Механически газированные эмульсионные взрывчатые вещества и связанные с ними способы
Изобретение относится к механически газированным эмульсионным взрывчатым веществам и к связанным с ними способам. Способ изготовления эмульсионного взрывчатого вещества включает получение эмульсионной матрицы, содержащей дисперсную фазу капель раствора соли-окислителя, в непрерывной фазе топлива, причем начальная вязкость эмульсионной матрицы составляет от 4000 сП до 20 000 сП, механическое введение пузырьков газа в эмульсионную матрицу для сенсибилизации эмульсионной матрицы и образования эмульсионного взрывчатого вещества и гомогенизацию эмульсионного взрывчатого вещества с образованием гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества, имеющего вязкость, равную 80000 сП или более, и не содержащего добавок для стабилизации пузырьков газа. Предлагается гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество, изготовленное вышеуказанным способом. Техническим результатом является получение гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества, не содержащего добавок для стабилизации пузырьков газа. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее описание относится по существу к композициям взрывчатого вещества. Более конкретно, настоящее описание относится к механически газированным эмульсионным взрывчатым веществам и к связанным с ними способам.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0002] В письменном описании в настоящем документе представлены иллюстративные варианты осуществления, которые не имеют ограничительного характера и не являются исчерпывающими. На определенные из таких иллюстративных вариантов осуществления, которые показаны на фигурах, даны ссылки.
[0003] На ФИГ.1 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая один вариант осуществления технологического процесса для производства механически газированного эмульсионного взрывчатого вещества.
[0004] На ФИГ.2 представлена еще одна принципиальная схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления технологического процесса производства механически газированного эмульсионного взрывчатого вещества.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0005] Настоящее описание в основном относится к эмульсиям «вода в масле» (или «расплав в масле»), предназначенным для использования в качестве взрывчатых веществ, а также связанным с ними способам. Термин «вода в масле» означает дисперсию капель водного раствора или смешивающегося с водой расплава (дисперсной фазы) в масле или не смешивающимся с водой органическом веществе (непрерывной фазе). Эмульсионные взрывчатые вещества, относящиеся к типу «вода в масле» согласно настоящему изобретению, содержат несмешивающееся с водой органическое топливо в качестве непрерывной фазы и эмульгированный раствор или расплав неорганической соли-окислителя в качестве дисперсной фазы (далее термины «раствор» или «расплав» используются взаимозаменяемо).
[0006] Эмульсионные взрывчатые вещества широко применяют в горнодобывающей промышленности, при разработке карьеров и котлованов для разрушения горных пород и руд. Как правило, отверстие, называемое «шпуром» или «стволом скважины», бурят в поверхности, например в грунте. Затем в шпур можно нагнетать или подавать с помощью шнека эмульсионные взрывчатые вещества. Эмульсионные взрывчатые вещества, как правило, транспортируют к месту выполнения работ или изготавливают на месте выполнения работ в виде эмульсии, называемой эмульсионной матрицей, которая является слишком плотной для полной детонации. Эмульсионная матрица не считается взрывчатым веществом. Как правило, чтобы эмульсионная матрица успешно детонировала, ее необходимо «сенсибилизировать». Сенсибилизированная эмульсионная матрица считается эмульсионным взрывчатым веществом.
[0007] Сенсибилизацию часто выполняют путем введения в эмульсионную матрицу небольших пустот. Эти пустоты действуют как «горячие точки» для распространения детонации. Эти пустоты можно вводить путем нагнетания газа в эмульсию и образования таким образом отдельных пузырьков газа, добавления микросфер, других пористых сред и/или впрыскивания химических газообразующих добавок, взаимодействующих в эмульсии и таким образом образующих отдельные пузырьки газа.
[0008] Эмульсионная матрица может быть выполнена с возможностью повторного перекачивания. Перекачиваемая эмульсионная матрица может быть произведена в установке, а затем перекачена в резервуар для хранения передвижного блока обработки (например, грузового автомобиля). Затем перекачиваемую эмульсионную матрицу можно снова безопасно и экономично перекачивать в передвижной блок обработки для создания кинетической энергии, которой достаточно для преобразования эмульсионной матрицы в эмульсионное взрывчатое вещество, и подавать эмульсионное взрывчатое вещество в ствол скважины.
[0009] Эмульсионную матрицу можно также создавать на месте выполнения работ. В таком случае ее называют эмульсионной матрицей, смешанной на месте выполнения работ. Эмульсионная матрица, смешанная на месте выполнения работ, не обязательно должна быть выполненной с возможностью повторного перекачивания. Вместо этого, например, эмульсионная матрица может быть изготовлена при давлении, достаточном для обеспечения кинетической энергии с помощью остаточного давления, достаточной для преобразования эмульсионной матрицы в эмульсионное взрывчатое вещество и доставки эмульсионного взрывчатого вещества в ствол скважины.
[0010] Согласно настоящему описанию пузырьки газа можно вводить в эмульсионную матрицу механически, например, с помощью сжатого газа, подаваемого в эмульсионную матрицу через пористый элемент диффузора. Затем сенсибилизированное эмульсионное взрывчатое вещество может быть подвержено воздействию напряжения сдвига, за счет чего увеличивается вязкость эмульсионного взрывчатого вещества. Полученное гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество может быть использовано для любой подходящей цели, например для взрывания в стволах скважин. В некоторых вариантах осуществления гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество не содержит или по существу не содержит добавок для стабилизации пузырьков газа, таких как галогеналкильные сложные эфиры, мелкие частицы и белки. В некоторых вариантах осуществления гомогенизированная эмульсия включает эмульгаторы, гомогенизирующие добавки или и то и другое. Конкретные признаки конкретных вариантов осуществления настоящего описания более подробно описаны ниже.
[0011] Выражение «сообщение по текучей среде» используют в обычном смысле, и оно обладает достаточно широким значением для обозначения механизмов, в которых текучая среда (например, газ или жидкость) может протекать от одного элемента к другому элементу. Выражение «добавка для стабилизации пузырьков» или «пенообразующая добавка» относится к композиции, посредством которой снижают скорость коалесценции пузырьков в газосодержащей эмульсии по сравнению с по существу идентичной газосодержащей эмульсией, в которой отсутствует добавка для стабилизации пузырьков. Выражение «гомогенизирующая добавка» относится к композиции, которая способствует повышению вязкости эмульсии, когда ее подвергают воздействию напряжения сдвига. Такие гомогенизирующие добавки могут способствовать образованию относительно мелких капель в фазе окисления при воздействии на эмульсию напряжением сдвига. Термин «эмульгатор» относится к композиции, которая стабилизирует жидкую межфазную поверхность раздела между различными жидкостями в эмульсии. Композиция может выступать как в роли гомогенизирующей добавки, так и эмульгатора.
[0012] В некоторых вариантах осуществления гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество с относительно высокой вязкостью можно производить путем первоначального получения эмульсионной матрицы с относительно низкой вязкостью, которая включает дисперсную фазу из капель раствора соли-окислителя в непрерывной фазе из топлива. Топливо может представлять собой смесь дизельного топлива (которое может называться «топливным маслом» в альтернативном варианте осуществления или «топливным маслом №2» в конкретных вариантах осуществления) и эмульгатора, такого как жирная кислота. В некоторых вариантах осуществления эмульсионная матрица содержит от приблизительно 90% до приблизительно 96% раствора соли-окислителя и приблизительно 4-10% топлива (масса к массе), например приблизительно 94% раствора соли-окислителя и приблизительно 6% топлива. В некоторых вариантах осуществления раствор соли-окислителя составляет от приблизительно 70% до приблизительно 90% нитрата аммония по массе.
[0013] В некоторых вариантах осуществления в гомогенизированном эмульсионном взрывчатом веществе отсутствует добавка для стабилизации пузырьков, такая как галогеналкильные сложные эфиры (включая сложные эфиры фторалифатических полимеров), мелкие частицы (такие как частицы кремнезема, частицы сложного этилового эфира йодопамида и различные коллоидные частицы) и белки. Например, гомогенизированные эмульсионные взрывчатые вещества могут не содержать галогеналкильных сложных эфиров, мелких частиц и белков. Исключенные мелкие частицы могут иметь размер в диапазоне от субмикронного (например, 20 нм) до 50 мкм. Другими словами, в гомогенизированных эмульсионных взрывчатых веществах могут отсутствовать пенообразующие добавки или поверхностно-активные вещества, стабилизирующие пузырьки газа в эмульсии.
[0014] Вместо добавок для стабилизации пузырьков в некоторых вариантах осуществления эмульсия содержит эмульгатор, гомогенизирующую добавку или и то и другое. Эмульгатор может быть выбран из любого подходящего эмульгатора и может представлять собой часть топлива и, таким образом, часть непрерывной фазы. Например, топливо может включать до 25 массовых долей эмульгатора, гомогенизирующую добавку или и то и другое. Например, содержание гомогенизирующей добавки может составлять от 20 процентов до 100 процентов эмульгатора/гомогенизирующей добавки в топливе. Таким образом, например, когда топливо составляет около 6 массовых долей гомогенизированной эмульсии, содержание гомогенизирующей добавки может составлять от приблизительно 0,3% до приблизительно 1,5% гомогенизированной эмульсии по массе.
[0015] Примеры эмульгаторов и гомогенизирующих добавок, которые могут быть выбраны для использования, включают алкоксилаты спиртов, алкоксилаты фенолов, поли(оксиалкилен)гликоли, сложные эфиры поли(оксиалкилен) жирных кислот, алкоксилаты аминов, сложные эфиры жирных кислот сорбита и глицерина, соли жирных кислот, сложные эфиры сорбитана, сложные эфиры поли(оксиалкилен)сорбитана, алкоксилаты жирных аминов, сложные эфиры поли(оксиалкилен)гликоля, амиды жирных кислот, алкоксилаты амидов жирных кислот, жирные амины, четвертичные амины, алкилоксазолины, алкенилоксазолины, имидазолины, алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфосукцинаты, алкилфосфаты, алкенилфосфаты, сложные эфиры фосфорной кислоты, лецитин, сополимеры поли(оксиалкилен)гликолей и поли(12-гидроксистеариновую кислоту). В некоторых вариантах осуществления эмульгатор представляет собой янтарный ангидрид полиизобутенила (PIBSA). Например, PIBSA может быть использован в качестве эмульгатора в перекачиваемой эмульсионной матрице. В некоторых вариантах осуществления эмульгатор представляет собой сорбитанмоноолеат. Например, сорбитанмоноолеат может быть использован в эмульсионной матрице, смешанной на месте выполнения работ.
[0016] Определенные варианты осуществления производства механически газированных эмульсионных взрывчатых веществ описаны в отношении технологического процесса 100, показанного на ФИГ.1. Например, технологический процесс 100 может быть использован с перекачиваемой эмульсионной матрицей, полученной на месте выполнения работ или в любом другом месте.
[0017] Изначально эмульсионная матрица 105 может иметь вязкость от приблизительно 4000 до приблизительно 20 000 сП, например от приблизительно 6000 сП до приблизительно 8000 сП, от приблизительно 7000 сП до приблизительно 10 000 сП, от приблизительно 8000 сП до приблизительно 14 000 сП, от приблизительно 10 000 сП до приблизительно 20 000 сП, от приблизительно 12 000 сП до приблизительно 20 000 сП или от приблизительно 15 000 сП до приблизительно 20 000 сП. Другими словами, непосредственно перед доставкой в диффузор (как описано ниже) эмульсионная матрица 105 может иметь относительно низкую вязкость (например, ниже 20 000 сП). Вязкость может быть измерена с помощью измерителя вязкости Брукфильда, например модели HADVII со шпинделем LV-3 при 20 об/мин и температуре 20 °C.
[0018] Затем эмульсионная матрица 105 может быть «сенсибилизирована» путем введения пузырьков газа в эмульсионную матрицу 105. Пузырьки газа можно механически вводить в эмульсионную матрицу 105. Например, в технологическом процессе 100 механическое введение газа в эмульсионную матрицу 105 включает доставку газа 120 через пористый элемент диффузора 110 в эмульсионную матрицу 105.
[0019] Сжатый газ, такой как сжатый азот, гелий, благородный газ или сжатый воздух, можно подавать через диффузор 110. Другими словами, сжатый газ 120 может находиться в сообщении по текучей среде с путем потока для протекания эмульсионной матрицы 105, за счет чего обеспечивают механическую доставку газа через диффузор 110 в эмульсионную матрицу 105 в пути потока.
[0020] При подаче сжатого газа в диффузор 110 можно выталкивать эмульсионную матрицу 105 (например, за счет давления, создаваемого путем накачивания эмульсионной матрицы 105 перед диффузором 110) через путь потока и выводить из диффузора 110. По мере прохождения эмульсионной матрицы 105 через диффузор 110 сжатый газ внутри диффузора 110 может проходить через пористый элемент диффузора 110 и поступать в эмульсионную матрицу 105, благодаря чему образуются пузырьки газа в эмульсионной матрице 105. Таким образом, газ можно механически подавать в эмульсионную матрицу 105 и сенсибилизировать тем самым эмульсионную матрицу 105 для детонации.
[0021] В некоторых вариантах осуществления пористый элемент содержит пористую керамику, спеченное стекло и/или спеченную сталь. Для изготовления пористого элемента можно также применять другие пористые материалы. Размер пор может составлять приблизительно от 1 до 5 мкм или меньше. Например, размер пор может находиться в нанометровом диапазоне. Средний размер пузырьков может составлять приблизительно от 1 до 10 мкм. Средний размер пузырьков может быть определен с помощью микрофотографии.
[0022] Введение газа в эмульсионную матрицу 105 приводит к уменьшению плотности эмульсионной матрицы 105. Скорость потока газа 120 может быть выбрана для достижения требуемой плотности получаемого эмульсионного взрывчатого вещества.
[0023] После сенсибилизации эмульсионной матрицы 105 путем введения пузырьков газа полученное эмульсионное взрывчатое вещество может быть доставлено в гомогенизатор 130. Гомогенизатор 130 может быть выполнен с возможностью изменения распределения по размерам капель раствора соли-окислителя в эмульсионном взрывчатом веществе. Например, в некоторых вариантах осуществления гомогенизатор 130 разрушает относительно большие капли раствора соли-окислителя и тем самым преобразует их в капли меньшего размера с более узким распределением по размерам. Благодаря такой обработке капель раствора соли-окислителя может повышаться (например, значительно повышаться) вязкость гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества.
[0024] В некоторых вариантах осуществления гомогенизацию обеспечивают путем воздействия на эмульсионное взрывчатое вещество напряжением сдвига. Гомогенизатор 130 может содержать устройство, такое как клапан, выполненное с возможностью создания напряжения сдвига в эмульсионном взрывчатом веществе (т. е. в газированной эмульсионной матрице 105). Кинетическая энергия для пропускания эмульсионного взрывчатого вещества через гомогенизатор 130 может быть обеспечена путем накачивания эмульсионной матрицы 105 под достаточным давлением перед диффузором 110.
[0025] В некоторых вариантах осуществления вязкость гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества может повышаться в результате гомогенизации по сравнению с эмульсионной матрицей 105 на более чем приблизительно 45 000 сП, например по меньшей мере приблизительно 50 000 сП, по меньшей мере приблизительно 60 000 сП, по меньшей мере приблизительно 80 000 сП или по меньшей мере приблизительно 100 000 сП. В некоторых вариантах осуществления повышение вязкости гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества по сравнению с эмульсионной матрицей 105 может составлять от приблизительно 45 000 сП до приблизительно 75 000 сП, от приблизительно 60 000 сП до приблизительно 90 000 сП, от приблизительно 75 000 сП до приблизительно 105 000 сП или от приблизительно 90 000 сП до приблизительно 140 000 сП. В некоторых вариантах осуществления вязкость гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества может быть равна 80 000 сП или более. Например, гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество может иметь вязкость от приблизительно 80 000 сП до приблизительно 150 000 сП, например от приблизительно 80 000 сП до приблизительно 100 000 сП, от приблизительно 90 000 сП до приблизительно 120 000 сП, от приблизительно 105 000 сП до приблизительно 135 000 сП или от приблизительно 120 000 сП до приблизительно 150 000 сП.
[0026] Гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество может быть доставлено в ствол 140 скважины для взрывания. Другими словами, гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество может быть доставлено посредством шланга и введено в ствол 140 скважины для последующего взрывания.
[0027] На ФИГ.2 представлен вариант осуществления технологического процесса 200, который похож на описанный выше технологический процесс 100 в определенных аспектах. Соответственно, аналогичные элементы имеют одинаковые позиционные обозначения, только первое цифровое обозначение заменено на «2». Например, вариант осуществления, изображенный на ФИГ.2, включает диффузор 210, который может быть в некоторых или во всех отношениях похож на диффузор 110, изображенный на ФИГ.1. Аналогичным образом на ФИГ.2 показан гомогенизатор 230, который может быть в некоторых или во всех отношениях похож на гомогенизатор 130, изображенный на ФИГ.2. Таким образом, нет необходимости повторять далее соответствующее описание, изложенное выше применительно к элементам, имеющим похожее обозначение. Кроме того, конкретные элементы технологического процесса 100, показанные или описанные со ссылкой на ФИГ.1, могут быть не показаны или не обозначены ссылочной позицией на чертежах, или не описаны конкретно в нижеследующем письменном описании. Однако такие элементы могут быть идентичными или по существу такими же, как элементы, показанные в других вариантах осуществления и/или описанные со ссылкой на такие варианты осуществления. Таким образом, соответствующие описания таких признаков в равной степени применимы к признакам согласно технологическому процессу 200 и соответствующим компонентам, изображенным на ФИГ.2. Любая подходящая комбинация признаков и их вариаций, описанная в отношении технологического процесса 100 и соответствующих элементов, показанных на ФИГ.1, может быть использована с технологическим процессом 100 и соответствующими компонентами, показанными на ФИГ.2, и наоборот.
[0028] Технологический процесс 200, показанный на ФИГ.2, по существу аналогичен технологическому процессу 100, описанному выше. Однако, в отличие от технологического процесса 100, показанного на ФИГ.1, технологический процесс 200, в частности, необязательно относится к эмульсионной матрице, смешанной на месте выполнения работ. В этом проиллюстрированном варианте осуществления раствор 201 соли-окислителя разделен на первую часть и вторую часть. Первую часть раствора 201 соли-окислителя смешивают с топливом 203 с образованием обогащенной топливом эмульсионной матрицы с низкой вязкостью. Топливо 203 по существу не содержит добавки, которая стабилизирует пузырьки газа.
[0029] Обогащенную топливом эмульсионную матрицу пропускают через диффузор 210 с образованием обогащенного топливом эмульсионного взрывчатого вещества. Затем вторую часть капель раствора 201 соли-окислителя смешивают с обогащенным топливом эмульсионным взрывчатым веществом с образованием более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества с повышенной вязкостью (термин «более сбалансированное» относится к кислородному балансу в эмульсионном взрывчатом веществе). Затем более сбалансированное эмульсионное взрывчатое вещество гомогенизируют с образованием гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества с дополнительно повышенной вязкостью.
[0030] В некоторых вариантах осуществления раствор 201 соли-окислителя перекачивают из одного или более контейнеров через разделитель 202 потока, который разделяет (например, разветвляет) раствор соли-окислителя в разных направлениях. Например, разделитель 202 потока может направлять первую часть раствора 201 соли-окислителя по первому пути 207, который ведет к первой зоне 204 смешивания, и в то же время разделитель потока также направляет вторую часть раствора 201 соли-окислителя по второму пути 208, который обходит первую зону смешивания и достигает второй зоны 206 смешивания. В некоторых вариантах осуществления равное количество раствора соли-окислителя направляют по первому пути 207 потока (т. е. по направлению к первой зоне 204 смешивания) и по второму пути 208 потока (т. е. по направлению ко второй зоне 206 смешивания). В других вариантах осуществления по второму пути 208 потока направляют большее количество в процентах раствора соли-окислителя, чем по первому пути 207 потока. Например, в некоторых вариантах осуществления от 55% до 65% раствора соли-окислителя направляют по второму пути 208 потока, а от 35% до 45% капель раствора соли-окислителя направляют по первому пути 207 потока. В альтернативном варианте осуществления по первому пути 207 потока может быть направлено большее количество в процентах раствора соли-окислителя, чем по второму пути 208 потока. В других вариантах осуществления вместо присоединения к одному разделителю 202 потока каждый из первого пути 207 потока и второго пути 208 потока соединяют с различными контейнерами с раствором 201 соли-окислителя.
[0031] После прохождения через разделитель 202 потока первая часть раствора 201 соли-окислителя поступает в первую зону 204 смешивания. Первая зона 204 смешивания выполнена с возможностью обеспечения смешивания раствора 201 соли-окислителя с топливом 203, например с дизельным топливом и эмульгатором. Другими словами, как раствор 201 соли-окислителя, так и топливо 203 можно накачивать в первую зону 204 смешивания. Раствор 201 соли-окислителя и топливо 203 можно смешивать в первой зоне смешивания с образованием обогащенной топливом эмульсионной матрицы. По мере выхода обогащенной топливом эмульсионной матрицы из первой зоны 204 смешивания обогащенная топливом эмульсионная матрица может иметь относительно низкую вязкость, например от приблизительно 8000 сП до приблизительно 14 000 сП.
[0032] Затем обогащенную топливом эмульсионную матрицу можно переносить из первой зоны 204 смешивания в диффузор 210. Диффузор 210 может быть по существу аналогичным диффузору 110, описанному выше. Например, диффузор 210 может быть выполнен с возможностью приема сжатого газа 220 и механического введения пузырьков газа в эмульсионную матрицу, которая проходит через диффузор 210. Таким образом, можно сенсибилизировать обогащенную топливом эмульсионную матрицу.
[0033] После выхода из диффузора 210 обогащенное топливом эмульсионное взрывчатое вещество может поступать во вторую зону 206 смешивания. Вторая зона 206 смешивания может быть выполнена с возможностью приема второй части раствора 201 соли-окислителя, подаваемого по второму пути 208 потока, и обеспечения таким образом смешивания второй части раствора 201 соли-окислителя с обогащенным топливом эмульсионным взрывчатым веществом, поступающим во вторую зону 206 смешивания. В некоторых вариантах осуществления содержание второй части раствора соли-окислителя составляет от приблизительно 45% до приблизительно 80% общего количества раствора 201 соли-окислителя в полученной эмульсии в расчете на массу. За счет смешивания второй части раствора 201 соли-окислителя с обогащенным топливом эмульсионным взрывчатым веществом можно повышать вязкость более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества. Например, в некоторых вариантах осуществления повышение вязкости более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества по сравнению с обогащенным топливом эмульсионным взрывчатым веществом составляет от приблизительно 6000 сП до приблизительно 20 000 сП (например от приблизительно 6000 сП до приблизительно 12 000 сП; от приблизительно 9000 сП до приблизительно 15 000 сП, от приблизительно 12 000 сП до приблизительно 18 000 сП или от приблизительно 15 000 сП до приблизительно 20 000 сП). Вязкость более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества может составлять от приблизительно 20 000 сП до приблизительно 35 000 сП, например от приблизительно 20 000 сП до приблизительно 26 000 сП; от приблизительно 23 000 сП до приблизительно 29 000 сП, от приблизительно 26 000 сП до приблизительно 32 000 сП или от приблизительно 29 000 сП до приблизительно 35 000 сП.
[0034] Более сбалансированное эмульсионное взрывчатое вещество может затем поступать в гомогенизатор 230. В гомогенизаторе 230 может происходить обработка более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества для изменения распределения по размерам капель раствора 201 соли-окислителя в эмульсии. Например, в некоторых вариантах осуществления гомогенизатор 230 разрушает относительно большие капли раствора 201 соли-окислителя и тем самым преобразует их в капли меньшего размера с более узким распределением по размерам. Благодаря такой обработке капель раствора соли-окислителя может повышаться (например, значительно повышаться) вязкость эмульсии. Посредством повышения давления в растворе 201 соли-окислителя можно обеспечивать по меньшей мере часть давления, требуемого для гомогенизации более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества. Благодаря гомогенизации можно также уменьшать размер пузырьков газа и более равномерно распределять пузырьки газа (т. е. более гомогенно) в эмульсии.
[0035] Например, вязкость гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества может быть повышена по сравнению с более сбалансированным эмульсионным взрывчатым веществом на более чем приблизительно 45 000 сП, например по меньшей мере приблизительно 50 000 сП, по меньшей мере приблизительно 60 000 сП, по меньшей мере приблизительно 80 000 сП или по меньшей мере приблизительно 100 000 сП. В некоторых вариантах осуществления повышение вязкости гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества может составлять от приблизительно 45 000 сП до приблизительно 75 000 сП, от приблизительно 60 000 сП до приблизительно 90 000 сП, от приблизительно 75 000 сП до приблизительно 105 000 сП или от приблизительно 90 000 сП до приблизительно 140 000 сП. Например, вязкость гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества может быть равна 80 000 сП или более. Например, гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество может иметь вязкость от приблизительно 80 000 сП до приблизительно 150 000 сП, например от приблизительно 80 000 сП до приблизительно 100 000 сП, от приблизительно 90 000 сП до приблизительно 120 000 сП, от приблизительно 105 000 сП до приблизительно 135 000 сП или от приблизительно 120 000 сП до приблизительно 150 000 сП.
[0036] Диффузор 210, изображенный на ФИГ.2, показан в виде отдельного компонента как первой зоны смешивания, так и второй зоны смешивания. Однако в других вариантах осуществления диффузор может быть выполнен за одно целое с первой зоной смешивания или второй зоной смешивания. Например, в некоторых вариантах осуществления зона смешивания включает два впускных отверстия для подачи жидкостей или эмульсий и третье впускное отверстие для подачи сжатого воздуха через пористый элемент. Текучие среды из каждого впускного отверстия могут быть объединены друг с другом для получения газированной эмульсии. Другими словами, входящая текучая среда из первого впускного отверстия, входящая текучая среда из второго впускного отверстия и сжатый газ из третьего впускного отверстия могут быть объединены в одном местоположении в зоне смешивания для образования газосодержащей эмульсии. Полученная газосодержащая эмульсия может выходить из зоны смешивания через выпускное отверстие для доставки, например, в другую зону смешивания или в гомогенизатор.
[0037] Благодаря повышенной вязкости гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества, как перекачиваемого, так и смешанного на месте выполнения работ, можно уменьшать миграцию пузырьков газа и/или коалесценцию пузырьков газа, в результате чего образуется эмульсионное взрывчатое вещество с повышенной стабильностью композиции. Другими словами, вследствие по меньшей мере частичного повышения вязкости гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества пузырьки газа внутри эмульсии могут обладать сниженной подвижностью и/или сниженной склонностью к слиянию с другими пузырьками газа.
[0038] Напротив, механически газированному эмульсионному взрывчатому веществу с относительно низкой вязкостью, не содержащему добавки для стабилизации пузырьков, как правило, свойственна проблема миграции пузырьков и коалесценции. При помещении газосодержащего эмульсионного взрывчатого вещества с относительно низкой вязкостью, в которое не включена добавка для стабилизации пузырьков, в ствол скважины, пузырьки газа в эмульсии могут перемещаться вверх (вследствие низкой плотности газа по сравнению с эмульсией), в результате чего получают композицию, в которой пузырьки газа неравномерно распределены по всей эмульсии. Благодаря неравномерному распределению пузырьков газа получают эмульсионные взрывчатые вещества со сниженной гомогенностью, нежелательными характеристиками и потенциально ухудшенной детонационной способностью. Пузырьки внутри эмульсии с относительно низкой вязкостью обычно могут также (отчасти вследствие повышенной подвижности) коалесцировать с другими пузырьками газа. За счет повышенной коалесценции пузырьков газа в эмульсионном взрывчатом веществе также снижается гомогенность, возникают нежелательные характеристики и, возможно, ухудшается детонационная способность.
[0039] Описанные в настоящем документе варианты осуществления механически газированных гомогенизированных эмульсионных взрывчатых веществ с относительно высокой вязкостью могут обладать большей устойчивостью к миграции пузырьков газа и/или коалесценции, и при этом не нужно применять добавки для стабилизации пузырьков.
[0040] Для специалиста в данной области техники в контексте настоящего описания будет очевидно, что для реализации описанных в настоящем документе способов может быть использовано любое количество систем. Кроме того, для специалиста в данной области техники в контексте настоящего описания будет очевидно, что механически газированные гомогенизированные эмульсионные взрывчатые вещества, описанные в настоящем документе, могут быть дополнительно обработаны с применением других способов, известных в данной области техники.
[0041] Например, может быть введено смазывающее вещество, такое как вода, при доставке гомогенизированной эмульсионной матрицы по трубопроводу в ствол скважины.
[0042] Дополнительные компоненты, такие как твердые сенсибилизаторы и/или добавки для повышения энергии, могут быть смешаны с гомогенизированными эмульсионными взрывчатыми веществами. Примеры твердых сенсибилизаторов включают, без ограничений, стеклянные или углеводородные микросферы, целлюлозные наполняющие агенты, наполняющие агенты из вспененных минералов и т. п. Примеры добавок для увеличения энергии включают, без ограничений, металлические порошки, такие как алюминиевый порошок, и твердые окислители. Примеры твердых окислителей включают, без ограничений, высвобождающие кислород соли, образованные в виде пористых сфер, также известных в данной области как «гранулы». Примеры высвобождающих кислород солей включают нитрат аммония, нитрат кальция и нитрат натрия. Может быть использован любой твердый окислитель, известный в данной области техники и совместимый с топливом из гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества. Гомогенизированные эмульсионные взрывчатые вещества также могут быть смешаны со взрывчатыми смесями, такими как смеси топливного масла с нитратом аммония (ANFO).
[0043] Описанные в настоящем документе механически газированные гомогенизированные эмульсионные взрывчатые вещества могут быть использованы в качестве взрывчатых веществ без оболочки, применяемых как над землей, так и под землей. Все стадии способа, описанные в настоящем документе, могут быть осуществлены с помощью передвижного блока обработки. После размещения внутри ствола скважины механически газированное гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество может быть взорвано любым подходящим способом. Например, механически газированные гомогенизированные эмульсионные взрывчатые вещества, описанные в настоящем документе, с достаточно низким содержанием воды могут быть достаточно сенсибилизированы для взрывания с помощью капсюля-детонатора №8 при свободном размещении или размещении в шпуре диаметром выше критического диаметра для конкретной плотности.
[0044] Любые способы, описанные в настоящем документе, включают в себя одну или более стадий или действий для осуществления описанного способа. Этапы и/или действия способа могут быть взаимозаменяемыми. Иными словами, если для надлежащей работы варианта осуществления не требуется конкретный порядок стадий или действий, порядок и/или использование определенных стадий и/или действий могут быть изменены. Более того, подпроцедуры или только часть способа, описанного в настоящем документе, могут представлять собой способ в рамках объема настоящего описания. Другими словами, некоторые способы могут включать только часть стадий, описанных более подробно.
[0045] В данном описании ссылка на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в отношении данного варианта осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления. Таким образом, приведенные в настоящем описании выражения или их вариации не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления.
[0046] Аналогичным образом для специалиста в данной области техники в контексте настоящего описания будет очевидно, что в приведенном выше описании вариантов осуществления различные признаки иногда сгруппированы в одном варианте осуществления, на одной фигуре или в ее описании в целях упрощения описания. Однако не следует считать, что в данном способе отражено намерение, согласно которому для любой формулы изобретения требуется большее число признаков, чем явным образом указано в этой формуле изобретения. Скорее, как следует из приведенных ниже пунктов формулы изобретения, обладающие признаками изобретения аспекты заключаются в комбинации меньшего количества признаков, чем все признаки любого отдельного описанного выше варианта осуществления. Таким образом, формула изобретения, следующая за настоящим подробным описанием, тем самым в прямой форме включена в настоящее подробное описание, причем каждый пункт формулы изобретения является самостоятельным в качестве отдельного варианта осуществления. Настоящее описание включает все сочетания независимых пунктов формулы изобретения с зависимыми от них пунктами формулы изобретения.
[0047] Включение в формулу изобретения термина «первый» по отношению к какому-либо признаку или элементу не обязательно предполагает наличие второго или дополнительного такого признака или элемента. Специалистам в данной области будет очевидно, что в отдельные аспекты описанных выше вариантов осуществления можно вносить изменения без отклонения от основных принципов, представленных в настоящем описании.
1. Способ изготовления эмульсионного взрывчатого вещества, включающий:
получение эмульсионной матрицы, содержащей дисперсную фазу капель раствора соли-окислителя, в непрерывной фазе топлива, причем начальная вязкость эмульсионной матрицы составляет от 4000 сП до 20 000 сП;
механическое введение пузырьков газа в эмульсионную матрицу для сенсибилизации эмульсионной матрицы и образования эмульсионного взрывчатого вещества и
гомогенизацию эмульсионного взрывчатого вещества с образованием гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества, имеющего вязкость, равную 80000 сП или более, и не содержащего добавок для стабилизации пузырьков газа.
2. Способ по п.1, в котором гомогенизация эмульсионного взрывчатого вещества включает воздействие на эмульсионное взрывчатое вещество напряжением сдвига.
3. Способ по п.2, в котором воздействие на эмульсию напряжением сдвига включает доставку эмульсии через перемешивающее устройство.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором топливо представляет собой топливное масло.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором менее 10% пузырьков газа, которые содержатся в эмульсии, непосредственно после гомогенизации коалесцируют с другими пузырьками в течение 3 минут после гомогенизации.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором газ представляет собой азот, гелий, благородный газ, воздух, углекислый газ или их комбинации.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором механическое введение газа в эмульсию включает доставку пузырьков газа диаметром 5 мкм или менее или же диаметром 1 мкм или менее.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором механическое введение газа в эмульсию включает доставку сжатого газа через пористый элемент в эмульсию.
9. Способ по п.8, в котором пористый элемент содержит одно или более из пористой керамики, спеченной стали или спеченного стекла.
10. Способ по любому из пп.1-9, в котором непрерывная фаза содержит эмульгатор, гомогенизирующую добавку или их комбинации.
11. Способ по любому из пп.1-10, дополнительно включающий накачивание эмульсионной матрицы для обеспечения по меньшей мере части давления, необходимого для гомогенизации эмульсионного взрывчатого вещества.
12. Способ по любому из пп.1-11, в котором как стадия (1) механического введения пузырьков газа в эмульсионную матрицу для сенсибилизации эмульсионной матрицы и образования эмульсионного взрывчатого вещества; так и стадия (2) гомогенизации эмульсионного взрывчатого вещества с образованием гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества происходят на одном передвижном блоке обработки.
13. Способ по любому из пп.1-12, дополнительно включающий протекание гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества по трубопроводу в ствол скважины.
14. Гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество, изготовленное способом по п.1.
15. Способ изготовления эмульсионного взрывчатого вещества, включающий:
разделение раствора соли-окислителя на первую часть и вторую часть;
смешивание первой части раствора соли-окислителя с топливом и сжатым газом с образованием обогащенного топливом эмульсионного взрывчатого вещества с низкой вязкостью, причем топливо по существу не содержит добавок для стабилизации пузырьков газа;
смешивание второй части раствора соли-окислителя с обогащенным топливом эмульсионным взрывчатым веществом с образованием более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества с повышенной вязкостью, составляющей от 6000 сП до 20000 сП, по отношению к обогащенному топливом эмульсионному взрывчатому веществу; и
гомогенизацию упомянутого более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества с образованием гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества с дополнительно повышенной вязкостью.
16. Способ по п.15, дополнительно включающий гомогенизацию упомянутого более сбалансированного эмульсионного взрывчатого вещества до получения гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества с вязкостью, равной 80000 сП или более.
17. Способ по п.15 или 16, в котором вторая часть раствора соли-окислителя составляет от приблизительно 45% до приблизительно 80% или от приблизительно 50% до приблизительно 70% общего количества раствора соли-окислителя в расчете на массу.
18. Способ по любому из пп.15-17, дополнительно включающий протекание гомогенизированного эмульсионного взрывчатого вещества по трубопроводу в ствол скважины.
19. Способ по любому из пп.15-18, дополнительно включающий повышение давления раствора соли-окислителя для обеспечения по меньшей мере части давления, необходимого для гомогенизации эмульсионного взрывчатого вещества.
20. Способ по любому из пп.15-19, в котором первую часть соли-окислителя смешивают с топливом перед смешиванием первой части и топлива со сжатым газом.
21. Способ по любому из пп.15-19, в котором первую часть соли-окислителя смешивают одновременно с топливом и сжатым газом.
22. Способ по любому из пп.15-19, в котором топливо дополнительно включает эмульгатор, гомогенизирующую добавку или их комбинацию.
23. Гомогенизированное эмульсионное взрывчатое вещество, изготовленное способом по п.15.
