RU2190586C1

RU2190586C1 - Explosive composition for boreholes

Info

Publication number: RU2190586C1
Application number: RU2001134945/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Сулимов; н М.К. Суко; М.К. Сукоян; Ю.М. Михайлов; В.П. Королев; Н.М. Бибнев
Original assignee: Сулимов Алексей Александрович; Сукоян Михаил Карапетович; Михайлов Юрий Михайлович; Королев Владимир Петрович; Бибнев Николай Михайлович
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, 10-35; graphite, 1-8; octogen (explosive), 10-30; potassium 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, например, из класса ВВ нитраминного типа (Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. 2-ое изд., перераб и дополн., - Л, Химия, 1973), таких как гексоген (Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь, под редакцией акад. Б.П. Жукова, М., Янус-К, с. 131) и для более высоких температур октоген (там же, с. 334), однако эти ВВ весьма дороги, что приводит к резкому повышению стоимости работ. In deep wells, you can use charges from individual explosives, characterized by high heat resistance, for example, from a class of explosives of the nitramine type (Orlova E. Yu. Chemistry and technology of explosive explosives. 2nd ed., Revised and enlarged., - L, Chemistry, 1973), such as hexogen (Energy Condensed Systems. A Brief Encyclopedic Dictionary, edited by Acad. B.P. Zhukov, M., Janus-K, p. 131) and for higher temperatures, HMX (ibid., P. 334) 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, относящийся к классу нитраминных ВВ, 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, belonging to the class of nitramine explosives, 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 (LV Dubnov, NS Bakharevich, AI 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 ограничивает его применение
Задачей предлагаемого изобретения является создание мощного (не уступающего скальному аммониту 1 по уровню взрывчатых характеристик) недорогого взрывчатого состава для скважин, который имел бы существенно более высокую термостойкость по сравнению с прототипом.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 limits its use
The objective of the invention is the creation of a powerful (not inferior to rocky ammonite 1 in terms of explosive characteristics) inexpensive explosive composition for wells, which would have significantly higher heat resistance compared to the prototype.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым взрывчатым составом для скважин, состоящим из окислителя, ВВ нитраминного типа и горючего, включающего порошкообразный алюминий, который содержит перхлорат калия (ПХК) в качестве окислителя, октоген - в качестве ВВ нитраминного типа, а в качестве горючего - смесь порошкообразного алюминия и графита, при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 10-35; октоген 10-35; графит 1-8; ПХК остальное. The solution of this problem is achieved by the proposed explosive composition for wells, consisting of an oxidizing agent, a nitramine type explosive and fuel, including powdered aluminum, which contains potassium perchlorate (PCC) as an oxidizing agent, octogen as a nitramine type explosive, and a powder mixture as fuel aluminum and graphite, in the following ratio of components, wt. %: aluminum 10-35; HMX 10-35; graphite 1-8; PHC rest.

При разработке предлагаемого состава помимо достижения главного технического результата - существенного повышения термостойкости - исходили из необходимости не ухудшить энергетические характеристики по сравнению с прототипом и обеспечить достаточную взрывобезопасность на всех стадиях изготовления (смешение, прессование, снаряжение) и эксплуатации состава. Нами предложено использование во взрывчатом составе существенно более термостойкого окислителя - перхлората калия (ПХК) вместо нитрата аммония, а также замена легкоплавкого тротила на термостойкий графит и замена гексогена на другое ВВ из того же класса - октоген, превосходящий гексоген по термостойкости (Орлова Е. Ю., Орлова Н.А.,, Жилин В.Ф. и др. Октоген - термостойкое взрывчатое вещество, М., Недра, 1975). When developing the proposed composition, in addition to achieving the main technical result - a significant increase in heat resistance - we proceeded from the need not to degrade the energy characteristics compared to the prototype and to ensure sufficient explosion safety at all stages of manufacturing (mixing, pressing, equipment) and operation of the composition. We proposed the use in the explosive composition of a much more heat-resistant oxidizing agent - potassium perchlorate (PCA) instead of ammonium nitrate, as well as the replacement of low-melting TNT with heat-resistant graphite and the replacement of RDX with another explosive of the same class - octogen, superior to RDX in heat resistance (Orlova E. Yu. ., Orlova N.A. ,, Zhilin V.F. et al. Octogen - heat-resistant explosive, M., Nedra, 1975).

Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что использование ПХК в составе в качестве окислителя в сочетании с алюминиевой пудрой в качестве горючего обеспечивает повышение термостойкости до уровня 205^oС, что существенно увеличивает глубины скважин, в которых допустимо проведение взрывных работ с использованием данного состава. 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.Our experimental studies showed that the use of PCC in the composition as an oxidizing agent in combination with aluminum powder as fuel provides an increase in heat resistance to a level of 205 ^o С, which significantly increases the depth of the wells in which blasting using this composition is acceptable. 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 the operation of 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 20-25% 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 20-25% 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. 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.

По сравнению с прототипом существенно увеличено содержание А1 в составе до 10-35 мас.%, что, согласно результатам термодинамических расчетов, позволяет избежать снижения энергетических характеристик состава при замене НА на ПХК. При использовании таких составов в обводненных скважинах может выделяться дополнительная энергия за счет реакции А1 с водой, окружающей заряд. Compared with the prototype, the content of A1 in the composition was significantly increased up to 10-35 wt.%, Which, according to the results of thermodynamic calculations, avoids a decrease in the energy characteristics of the composition when replacing HA with PCC. When using such compositions in flooded wells, additional energy can be released due to the reaction of A1 with water surrounding the charge.

Содержание октогена 10-35 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. Octogen content of 10-35 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 drafts 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/октоген в заявленных пределах измерена скорость детонации на образцах в виде шашек диаметром 30 мм с плотностью 2,0-2,1 г/см³, которая составила 5,0-6,5 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 42ПХК/25А1/3 графит/30 октоген - 1790 ккал/кг и 1845 ккал/кг соответственно. Как показывает сравнение, предлагаемый состав не уступает прототипу по своим энергетическим характеристикам
Определена термостойкость предлагаемого состава. Состав в виде шашек плотностью 2,0-2,1 г/см³ после пребывания при температуре 205^oС в течение 6 часов показал уменьшение массы не более 2%, что допустимо для термостойких ВВ. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый смесевой состав имеет существенно более высокие показатели термостойкости при близких энергетических характеристиках.For different compositions of PHA / A1 / graphite / HMX, the detonation speed on the samples in the form of drafts with a diameter of 30 mm with a density of 2.0-2.1 g / cm ³ , which amounted to 5.0-6.5 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 the composition 42PKhK / 25A1 / 3 graphite / 30 HMX - 1790 kcal / kg and 1845 kcal / kg, respectively. As the comparison shows, the proposed composition is not inferior to the prototype in its energy characteristics
The heat resistance of the proposed composition is determined. The composition in the form of checkers with a density of 2.0-2.1 g / cm ³ after staying at a temperature of 205 ^o C for 6 hours showed a weight reduction of not more than 2%, which is permissible for heat-resistant explosives. Thus, in comparison with the prototype, the proposed mixed composition has significantly higher indices of heat resistance with close energy characteristics.

Все используемые в составе компоненты доступны, имеют широкую базу промышленного производства. По сравнению с октогеном стоимость состава существенно ниже . All components used in the composition are available, have a wide base of industrial production. Compared with octogen, the cost of the composition is significantly lower.

Claims

An explosive composition for wells, consisting of an oxidizing agent, an explosive substance of a nitramine type and fuel, characterized in that it contains potassium perchlorate (PCC) as an oxidizing agent, octogen as an explosive substance of a nitramine type, and powdered aluminum and graphite as fuel the following ratio of components, wt.%:
Aluminum - 10 - 35
Octogen - 10 - 35
Graphite - - 1 - 8
PHC - Ostalnoe