Способ повышения температурной стойкости взрывчатых веществ

Изобретение относится к способам изготовления кумулятивных зарядов для перфорационных систем, применяемых для интенсификации нефтеотдачи. Способ повышения температурной стойкости взрывчатых веществ, содержащих основное взрывчатое вещество, флегматизированных техническим парафином, в котором основное взрывчатое вещество выполнено в форме кристаллов, покрытых техническим парафином, капсулируют вторым взрывчатым веществом, а пространство между закапсулированными кристаллами впоследствии заполняют также вторым взрывчатым веществом. В качестве второго взрывчатого вещества используют гексоген или октоген. В качестве второго взрывчатого вещества используют флегматизированные взрывчатые вещества. Изобретение позволяет повысить термостойкость кумулятивных зарядов и надежность их срабатывания. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к прострелочно-взрывной аппаратуре, в дальнейшем ПВА, в частности к кумулятивным зарядам, используемым в нефтегазовой отрасли.

В настоящее время стоимость взрывчатых веществ (ВВ) для снаряжения кумулятивных зарядов резко возросла. Поэтому производители элементов ПВА пытаются заменить их на более доступные ВВ, которые не снижают характеристик кумулятивных зарядов. Чаще всего берется октаген, флегматизированный техническим парафином (парафин), в частности окфол. При температуре 25-30 градусов, при использовании данного вещества, кумулятивные заряды сохраняют заданные характеристики. Перфорационные системы (ПС) в состав которых входят кумулятивные заряды, работают при более высоких температурах. При этом необходимо учитывать и время нахождения ПС в скважине. В настоящее время, в связи со сложной технологией перфорации (многозональная перфорация, с последующим гидроразрывом пласта) время нахождения ПС в скважине может достигать несколько суток.

Известен способ повышения температурной стойкости взрывчатых веществ по патенту РФ на изобретение №2514946, МПК С06В 21/00, опубл. 10.05.2014 г.

Этот способ включает получение флегматизированного взрывчатого вещества. Флегматизатор выполнен из высокоплавкого полиэтиленового воска марки ПВ-200 с температурой плавления 103-110°C с добавкой стеарина и пластификатора ДОА (ди - (2-этилгексил) - адипинат). В качестве взрывчатого вещества использован, например гексоген или октоген.

Способ сухой флегматизации ВВ вибросмешением происходит с нагревом всех компонентов до температуры плавления флегматизатора с последующим охлаждением смеси кристаллов ВВ, покрытых флегматизатором, до температуры 20-60°C. Изобретение позволит исключить из процесса флегматизации воду и операцию сушки, что значительно упростит процесс и получить флегматизированное взрывчатое вещество с повышенной термодинамической устойчивостью и улучшенными технологическими характеристиками по насыпной плотности и прессуемости.

Недостаток: невозможность эксплуатации кумулятивных зарядов при температурах выше 110°C.

Известен способ повышения температурной стойкости взрывчатых веществ по патенту РФ на изобретение №2252925, МПК опубл. 27.05.2005 г., прототип.

Этот способ включает добавление во взрывчатое вещество флегматизатора в виде парафина.

Полученный взрывчатый состав, конкретно содержит 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло(5,5,0,0,^3,11,0^5,9) додекан и флегматизатор - стеариновую кислоту и/или парафин, и/или церезин, или их смеси.

Недостаток: низкая термостойкость зарядов и ненадежность их срабатывания при длительном нахождении в условиях высокой температуры.

Достигнутый технический результат: повышение термостойкости кумулятивных зарядов и надежности их срабатывания.

Задача создания изобретения: повышение термостойкости кумулятивных зарядов и надежности их срабатывания.

Решение указанной задачи достигнуто в способе повышения температурной стойкости взрывчатых веществ, содержащих основное взрывчатое вещество, флегматизированное техническим парафином, тем, что основное взрывчатое вещество в форме кристаллов, покрытых техническим парафином, капсулируют вторым взрывчатым веществом, а пространство между закапсулированными кристаллами впоследствии заполняют также вторым взрывчатым веществом. В качестве второго взрывчатого вещества используют гексоген.

В качестве второго взрывчатого вещества используют октоген.

В качестве второго взрывчатого вещества используют флегматизированные взрывчатые вещества.

Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг. 1…6),

где:

- на фиг. 1 приведен график зависимости максимально допустимых температур взрывчатого вещества от его пребывания в скважине.

- на фиг. 2 приведен кумулятивный заряд, изготовленный предложенным способом,

- на фиг. 3 приведен вид А,

- на фиг. 4 приведен кумулятивный заряд через 1 час и 10 час пребывания в скважине,

- на фиг. 5 приведена схема упаковки взрывчатыми веществами кумулятивного заряда,

- на фиг. 6 приведен вид В.

На фиг. 1 показаны максимальные кривые зависимости температуры Т и времени нахождения перфорационных систем в скважине для различных марок продукта (взрывчатых веществ). При увеличении времени нахождения данных марок продукта максимальная температура снижается. Показаны кривые для гексогена HNX - поз. 10 и октогена НМХ поз. 11.

Наиболее часто используют в качестве флегматизатора технический парафин.

Для повышения термостойкости продукта флегматизированным парафином необходимо понять, какие процессы происходят в продукте.

На фиг. 2 показан разрез кумулятивного заряда и исходное состояние продукта.

Кумулятивный заряд (фиг. 2) содержит корпус 1, внутри которого расположена порошковая облицовка 2 (облицовка, выполненная из металлического порошка и имеющая форму, близкую к конической). В верхней части корпуса размещено затравочное отверстие 3, в которое засыпан пусковой заряд 4 (чистый продукт без флегматизатора). В зазоре между корпусом 1 и порошковой облицовкой 2 засыпан и запрессован при большом давлении основной заряд взрывчатого вещества 5, флегматизированный техническим парафином 6.

При этом основной заряд взрывчатого вещества 5 выполнен в виде (фиг. 3 и 4) кристаллов взрывчатого вещества 7, покрытых техническим парафином 6 и заключенных в капсулы 8 из второго взрывчатого вещества 9. Между капсулами 8 также засыпано второе взрывчатое вещество 9 (фиг. 5).

На фиг. 4 видно, что продукт плотно прилегает без зазора к поверхности порошковой облицовки 2. В верхней части заряда в районе затравочного отверстия 3 засыпают пусковой заряд 4 (чистый продукт без флегматизатора), массой 1,0-1,5 грамм, что позволяет возбудить процесс детонации в кумулятивном заряде. За счет адиабатического сжатия микропор возникают так называемые "горячие точки," которые являются основой для возникновения детонации в кумулятивном заряде. Поэтому при низких температурах такой заряд работает стабильно с заданными характеристиками.

Рассмотрим два варианта: когда кумулятивный заряд подвержен максимально высокой, для определенной марки ВВ, температуры с коротким временем выдержки примерно около одного часа (фиг. 4 слева) и при длительной выдержке не менее десяти часов (фиг. 4 справа). При нагревании флегматизатор, содержащий парафин, начинает плавиться и когда расплавляется до жидкого состояния, по капиллярам поднимается в сторону затравочного отверстия 3. Этот процесс длительный, так как продукт спрессован под высоким давлением. Часть технического парафина 6 проходит через порошковую облицовку 2, а остальная часть поднимается по капиллярам вверх, в сторону затравочного отверстия 3, так как это единственное место, где парафин может выйти.

Парафин доходит до пускового заряда 4 (подсыпки чистого продукта), частично заполняя микропоры. Остаток чистого продукта, в котором сохраняются микропоры позволяют возбудить процесс детонации в кумулятивном заряде (фиг. 4).

При длительном нахождении (не менее 10 часов), когда температура внутри кумулятивного снаряда будет выше температуры плавления технического парафина, кумулятивный заряд перестает работать, так как технический парафин успевает проникнуть в микропоры подсыпки пускового заряда 4 (чистого продукта). Технический парафин 6 не только проникает в микропоры, но и вытекает из затравочного отверстия 3 вместе с продуктом. Часть технического парафина 6 проникает через порошковую облицовку 2, поэтому образуется зазор между поверхностью порошковой облицовки 2 и основным зарядом взрывчатого вещества 5, что приводит к снижению пробития кумулятивного заряда, если возникнет детонация.

Способ повышения температурной стойкости взрывчатых веществ флегматизированных парафином заключается в том, чтобы закапсулировать кристалл взрывчатого вещества 7, а пространство между кристаллами взрывчатого вещества 7 заполнить ВВ, например гексогеном поз. 10 или октогеном поз 11 (фиг. 1). Допускается использование и флегматизированных ВВ.

Выбор гексогена или октогена определяется в зависимости от того, в каком температурном диапазоне будет работать кумулятивный заряд.

На фиг. 5 показана структура предложенного взрывчатого вещества в увеличенном масштабе. При нагревании флегматизатор, содержащий технический парафин 6, не вытекает, так как он закапсулирован в капсулы 8 вторым взрывчатым веществом 9.

Между кристаллами взрывчатого вещества 7, которые покрыты техническим парафином 6, при прессовании остаются капилляры, которые необходимо заполнить вторым взрывчатым веществом 9. Поэтому закладка второго взрывчатого вещества 9 для смешения происходит в два этапа.

1 этап

В процессе засыпки мелкодисперсного второго взрывчатого вещества 9 процент основного взрывчатого вещества 5 может достигать 35-45% от общий массы, при применении стандартного взрывчатого вещества, с кристаллами большего размера процент основного ВВ снижается до 20-25%. Это объясняется тем, что кристаллы малого диаметра обладают большой поверхностью, которой прилипают к техническому парафину 6 и капсулируют кристаллы взрывчатого вещества 7. В результате образуются капсулы 8, в состав которых входит второе взрывчатое вещество 9 (фиг. 5 и 6).

При использовании крупных кристаллов взрывчатого вещества 7 необходим больший процент второго взрывчатого вещества 9, чтобы полностью закапсулировать кристалл.

2 этап

Засыпают остаток второго взрывчатого вещества 9 и производят окончательное смешение. При прессовании кристаллы мелкодисперсного второго взрывчатого вещества 9 сближаются настолько, что технический парафин 6 не может проникнуть и дойти до затравочного отверстия 3 (фиг. 2).

Такой способ позволяет использовать не термостойкие взрывчатые вещества, флегматизированные техническим парафином 6 в кумулятивных зарядах в более высоком температурном диапазоне. Если использовать гексоген в качестве второго взрывчатого вещества 9, то заряды можно использовать в диапазоне температур и времени выдержки как показано на фиг. 1, для HNX, поз. 10, если использовать октоген, то температура и время выдержки соответствует НМХ поз. 11, см. фиг. 1.

Применение изобретения позволило:

- повысить термостойкость кумулятивных зарядов,

- повысить надежность срабатывания кумулятивных зарядов, за счет того, что кристаллы взрывчатого вещества капсулированы парафином,

- повысить безопасность работы с кумулятивными зарядами, за счет того, что при перевозке, ударах и умеренном нагреве кумулятивных зарядов вне скважины не происходит их срабатывания,

- уменьшить стоимость кумулятивных зарядов.

1. Способ повышения температурной стойкости взрывчатых веществ, содержащих основное взрывчатое вещество, флегматизированных техническим парафином, отличающийся тем, что основное взрывчатое вещество в форме кристаллов, покрытых техническим парафином, капсулируют вторым взрывчатым веществом, а пространство между закапсулированными кристаллами впоследствии заполняют также вторым взрывчатым веществом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго взрывчатого вещества используют гексоген.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго взрывчатого вещества используют октоген.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве второго взрывчатого вещества используют флегматизированные взрывчатые вещества.