RU2190585C1

RU2190585C1 - Explosive composition for boreholes

Info

Publication number: RU2190585C1
Application number: RU2001134944/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Сулимов; н М.К. Суко; М.К. Сукоян; А.А. Борисов; Б.С. Ермолаев; Ю.М. Михайлов; В.П. Королев; Н.М. Бибнев; Ю.М. Баскаков
Original assignee: Сулимов Алексей Александрович; Сукоян Михаил Карапетович; Борисов Анатолий Александрович; Ермолаев Борис Сергеевич; Михайлов Юрий Михайлович; Королев Владимир Петрович; Бибнев Николай Михайлович; Баскаков Юрий Матвеевич
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: explosives. SUBSTANCE: heat- resistant explosive composition for carrying out blasting operations under elevated temperature and pressure conditions contains, %: powdered aluminum as combustible, 15-35; graphite, 3-10; hexogen, 10-30; ammonium perchlorate as oxidant, the balance. EFFECT: improved explosion characteristics and increased heat resistance.

Description

Изобретение относится к области взрывчатых веществ (ВВ), а именно к взрывчатым составам для глубоких скважин, и может быть использовано для проведения взрывных работ в условиях повышенных температур и давлений. The invention relates to the field of explosives (BB), namely, explosive compositions for deep wells, and can be used for blasting at elevated temperatures and pressures.

Взрывные работы широко применяются в практике бурения скважин для ликвидации аварий, вскрытия и повышения отдачи пластов и для других операций, проведение которых с применением ВВ удается осуществить с меньшими затратами времени и средств, чем другими способами. К ВВ для скважин предъявляется ряд требований, обусловленных высокими температурами и давлениями в скважинах, главным из которых является термостойкость. Blasting operations are widely used in the practice of drilling wells to eliminate accidents, opening and increasing the productivity of formations, and for other operations that can be carried out using explosives with less time and money than other methods. A number of requirements are imposed on explosives for wells due to high temperatures and pressures in the wells, the main of which is heat resistance.

В глубоких скважинах можно использовать заряды из индивидуальных ВВ, отличающихся высокой термостойкостью таких, как гексоген (Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь, под редакцией акад. Б.П. Жукова, М., Янус-К, с. 131), октоген (там же, с.334), однако эти ВВ весьма дороги, что приводит к резкому повышению стоимости работ. In deep wells, charges from individual explosives can be used, which are highly resistant to heat such as RDX (Condensed Energy Systems. A Brief Encyclopedic Dictionary, edited by Academician B.P. Zhukov, M., Janus-K, p. 131), HMX ( ibid., p. 344), however, these explosives are very expensive, which leads to a sharp increase in the cost of work.

Наиболее близким к предлагаемому составу по технической сущности (прототипом) является взрывчатый состав, содержащий окислитель - нитрат аммония (НА) в количестве 66 мас.%, горючие - 5 мас.% алюминиевой пудры и 5 мас. % тротила и гексоген в количестве 24 мас.%. Данный состав относится к промышленным смесевым ВВ типа аммонитов (а именно, скальный аммонит 1) и широко применяется во взрывной технике, в том числе в шпурах и скважинах (Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. Промышленные взрывчатые вещества, М., Недра, 1973, с. 120). Closest to the proposed composition by technical nature (prototype) is an explosive composition containing an oxidizing agent - ammonium nitrate (HA) in the amount of 66 wt.%, Combustible - 5 wt.% Aluminum powder and 5 wt. % TNT and RDX in an amount of 24 wt.%. This composition refers to industrial mixed explosives of the ammonite type (namely, rocky ammonite 1) and is widely used in explosive technology, including in holes and boreholes (L.V. Dubnov, N.S. Bakharevich, A.I. Romanov. Industrial explosives, M., Nedra, 1973, p. 120).

Известный состав (прототип) имеет хорошие взрывчатые и энергетические характеристики, вместе с тем, скальный аммонит 1 не обладает необходимым уровнем термостойкости для проведения взрывных работ в глубоких скважинах, предельная температура его использования не превышает 100^oС, что недостаточно. Низкая термостойкость скального аммонита 1 связана в основном с использованием в его составе окислителя нитрата аммония.The known composition (prototype) has good explosive and energy characteristics, however, rocky ammonite 1 does not have the necessary level of heat resistance for blasting in deep wells, the maximum temperature for its use does not exceed 100 ^o C, which is not enough. The low heat resistance of rocky ammonite 1 is mainly due to the use of an ammonium nitrate oxidizing agent in its composition.

Задачей предлагаемого изобретения является создание мощного (обладающего взрывчатыми характеристиками не хуже, чем у скального аммонита 1) недорогого взрывчатого состава для скважин, который имел бы более высокую термостойкость по сравнению с прототипом. The objective of the invention is the creation of a powerful (with explosive characteristics no worse than rock ammonite 1) inexpensive explosive composition for wells, which would have a higher heat resistance compared to the prototype.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым взрывчатым составом для скважин, состоящим из окислителя, гексогена и горючего, включающего порошкообразный алюминий, который в качестве окислителя содержит перхлорат аммония (ПХА), а в качестве горючего - порошкообразный алюминий и графит, при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий -(15-35); гексоген -(10-30), графит-(3-10); ПХА - остальное. The solution to this problem is achieved by the proposed explosive composition for wells, consisting of an oxidizing agent, hexogen and fuel, including powdered aluminum, which contains ammonium perchlorate (PCA) as an oxidizing agent, and powdered aluminum and graphite as fuel, in the following ratio of components, wt. %: aluminum - (15-35); hexogen - (10-30), graphite- (3-10); PHA - the rest.

При разработке предлагаемого состава помимо достижения главного технического результата - существенного повышения термостойкости - исходили из необходимости иметь энергетические характеристики этого взрывчатого состава не хуже, чем у прототипа, и обеспечить достаточную взрывобезопасность на всех стадиях изготовления (смешение, прессование, снаряжение) и эксплуатации состава. Для повышения термостойкости состава, прежде всего, необходимо использовать другой окислитель. Нами предложено использование во взрывчатом составе более термостойкого окислителя - перхлората аммония (ПХА), а вместо легкоплавкого тротила (играющего в составе аммонитов роль горючего) - термостойкого горючего - графита. When developing the proposed composition, in addition to achieving the main technical result - a significant increase in heat resistance - we proceeded from the need to have the energy characteristics of this explosive composition no worse than that of the prototype, and to ensure sufficient explosion safety at all stages of manufacturing (mixing, pressing, equipment) and operation of the composition. To increase the heat resistance of the composition, first of all, it is necessary to use a different oxidizing agent. We have proposed the use of a more heat-resistant oxidizing agent, ammonium perchlorate (PHA), in the explosive composition, and heat-resistant fuel, graphite, instead of fusible TNT (playing the role of fuel in the composition of ammonites).

Проведенные экспериментальные исследования показали, что использование в составе ПХА в качестве окислителя в сочетании с алюминиевой пудрой в качестве горючего обеспечивает повышение термостойкости до уровня 170^oС. Легкоплавкий тротил из состава был исключен. При исследовании различных горючих добавок к алюминию было установлено, что хорошо проявляет себя добавка графита. Применение графита, помимо увеличения термостойкости, резко снижает чувствительность состава к механическим воздействиям (удару, трению), исключает возникновение статической электризации, облегчает уплотнение при прессовании (снижает давление прессования), и таким образом, существенно повышает взрывобезопасность на всех стадиях изготовления (смешение, прессование, снаряжение) и эксплуатации состава.Experimental studies showed that the use of PCA as an oxidizing agent in combination with aluminum powder as fuel provides an increase in heat resistance to a level of 170 ^o C. Low-melting TNT was excluded from the composition. In the study of various combustible additives to aluminum, it was found that the addition of graphite works well. The use of graphite, in addition to increasing heat resistance, sharply reduces the sensitivity of the composition to mechanical stress (shock, friction), eliminates the occurrence of static electrification, facilitates compaction during pressing (reduces the pressing pressure), and thus significantly increases the explosion safety at all stages of manufacturing (mixing, pressing , equipment) and operating the composition.

Состав используется в основном в виде пористых прессованных шашек. Применение предлагаемого состава обеспечивает также увеличение объемного энергосодержания изготовляемых из него зарядов ВВ за счет повышенной плотности зарядов по сравнению с прототипом (на 17-22% при одинаковой пористости). The composition is used mainly in the form of porous pressed blocks. The application of the proposed composition also provides an increase in the volumetric energy content of explosive charges made from it due to the increased charge density in comparison with the prototype (by 17-22% with the same porosity).

По результатам систематических термодинамических расчетов для предлагаемого состава в сочетании с экспериментальной проверкой условий надежной работы зарядов из них были определены границы содержания в составе отдельных компонентов
По сравнению с прототипом существенно увеличено содержание Аl в составе до (15-35) мас.%, что согласно результатам термодинамических расчетов позволяет значительно увеличить энергетические характеристики состава. При использовании таких составов в обводненных скважинах может выделяться дополнительная энергия за счет реакции Аl с водой, окружающей заряд.Based on the results of systematic thermodynamic calculations for the proposed composition in combination with experimental verification of the conditions for reliable operation of charges from them, the content boundaries in the composition of individual components were determined
Compared with the prototype, the Al content in the composition is significantly increased to (15-35) wt.%, Which, according to the results of thermodynamic calculations, can significantly increase the energy characteristics of the composition. When using such compositions in flooded wells, additional energy can be released due to the reaction of Al with water surrounding the charge.

Содержание гексогена (10-30) мас.% выбрано из условия обеспечения приемлемых для работы в скважинах детонационных характеристик (скорости детонации, критического диаметра, восприимчивости к инициирующему импульсу) прессованных шашек при диаметре от 20-30 мм. Было установлено, что критический диаметр детонации для таких составов в безоболочечных зарядах не превышает 20 мм. The RDX content (10-30) wt.% Is selected from the condition of ensuring detonation characteristics acceptable for operation in wells (detonation speed, critical diameter, susceptibility to the initiating pulse) of pressed blocks with a diameter of 20-30 mm. It was found that the critical detonation diameter for such compositions in shell-free charges does not exceed 20 mm.

Приводим результаты испытаний предлагаемого состава. We present the test results of the proposed composition.

Для разных композиций ПХА/А1/графит/гексоген в заявленных пределах измерена скорость детонации на образцах в виде шашек диаметром 30 мм с плотностью 1,9-2,0 г/см³, которая составила 4,0-5,5 км/с. С использованием единой программы термодинамических расчетов определены энергетические характеристики (теплота взрыва и работа расширения продуктов детонации) для прототипа и предлагаемого состава. Для скального аммонита 1 теплота взрыва и работа расширения продуктов детонации равны 1275 ккал/кг и 1750 ккал/кг, для состава 49ПХА/25А1/6графит/20гексоген - 2105 ккал/кг и 2180 ккал/кг соответственно. Как показывает сравнение, предлагаемый состав превосходит прототип по своим энергетическим характеристикам.For different compositions of PHA / A1 / graphite / hexogen, the detonation velocity on the samples in the form of pieces with a diameter of 30 mm with a density of 1.9-2.0 g / cm ³ , which was 4.0-5.5 km / s, was measured within the declared limits . Using a single program of thermodynamic calculations, energy characteristics (heat of explosion and work of expansion of detonation products) were determined for the prototype and the proposed composition. For rock ammonite 1, the heat of explosion and the work of expansion of the detonation products are 1275 kcal / kg and 1750 kcal / kg, for 49PHA / 25A1 / 6 graphite / 20 hexogen, 2105 kcal / kg and 2180 kcal / kg, respectively. As the comparison shows, the proposed composition is superior to the prototype in its energy characteristics.

Определена термостойкость предлагаемого состава. Состав в виде шашек плотностью 1,9-2,0 г/см³ после пребывания при 170^oС в течение 6 ч показал уменьшение массы не более 2%, что допустимо для термостойких ВВ. Таким образом, предлагаемый смесевой состав имеет существенно более высокие показатели термостойкости и энергетических характеристик, чем аммонит 1.The heat resistance of the proposed composition is determined. The composition in the form of checkers with a density of 1.9-2.0 g / cm ³ after staying at 170 ^o C for 6 hours showed a weight reduction of not more than 2%, which is acceptable for heat-resistant explosives. Thus, the proposed mixed composition has significantly higher indices of heat resistance and energy characteristics than ammonite 1.

Все используемые в составе компоненты доступны, имеют широкую базу промышленного производства, состав имеет невысокую (по сравнению с гексогеном) стоимость. All components used in the composition are available, have a wide base of industrial production, the composition has a low (compared to hexogen) cost.

Claims

Explosive composition for wells, consisting of an oxidizing agent, hexogen and fuel, characterized in that it contains ammonium perchlorate (PHA) as an oxidizing agent, and powdered aluminum and graphite as a fuel in the following ratio, wt.%:
Aluminum - 15 - 35
RDX - 10 - 30
Graphite - 3 - 10
PHA - The rest,