ЗАРЯД ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 1995 года по МПК G01V1/13 

Изобретение относится к области возбуждения сейсмических колебаний и может быть использовано при проведении геофизических исследований с применением взрывчатых веществ (ВВ).

Известен взрывной источник для возбуждения сейсмических колебаний [1] 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. Взрывной источник используется главным образом для сейсморазведки с использованием приповерхностных шпуровых или скважинных зарядов в зоне малых скоростей. Он обладает повышенной эффективностью за счет увеличения доли энергии взрыва, идущей на создание полезной сейсмической волны.

Недостатком известного взрывного источника является сложность конструкции и, соответственно, технологии его изготовления.

Известен заряд ЗС-70 для возбуждения сейсмических колебаний [2] включающий корпус из полимерного материала, заполненный литым тротилом, и промежуточный детонатор, расположенный в верхней части заряда. Конструкция заряда и технология его изготовления более простые, чем у описанного выше аналога.

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.

Задачей изобретения является повышение эффективности сейсмических исследований за счет увеличения доли энергии, идущей на образование полезной сейсмической волны, путем усиления ее направленности посредством перераспределения плотности по высоте заряда.

Указанная задача решена за счет того, что в заряде для возбуждения сейсмических колебаний, включающем герметичный корпус, заполненный ВВ, в качестве ВВ используют гелеобразный взрывчатый состав (ВС), сенсибилизированный пузырьками газа и образующий пространственную структуру в процессе формирования заряда, при этом время структурирования (с) определяют из соотношения
τ_стр= (5-9) ˙10⁵ ˙ d˙ η, где d диаметр заряда, м;
η вязкость гелеобразного состава до начала процесса структурирования, Па ˙с.

Изготовления заряда с заданным профилем плотности путем регулирования времени структурирования гелеобразного ВС в литературе не описано.

За счет регулирования времени структурирования гелеобразного ВС, сенсибилизированного пузырьками газа, осуществляется контролируемое перераспределение плотности ВС по высоте заряда. В нижней его части плотность возрастает, а в верхней за счет всплывания пузырьков газа уменьшается. Монотонное увеличение плотности при приближении к нижнему торцу заряда приводит к тому, что при детонации происходит нарастание скорости детонации, при этом пропорционально квадрату скорости (или плотности) увеличиваются амплитуда и направленность действия детонационной волны, а увеличение пористости в верхней части заряда приводит к увеличению чувствительности к импульсу электродетонатора и детонационной способности ВС, обеспечивая повышенную надежность срабатывания заряда.

Структурирование практически всех гелеобразных водосодержащих ВС (ВВС) производится для обеспечения их физической стабильности. Дело в том, что такие составы представляют собой многофазные гетерогенные системы: в желатинированном растворе компонентов (как правило, окислителей) распределены твердые, нерастворимые в воде компоненты (алюминий, нерастворенная часть окислителя) и пузырьки газа, введенные в состав вместе с алюминиевой пудрой или полученные за счет разложения порофора, или введенные в виде стеклянных или полимерных микросфер. В вязкой гелеобразной среде происходит седиментация твердых, более тяжелых, чем раствор, окислителей, компонентов и всплывание пузырьков газа. Для предотвращения процесса расслоения системы вводятся структурирующие добавки, взаимодействующие с желатинизатором и образующие при этом резиноподобную структуру. За время структурирования состава принимают время от момента введения структурирующих добавок до момента потери составом текучести и подбирают таким, чтобы не допустить расслоения состава.

Регулирование времени структурирования гелеобразных ВВС осуществляется изменением содержания структурирующих добавок, рН раствора, температуры, при которой производят структурирование.

Время структурирования гелеобразного состава в процессе формования заряда для возбуждения сейсмических колебаний определяется исходя из следующих соображений.

Для получения заметного увеличения скорости детонации и, соответственно, давления в детонационной волне плотность заряда в нижней его части должна возрасти по крайней мере на 10% Такое изменение плотности происходит в том случае, если пористость массы изменяется на 15-30% При этом микропузырьки газа должны подняться на величину, равную примерно диаметру заряда.

Скорость обратной седиментации (всплывания) пузырьков (U) в вязкой гелеобразной массе (Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М. Химия, 1982, с. 188);
U где r радиус пузырька; ρ_г и ρ_с плотности пузырьков газа и среды соответственно; η- вязкость среды.

Так как скорость всплывания пузырька пропорциональна квадрату радиуса, крупные пузырьки всплывают быстрее. Средний радиус пузырьков газа в водосодержащих составах обычно составляет (2-3)˙ 10^-5 м, при этом около 25% пузырьков имеют радиус больше 2˙ 10^-5м [ДАН СССР, т. 298, N 6, 1988, с. 1433] плотность насыщенных водных растворов нитратов аммония и натрия (или кальция) (1,4-1,6)˙ 10³ кг/м³. Так как ρ _с>> ρ _г в данном случае плотностью газа можно пренебречь. Тогда время (с), за которое происходит расслоение на величину d (м) в растворе с вязкостью η (Па˙ с), составляет
τ_р=d/U=(5-9) ˙ 10⁵˙ d˙η
По прошествии этого времени состав должен потерять текучесть и таким образом зафиксировать полученное перераспределение плотности.

Для проверки эффективности работы предложенного заряда были проведены испытания в полевых условиях.

Для испытаний готовились заряды из гелеобразного состава Акванал АМС (ТУ 2066498-03-91). Содержание компонентов в составе, мас.

Аммиачная селитра 40
Алюминиевая пудра ПАП-2 10
Азотнокислый натрий 15
Карбамид 10
Вода 25
Полиакриламид 1,8
Двухромовокислый
калий 0,05-0,10 сверх 100%
Серноватистокислый
натрий 0,10-0,20 -"-
Некоторые расчетные детонационные характеристики Акванала АМС:
Теплота взрыва, кДж/кг 3340
Удельный объем газов, л/кг 900
Кислородный баланс, минус 1,84
Эквивалент по тротилу 0,6
В этом составе аммиачная селитра и азотнокислый натрий окислители, карбамид и алюминий горючее, полиакриламид желатинизатор, двухромовокислый калий и серноватистокислый натрий структурирующие добавки. Сенсибилизация состава осуществляется микропузырьками воздуха, которые вносятся в массу вместе с частичками алюминиевой пудры. При изготовлении состав представляет собой льющуюся сметанообразную массу с вязкостью 0,3-0,8 Па˙ с. Через определенное время состав структурируется и приобретает резинообразную консистенцию. Время структурирования легко регулируется и зависит от содержания структурирующих добавок и температуры. Испытания состава на вискозиметре показали, что при структурировании вязкость массы в течение определенного времени после изготовления практически не меняется, а затем резко возрастает. Это время отвечает времени потери текучести составом и принималось за время структурирования.

Вязкость неструктурированного состава сразу после изготовления 0,5 Па˙с. Соответственно время структурирования должно составлять 3˙10⁴ с ≈ 8 ч.

Для испытаний готовили заряды диаметром 70 мм, массой 0,56 кг. Время структурирования состава составляло 8,5 ч. Испытания проводились в ПО "Куйбышевнефтегеофизика" на Крюковской сейсморазведочной площади на профиле N 40. 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 семь на базе 25 м. В группах скважин, расположенных по одну сторону от линии профиля, были на глубине 4 м размещены испытуемые заряды, в противоположных группах скважин для сравнения размещали заряды из прессованного тротила массой 1 кг или заряды ЗС-70 (литой тротил массой 1 кг).

Инициировались группы из семи испытуемых зарядов, затем с целью сравнения сейсмического эффекта взрыва группы из семи зарядов тротила. Регистрация возбуждаемых колебаний осуществлялась 96-канальной приемной расстановкой сейсмоприемников с группированием последних на базе 24 м в количестве 24 приборов на канал. База приема составляла 2375 м, максимальное удаление взрывприбора 1800 м. Запись колебаний производилась двумя спаренными 48-канальными ЦСС "Прогресс-1" на рабочих параметрах.

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 и др.

Результаты измерений динамических параметров сейсмической записи программой RESOL приведены в таблице.

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 взрывами зарядов тротила, а также зарядов акванала, изготовленных по обычной технологии без перераспределения плотности по высоте заряда. Использование предлагаемых зарядов для сейсморазведочных работ позволит увеличить эффективность геофизических исследований, сократить материальные и трудовые затраты.

Использование: в области возбуждения сейсмических колебаний, в том числе при проведении геофизических исследований с применением взрывчатых веществ. Сущность изобретения: заряд для возбуждения сейсмических колебаний включает герметичный корпус, заполненный взрывчатым веществом. В качестве взрывчатого вещества используют гелеобразный взрывчатый состав, сенсибилизированный пузырьками газа. Для фиксации пространственной структуры состава переменной плотности время структурирования определяют из соотношения τ_стр= (5-9)·10⁵d·η, где d - диаметр заряда; η - вязкость гелеобразного состава до начала процесса структурирования. 1 табл.

ЗАРЯД ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, включающий герметичный корпус, заполненный взрывчатым веществом, и электродетонатор, отличающийся тем, что взрывчатое вещество формируют с переменной плотностью, для чего используют гелеобразный взрывчатый состав, сенсибилизированный пузырьками воздуха, при этом время τ_стр структурирования состава определяют из соотношения
τ_стр= (5÷9)·10⁵d·η,
где d диаметр заряда;
η вязкость гелеобразного состава до начала процесса структурирования,
а электродетонатор располагают в области пониженной плотности взрывчатого вещества.