналога. Known charge, taken as a prototype, ZS-70 to excite seismic vibrations, including a housing made of a polymeric material filled with molten TNT, and an intermediate detonator [2]. The design of the charge and the technology for its manufacture are simpler than that of the analog described above.

Недостатком заряда ЗС-70 является малая эффективность сейсмических исследований при использовании его для геофизических работ из-за малой доли энергии взрыва, идущей на создание полезной сейсмической волны. The disadvantage of the ZS-70 charge is the low efficiency of seismic surveys when used for geophysical work because of the small fraction of the explosion energy used to create a useful seismic wave.

Целью изобретения является повышение эффективности сейсмических исследований за счет увеличения доли энергии, идущей на образование полезной сейсмической волны, путем усиления ее направленности посредством регулирования скорости детонации и перераспределения плотности энергии взрыва ВВ по высоте заряда. The aim of the invention is to increase the efficiency of seismic research by increasing the proportion of energy spent on the formation of a useful seismic wave, by increasing its direction by adjusting the detonation velocity and redistributing the energy density of the explosive explosion along the charge height.

Указанная цель достигается тем, что в заряде для возбуждения сейсмических колебаний, включающем герметичный корпус, заполненный взрывчатым веществом, корпус выполнен в форме усеченного конуса, при этом диаметр заряда со стороны инициирования детонации составляет 1,5 - 2,5 значения критического диаметра детонации ВВ, диаметр противоположного конца заряда составляет не менее 4 значений критического диаметра детонации, длина заряда составляет 3 - 5 значений большего диаметра. Другой особенностью заряда для возбуждения сейсмических колебаний является то, что со стороны большего диаметра он дополнительно снабжен цилиндрической частью длиной 2 - 2,5 значений этого диаметра, при этом общая длина заряда должна составлять не более 5 значений наибольшего диаметра заряда. This goal is achieved by the fact that in the charge for exciting seismic vibrations, including a sealed enclosure filled with explosive, the case is made in the form of a truncated cone, while the diameter of the charge from the side of initiation of detonation is 1.5 - 2.5 of the critical diameter of the detonation of explosives, the diameter of the opposite end of the charge is at least 4 values of the critical diameter of the detonation, the length of the charge is 3 to 5 values of a larger diameter. Another feature of the charge for exciting seismic vibrations is that, on the larger side, it is additionally equipped with a cylindrical part 2 to 2.5 in length of this diameter, with the total charge length not exceeding 5 values of the largest diameter of the charge.

Использование конического заряда для сейсморазведки с указанным выше профилем изменения диаметра по высоте с целью повышения эффективности действия за счет увеличения направленности в литературе не описано. The use of a conical charge for seismic surveys with the aforementioned profile of diameter changes in height in order to increase the efficiency of the action by increasing the directivity is not described in the literature.

Сущность изобретения состоит в следующем. Известно, что стационарное распространение детонации возможно лишь для зарядов, диаметр которых больше критического (d_к). С увеличением диаметра заряда от d_к скорость детонации повышается, достигая своего максимального значения при некотором предельном диаметре, различном для различных ВВ [3, с. 212 - 214]. При выполнении заряда в виде усеченного конуса, диаметр которого со стороны инициирования близок к критическому, а диаметр с противоположной стороны составляет более 4 значений d_к, происходит нарастание скорости детонации, при этом пропорционально квадрату скорости увеличиваются амплитуда и направленность действия детонационной волны. Кроме того, уменьшение диаметра со стороны инициирования приводит к существенному снижению уровня волн-помех, увеличивает отношение сигнал/помеха и соответственно приводит к увеличению эффективности действия.The invention consists in the following. It is known that the stationary propagation of detonation is possible only for charges whose diameter is greater than critical (d _k ). With an increase in the diameter of the charge from d _to, the detonation velocity increases, reaching its maximum value at a certain limiting diameter different for different explosives [3, p. 212 - 214]. When a charge is made in the form of a truncated cone, the diameter of which on the initiation side is close to critical, and the diameter on the opposite side is more than 4 values of d _к , the detonation velocity increases, and the amplitude and direction of the detonation wave increase in proportion to the square of the velocity. In addition, a decrease in the diameter on the initiation side leads to a significant decrease in the level of interference waves, increases the signal-to-noise ratio, and accordingly leads to an increase in the efficiency of the action.

Диаметр заряда со стороны инициирования должен составлять 1,5 - 2,5 значения d_к. При диаметре, меньшем 1,5 d_к, могут возникнуть проблемы с инициированием детонации в заряде. Увеличение диаметра со стороны инициирования детонации сверх 2,5 d_к не целесообразно, так как, не увеличивая амплитуды сейсмической волны, увеличивает вес заряда и интенсивность волн-помех. Диаметр противоположного от инициирования конца заряда должен составлять не менее 4 значений d_к. При этом значении скорость детонации для большинства промышленных ВВ достигает предельного значения.The diameter of the charge from the initiation side should be 1.5 - 2.5 values of d _to . With a diameter of less than 1.5 d _k , problems may arise with the initiation of detonation in the charge. An increase in the diameter from the side of initiation of detonation in excess of 2.5 d _{k is} not advisable, since, without increasing the amplitude of the seismic wave, it increases the charge weight and the intensity of the interference waves. The diameter of the opposite end of the charge from initiation should be at least 4 values of d _to . With this value, the detonation velocity for most industrial explosives reaches its limit value.

Эффективная длина конической части заряда составляет 3 - 5 значений большего диаметра заряда (d_б). При меньшей, чем 3 d_б, длине снижается значение отношения сигнал/помеха (табл. 1) и соответственно эффективность действия заряда. Увеличение длины заряда сверх 5 d_б не приводит к заметному увеличению эффективности, в то же время увеличивая вес (и стоимость) заряда.The effective length of the conical part of the charge is 3 to 5 values of a larger diameter of the charge (d _b ). At less than 3 d _{b the} length decreases the signal-to-noise ratio (Table 1) and, accordingly, the efficiency of the charge. An increase in the charge length in excess of 5 d _b does not lead to a noticeable increase in efficiency, while at the same time increasing the weight (and cost) of the charge.

Дополнительное увеличение эффективности заряда происходит в том случае, если со стороны большего диаметра заряд дополнительно снабжен цилиндрической частью того же диаметра. Длина цилиндрической части заряда должна составлять 2 - 2,5 этого диаметра. В этом случае в цилиндрической части происходит стабилизация максимальной для данных условий скорости детонации, максимальное выделение химической энергии, а за счет высокой направленности, обеспеченной конической частью заряда, существенное увеличение доли энергии, идущей в сейсмическую волну. Длина цилиндрической части заряда определяется тем, что основной вклад в сейсмическую волну осуществляется активной частью заряда. Под активной частью заряда понимают ту часть, продукты детонации которой разлетаются в заданном направлении [3, с. 312 - 313]. Предельное значение активной массы при заданном диаметре заряда достигается при длине заряда l = (9/4)d. Отсюда следует, что увеличение удельного импульса (а соответственно и мощности сейсмической волны) при увеличении длины заряда происходит лишь до известного предела. Поэтому минимальная длина цилиндрической части должна составлять не менее 2d_б. При меньшей длине не достигается предельное значение активной массы, а увеличение длины цилиндрической части сверх 2,5 d_б не приводит к увеличению эффективности, но увеличивает массу ВВ и соответственно стоимость заряда.An additional increase in the charge efficiency occurs if, on the larger diameter side, the charge is additionally provided with a cylindrical part of the same diameter. The length of the cylindrical part of the charge should be 2 - 2.5 of this diameter. In this case, in the cylindrical part, the maximum detonation velocity for these conditions is stabilized, the maximum release of chemical energy, and due to the high directivity provided by the conical part of the charge, a significant increase in the fraction of energy going into the seismic wave. The length of the cylindrical part of the charge is determined by the fact that the main contribution to the seismic wave is made by the active part of the charge. The active part of the charge means that part, the detonation products of which are scattered in a given direction [3, p. 312 - 313]. The limiting value of the active mass at a given charge diameter is reached at a charge length l = (9/4) d. It follows that the increase in the specific impulse (and, accordingly, the power of the seismic wave) with increasing charge length occurs only to a certain limit. Therefore, the minimum length of the cylindrical part should be at least 2d _b . With a shorter length, the limiting value of the active mass is not reached, and an increase in the length of the cylindrical part in excess of 2.5 d _b does not lead to an increase in efficiency, but increases the mass of the explosive and, accordingly, the cost of the charge.

Для проверки эффективности работы предлагаемого заряда были проведены испытания в полевых условиях. To verify the effectiveness of the proposed charge, field tests were performed.

Предварительные испытания проводили с зарядами, выполненными в виде усеченного конуса (без цилиндрической части). Диаметр заряда со стороны инициирования составлял 20 мм, с противоположной стороны - 45 мм. Длина заряда составляла 100 - 250 мм. Заряды снаряжались аммонитом N6ЖВ (d_к = 13 мм). Результаты испытаний приведены в табл. 1.Preliminary tests were carried out with charges made in the form of a truncated cone (without a cylindrical part). The diameter of the charge on the initiation side was 20 mm, on the opposite side, 45 mm. The charge length was 100 - 250 mm. The charges were equipped with ammonite N6ЖВ (d _к = 13 mm). The test results are given in table. 1.

Основная серия испытаний проведена с зарядами, выполненными в виде усеченного конуса и снабженными цилиндрической частью. Диаметр заряда со стороны инициирования составлял 25 мм, d_б = 45 мм, длина цилиндрической части - 95 мм, общая длина заряда - 200 мм. Заряды снаряжались аммонитом N6ЖВ или Акваналом АМС (ТУ 2066498-03-91). Критический диаметр детонации последнего 10 мм.The main series of tests was carried out with charges made in the form of a truncated cone and equipped with a cylindrical part. The diameter of the charge from the initiation side was 25 mm, d _b = 45 mm, the length of the cylindrical part was 95 mm, and the total charge length was 200 mm. The charges were equipped with ammonite N6ЖВ or Aquanal AMS (TU 2066498-03-91). The critical diameter of the detonation of the latter is 10 mm.

Испытания проводили в ПО "Самаранефтегеофизика" на Крюковской сейсморазведочной площади. На пикетах взрыва по обе стороны от линии профиля (является одновременно и линией наблюдения) были разбурены линейные группы скважин глубиной 4,5 м в количестве 7 на базе 25 м. В группах скважин, расположенных по одну сторону от линии профиля, были на глубине 4 м размещены испытываемые заряды, в противоположных группах скважин для сравнения размещались цилиндрические заряды (прототип) диаметром 45 мм, длиной 160 мм. При проведении предварительных испытаний разбуривались линейные группы скважин глубиной 4 м в количестве 5 шт. на базе 20 м. Сравнения с прототипом в этом случае не проводилось. The tests were carried out in the Samaraneftegeofizika software company at the Kryukovskaya seismic exploration area. At blast pickets on both sides of the profile line (which is also the observation line), linear groups of wells were drilled with a depth of 4.5 m in an amount of 7 at a base of 25 m. In groups of wells located on one side of the profile line, they were at a depth of 4 m test charges were placed, in opposite groups of wells, for comparison, cylindrical charges (prototype) were placed with a diameter of 45 mm and a length of 160 mm. During preliminary tests, linear groups of wells were drilled with a depth of 4 m in the amount of 5 pcs. on the basis of 20 m. Comparison with the prototype in this case was not carried out.

Инициировались группы из 7 испытываемых зарядов, затем с целью сравнения сейсмического эффекта взрыва - группы из 7 зарядов прототипа. Регистрация возбуждаемых колебаний осуществлялась 98-канальной приемной расстановкой сейсмоприемников с группированием последних на базе 24 м в количестве 24 прибора на канал. База приема составляла 2375 м, максимальное удаление взрыв-прибор 1800 м. Запись колебаний производилась двумя спаренными 48-канальными ЦСС "Прогресс-1" на рабочих параметрах. Groups of 7 test charges were initiated, then, in order to compare the seismic effect of the explosion, a group of 7 prototype charges. The registration of the excited oscillations was carried out by a 98-channel receiving arrangement of geophones with the grouping of the latter on the basis of 24 m in the amount of 24 instruments per channel. The reception base was 2375 m, the maximum distance of the blast-device was 1800 m. The oscillations were recorded using two paired 48-channel DSS “Progress-1” at operating parameters.

Результаты динамического анализа сейсмических записей приведены в табл. 2. The results of the dynamic analysis of seismic records are given in table. 2.

Полученные при возбуждении сейсмические записи были подвергнуты динамической обработке по программе RESOL (SDS-3) с оценкой параметров частоты максимума спектра возбуждаемого сигнала, его преобладающей частоты и разрешающей способности, энергии сигнала и помехи. В случае предварительных испытаний оценивали только параметр "отношение сигнал/помеха". The seismic records obtained upon excitation were subjected to dynamic processing using the RESOL program (SDS-3) with an estimation of the frequency parameters of the maximum spectrum of the excited signal, its prevailing frequency and resolution, signal energy and noise. In the case of preliminary tests, only the signal-to-noise ratio parameter was evaluated.

Значения параметров частоты максимума спектра сигнала, преобладающая частота сигнала, отношение сигнал/помеха, полученные при возбуждении упругих колебаний взрывами зарядов, изготовленных по изобретению, превышают значения аналогичных параметров, полученных при возбуждении упругих колебаний заряда, выполненного по прототипу - цилиндрический заряд. Использование предлагаемых зарядов для сейсморазведочных работ позволит увеличить эффективность геофизических исследований, сократить материальные и трудозатраты. The values of the frequency parameters of the maximum of the signal spectrum, the prevailing signal frequency, signal-to-noise ratio obtained by excitation of elastic oscillations by explosions of charges made according to the invention exceed the values of similar parameters obtained by excitation of elastic oscillations of a charge made according to the prototype — cylindrical charge. The use of the proposed charges for seismic exploration will increase the efficiency of geophysical surveys, reduce material and labor costs.

Литература
1. Патент СССР N 1670643, кл. G 01 V 1/13, 1991.Literature
1. USSR patent N 1670643, cl. G 01 V 1/13, 1991.

2. Заряды сейсмические сочленяющиеся в полиэтиленовой оболочке. Проспект ВДНХ СССР, изд. НПО "Рудгеофизика", 1982 (прототип). 2. Seismic charges articulating in a polyethylene sheath. Prospect VDNH USSR, ed. NGO "Rudgeofizika", 1982 (prototype).

3. Физика взрыва. Под редакцией К.П.Станюковича, М.: Наука, 1975. 3. The physics of the explosion. Edited by K.P. Stanyukovich, Moscow: Nauka, 1975.

Claims

1. The charge for exciting seismic vibrations, comprising a housing filled with explosive, characterized in that it is made in the form of a truncated cone, while the diameter of the charge from the side of initiation of detonation is 1.5 to 2.5 values of the critical diameter of the detonation of the explosive, diameter the opposite end of the charge is at least 4 values of the critical diameter of the detonation, and the charge length is 3 - 5 values of a larger diameter.

2. The charge according to claim 1, characterized in that from the side of the larger diameter, it is additionally equipped with a cylindrical part with a length of 2.0 - 2.5 values of this diameter, while the total charge length should be no more than 5 values of the largest diameter of the charge.