[RU]

Сборка зарядов взрывчатых веществ содержит первый взрывной модуль, имеющий первую продольную оконечную часть с первым элементом механического соединения, второй взрывной модуль, имеющий вторую продольную оконечную часть со вторым элементом механического соединения, и трубчатый соединитель, имеющий первую оконечную часть, механически соединенную с первым элементом механического соединения, и вторую оконечную часть, механически соединенную со вторым элементом механического соединения, таким образом, чтобы первый взрывной модуль, соединитель и второй взрывной модуль были соединены друг с другом встык вдоль общей продольной оси. Каждый взрывной модуль может содержать бризантное взрывчатое вещество и детонатор, а соединитель может содержать модуль управления детонацией, электрический соединенный с детонаторами и сконфигурированный для детонации взрывных модулей.

(57) Реферат / Формула:

Сборка зарядов взрывчатых веществ содержит первый взрывной модуль, имеющий первую продольную оконечную часть с первым элементом механического соединения, второй взрывной модуль, имеющий вторую продольную оконечную часть со вторым элементом механического соединения, и трубчатый соединитель, имеющий первую оконечную часть, механически соединенную с первым элементом механического соединения, и вторую оконечную часть, механически соединенную со вторым элементом механического соединения, таким образом, чтобы первый взрывной модуль, соединитель и второй взрывной модуль были соединены друг с другом встык вдоль общей продольной оси. Каждый взрывной модуль может содержать бризантное взрывчатое вещество и детонатор, а соединитель может содержать модуль управления детонацией, электрический соединенный с детонаторами и сконфигурированный для детонации взрывных модулей.

---

P10837242EA
СБОРКА ЗАРЯДОВ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СПОСОБ ЕЕ
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящее изобретение притязает на приоритет, зарезервированный предварительной патентной заявкой США № 61/586 576, поданной 13 января 2012 года, под названием "EXPLOSIVE COMPOSITIONS, SYSTEMS AND METHODS OF USE THEREOF", которая ссылкой полностью включена в настоящее описание.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системам и способам для использования при производстве разрыва геологической формации, например, для доступа к геологическим энергетическим ресурсам.
ПРИЗНАТЕЛЬНОСТЬ ЗА ПОМОЩЬ ГОСУДАРСТВА
Настоящее изобретение было осуществлено при поддержке государства по контракту № DE-AC52-06NA25396, заключенному с Министерством энергетики США. Государство имеет определенные права на изобретение.
СТОРОНЫ ДОГОВОРА О СОВМЕСТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Исследовательские работы, описанные в настоящем документе, были проведены по договору о совместных научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках (НИОКР) между Лос-Аламосской национальной лабораторией (ЛАНЛ) и компанией Chevron в рамках союза между ЛАНЛ и Chevron (договор номер LA05C10518-PTS-21).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ресурсы, такие, как нефть, газ, вода и полезные ископаемые могут извлекаться из геологических формаций, таких, как сланцевые формации глубокого залегания, путем создания в формации зон расклиненного разрыва, тем самым создавая пути для потока флюидов. Для материалов на основе углеводородов, заключенных в плотных геологических формациях, этот способ осуществления разрыва обычно достигается процессом, известным как гидравлический разрыв пласта (ГРП). Гидравлический разрыв пласта - это распространение трещин в слое горной породы, вызванное присутствием разрывающей жидкости под высоким давлением. Этот тип разрыва производят из скважины, пробуренной в продуктивный пласт. Энергия от подачи разрывающей жидкости под высоким давлением создает новые каналы в горной породе, что может повысить степени извлечения и конечную добычу углеводородов. Ширину разрыва после остановки закачки жидкости можно поддерживать добавлением в закачиваемую жидкость проппанта, такого, как зерна песка, керамика или иные твердые частицы. Хотя эта технология обладает потенциалом в части доступа к большим количествам эффективных энергетических ресурсов, практика гидравлического разрыва пласта привлекла пристальное внимание международного сообщества в связи с обеспокоенностью относительно влияния этих практик на окружающую среду, здоровье и безопасность. Экологические проблемы, связанные с использованием гидравлического разрыва пласта, включают возможность загрязнения подземных вод, риски для качества воздуха, возможное высвобождение на поверхность газов и химических веществ, используемых для гидравлического разрыва пласта, неправильное обращение с отходами и последствия этих факторов для здоровья. Фактически, в некоторых странах использование гидравлического разрыва пласта приостановлено или даже запрещено.
Следовательно, существует необходимость в альтернативных способах добычи энергетических ресурсов, захваченных в геологических формациях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Взрывные устройства и сборки зарядов взрывчатых веществ описаны в настоящей заявке для применения при осуществлении разрыва геологической формации. В одном примере сборка зарядов взрывчатых веществ содержит первый трубчатый взрывной модуль, имеющий первую продольную оконечную часть с первым элементом механического соединения, второй трубчатый взрывной модуль, имеющий вторую продольную оконечную часть со вторым элементом механического соединения, и трубчатый соединитель, имеющий первую оконечную часть, механически соединенную с первым элементом механического соединения, и вторую оконечную часть, механически соединенную со вторым элементом механического соединения, таким образом, чтобы первый взрывной модуль, соединитель и второй взрывной модуль были соединены друг с другом встык вдоль общей продольной оси. Каждый взрывной модуль может содержать бризантное взрывчатое вещество (БВВ) и детонатор, а соединитель может содержать модуль управления детонацией, электрический соединенный с детонаторами и сконфигурированный для детонации взрывных модулей.
В некоторых вариантах осуществления, например, взрывчатая композиция может содержать неидеальное БВВ, такое, как вещество, имеющее плотность энергии, большую либо равную 12 кДж/см3 в качестве теоретически максимальной плотности при использовании. Шкала времени высвобождения энергии может находиться в двух периодах фазы детонации, при этом с высвобождением 30% - 40% энергии в волне расширения Тейлора.
В некоторых вариантах осуществления первый элемент механического соединения содержит первый участок с внешней резьбой, второй элемент механического соединения содержит второй участок с внешней резьбой, и соединитель содержит первую оконечную часть с внутренней резьбой, которая навинчена в первый участок с внешней резьбой первого взрывного модуля, и соединитель содержит вторую оконечную часть с внутренней резьбой, которая навинчена во второй участок с внешней резьбой второго взрывного модуля. В некоторых вариантах осуществления внешняя резьба первого взрывного модуля
может быть левосторонней резьбой, а внешняя резьба второго взрывного модуля может быть правосторонней резьбой.
В некоторых вариантах осуществления вращение соединителя относительно первого и второго взрывных модулей может быть заблокировано посредством первой пластины, прикрепляющей первую оконечную часть соединителя к первой оконечной части первого взрывного модуля, и второй пластины, прикрепляющей вторую оконечную часть соединителя ко второй оконечной части второго взрывного модуля.
В некоторых вариантах осуществления соединитель имеет трубчатый наружный корпус и модуль управления детонацией, расположенный в трубчатом наружном корпусе. Модуль управления детонацией может быть сконфигурирован для подачи силового импульса по меньшей мере на один детонатор первого или второго взрывных модулей. Модуль управления детонацией может содержать оптически запускаемый диод, установленный между высоковольтным конденсатором и по меньшей мере одним детонатором, при этом высоковольтный конденсатор подает силовой импульс по меньшей мере на один детонатор, когда оптически запускаемый диод пропускает ток от высоковольтного конденсатора. Модуль управления детонацией также может содержать лазерный диод, освещающий оптически запускаемый диод, пропускающий ток от высоковольтного конденсатора. Оптически запускаемый диод может быть диодом с обратным смещением перехода, и ток от высоковольтного конденсатора может быть вызван оптически запускаемым диодом в режиме лавинного пробоя.
Модуль управления детонацией может быть электрически соединен с первым детонатором первого взрывного модуля и вторым детонатором второго взрывного модуля, и сконфигурирован для осуществления детонации обоих взрывных модулей.
Модуль управления детонацией может вращаться внутри трубчатого наружного корпуса соединителя, позволяя, таким образом, корпусу вращаться во время сборки без перекручивания проводных соединений внутри него.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из первого и второго взрывных модулей содержит выступ, соединенный с модулем управления детонацией. Выступ фиксирует положение при вращении модуля управления детонацией относительно соответствующего взрывного модуля, в то же время, позволяя наружному корпусу соединителя вращаться относительно соответствующего взрывного модуля и модуля управления детонацией. Один или несколько выступов могут являться проходящими в осевом направлении штифтом. В некоторых вариантах осуществления каждый из первого и второго взрывных модулей может содержать соответствующие выступы, соединенные с модулем управления детонацией, при этом выступы фиксируют положение при вращении модуля управления детонацией относительно соответствующих взрывных модулей в то же время, позволяя наружному корпусу соединителя вращаться относительно первого и второго взрывных модулей и модуля управления детонацией.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из первого и второго взрывных модулей содержит метательный заряд. В некоторых таких вариантах осуществления по меньшей мере один из первого и второго взрывных модулей, содержащих метательный заряд, дополнительно содержит два детонатора метательных зарядов, по одному на каждом осевом конце каждого взрывного модуля. Детонаторы метательных зарядов могут содержать керамический струйный инициатор.
В другом примере взрывной модуль содержит трубчатый корпус, торцевую крышку и детонатор. Корпус содержит первую продольную оконечную часть, вторую продольную оконечную часть и внутреннюю камеру, сконфигурированную для вмещения взрывчатого вещества или метательного заряда. Первая продольная оконечная часть содержит первую внешнюю резьбу с
первой ориентацией резьбы, а вторая продольная оконечная часть содержит вторую внешнюю резьбу со второй ориентацией резьбы, противоположной первой ориентации резьбы. Торцевая крышка прикреплена к первой продольной оконечной части корпуса и содержит центральное продольное отверстие и по меньшей мере один сальник, сконфигурированный для вмещения герметичным образом провода, проходящего через торцевую крышку. Детонатор проходит через центральное продольное отверстие в торцевой крышке и имеет первый участок, проходящий во внутреннюю камеру и сконфигурированный для поддержания в контакте с взрывчатым веществом или метательным зарядом в нем, и второй участок, сконфигурированный для электрического соединения с модулем управления детонацией.
В некоторых вариантах осуществления взрывной модуль дополнительно содержит второй трубчатый корпус, вторую торцевую крышку, второй детонатор и соединитель. Второй корпус содержит первую продольную оконечную часть, вторую продольную оконечную часть и внутреннюю камеру, сконфигурированную для вмещения взрывчатого вещества или метательного заряда. Первая продольная оконечная часть второго корпуса содержит первую внешнюю резьбу с первой ориентацией резьбы, а вторая продольная оконечная часть второго корпуса содержит вторую внешнюю резьбу со второй ориентацией резьбы, противоположной первой ориентации резьбы. Вторая торцевая крышка прикреплена ко второй продольной оконечной части второго корпуса и содержит центральное продольное отверстие и по меньшей мере один сальник, сконфигурированный для вмещения герметичным образом провода, проходящего через вторую торцевую крышку. Второй детонатор проходит через центральное продольное отверстие во второй торцевой крышке и имеет первый участок, проходящий во внутреннюю камеру второго корпуса и сконфигурированный для поддержания в контакте с взрывчатым веществом или метательным зарядом в нем, и второй участок, сконфигурированный для электрического соединения с модулем управления детонацией. Соединитель навинчен на первую внешнюю резьбу трубчатого корпуса и навинчен на вторую внешнюю резьбу второго трубчатого корпуса для скрепления трубчатого
корпуса и второго трубчатого корпуса друг с другом при продольном выравнивании. Соединитель дополнительно содержит модуль управления детонацией, электрически соединенный с первым и вторым детонаторами.
Примерный способ соединения взрывных модулей друг с другом включает расположение соединительной муфты при осевом выравнивании между первым взрывным модулем и вторым взрывным модулем, и вращение соединительной муфты относительно первого и второго взрывных модулей, таким образом, чтобы первая оконечная часть соединительной муфты навинчивалась на первую оконечную часть первого взрывного модуля, а вторая оконечная часть соединительной муфты навинчивалась на вторую оконечную часть второго взрывного модуля.
Вращение соединительной муфты может включать прикрепление соединительной муфты к обоим из первого и второго взрывных модулей, одновременно. В некоторых вариантах осуществления вращение соединительной муфты приводит первый и второй взрывные модули в движение в осевом направлении навстречу друг другу, когда соединительная муфта прикреплена резьбовым способом к первому и второму взрывным модулям. В некоторых вариантах осуществления вращение соединительной муфты включает не сообщающие движение осевые предварительные напряжения между первым и вторым взрывным модулем и соединительной муфтой. В некоторых вариантах осуществления способ может включать прикрепление соединительной муфты к первому и второму взрывным модулям посредством первой и второй пластин, соответственно, для предотвращения дальнейшего вращения между соединительной муфтой и первым и вторым взрывными модулями.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно включать выполнение внутри соединительной муфты электрического соединения модуля управления детонацией с соответствующими детонаторами первого и второго взрывных модулей. В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно включать выполнение внутри соединительной муфты
электрического соединения модуля управления детонацией с первым кабелем управления, полностью проходящим через первый взрывной модуль.
Вышеупомянутые и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевиднее из последующего подробного описания, которое ведется со ссылками на прилагаемый графический материал.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
ФИГ. 1 представляет собой разрез геологической формации, доступной через буровую скважину.
ФИГ. 2 представляет собой увеличенный вид части ФИГ. 1, на котором показана ближняя часть примерной колонны взрывных инструментов, вводимой в буровую скважину.
ФИГ. 3 представляет собой разрез части колонны взрывных инструментов, расположенной в искривленной части буровой скважины.
ФИГ. 4 представляет собой разрез дальней части колонны взрывных инструментов, имеющей протягивающий механизм, предназначенный для протягивания по буровой скважине.
ФИГ. 5 представляет собой разрез колонны взрывных инструментов, полностью введенной в буровую скважину и готовой к детонации.
ФИГ. 6 представляет собой разрез перпендикулярно продольной оси примерного модуля колонны взрывных инструментов в буровой скважине.
ФИГ. 7 представляет собой вид в перспективе примерной части колонны взрывных инструментов.
ФИГ. 8A-8G представляют собой схематические виды альтернативных примерных частей колонн взрывных инструментов.
ФИГ. 9 представляет собой вид в перспективе примерного модуля колонны взрывных инструментов.
ФИГ. 10 представляет собой вид с частичным разрезом в перспективе части модуля на ФИГ. 9.
ФИГ. 11 представляет собой увеличенный вид части ФИГ. 10.
ФИГ. 12 представляет собой покомпонентный вид примерной взрывной системы.
ФИГ. 13 и 14А представляют собой виды в разрезе системы на ФИГ. 12 по продольной оси.
ФИГ. 14В-14D представляют собой виды в разрезе, показывающие альтернативные механические соединительные системы.
На ФИГ. 15 показана блок-схема, представляющая примерный блок управления детонацией.
ФИГ. 16А-16С представляют собой виды в перспективе одного варианта осуществления блока управления детонацией.
На ФИГ. 17 приведена принципиальная схема, представляющая примерный блок управления детонацией.
ФИГ. 18 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерный способ, раскрытый в настоящем документе.
ФИГ. 19 представляет собой вид с частичным разрезом в перспективе теоретической картины скачков уплотнения, создаваемой взорванной колонной взрывных инструментов.
ФИГ. 20 и 21 представляют собой вертикальные разрезы геологической формации по оси скважины, на которых показаны картины нарушения целостности в результате взрыва.
ФИГ. 22A - схема, на которой представлены области высокого и низкого напряжения в геологической формации вскоре после взрыва.
ФИГ. 22В - схема, на которой показана степень нарушения целостности в геологической формации вскоре после взрыва.
ФИГ. 22С - схема, на которой проиллюстрированы разные геологические слои, присутствующие в зоне нарушения целостности.
ФИГ. 23 представляет собой график давлений как функции расстояния от скважины для примерного взрыва.
ФИГ. 24 представляет собой график дебитов газа как функции времени для разных участков скважины при использовании разных способов осуществления разрыва.
ФИГ. 25 представляет собой график общей добычи газа как функции времени для разных участков скважины при использовании разных способов осуществления разрыва.
ФИГ. 26А иллюстрирует плоскости детонации в результате инициирования пар труб, содержащих метательный заряд, по существу одновременно по всей их длине и промежуточной пары труб, содержащих бризантное взрывчатое вещество, от их прилегающих концов.
ФИГ. 26В иллюстрирует примерное размещение соединенных чередующихся пар труб, содержащих метательный заряд и бризантное взрывчатое вещество.
ФИГ. 27 представляет собой схематическую иллюстрацию системы команд и управления, содержащей передвижное транспортное средство центра контрольно-измерительных приборов и передвижное транспортное средство центра управления.
ФИГ. 28 представляет собой схематическую иллюстрацию системы команд и управления, содержащей центр контрольно-измерительных приборов и центр управления.
ФИГ. 29 представляет собой блок-схему примерной логики для контроля выключателей и системы связи в центре управления.
ФИГ. 30 представляет собой блок-схему примерной логики для контроля системы связи и обновления состояния в центре контрольно-измерительных приборов.
ФИГ. 31 представляет собой блок-схему примерной логики для процессов связи, осуществляемых средствами вычислительной техники в центре контрольно-измерительных приборов.
ФИГ. 32 представляет собой блок-схему примерной логики для проведения обработки физических сигналов средствами вычислительной техники в центре контрольно-измерительных приборов.
ФИГ. 33 представляет собой блок-схему примерной логики для программного интерфейса в центре управления.
ФИГ. 34 представляет собой блок-схему примерной логики для менеджера прерываний, предназначенного для контроля состояния элементов, таких, как контрольно-измерительные приборы, подключенных к центру контрольно-измерительных приборов системы.
ФИГ. 35А представляет собой схематическую иллюстрацию примерного дисплея в центре управления.
ФИГ. 35В - схематическая иллюстрация одного примера функциональной организации различных задач между центром управления и центром контрольно-измерительных приборов.
ФИГ. 35C - схематическая иллюстрация функций, которые могут выполняться центром команд и управления.
ФИГ. 36А - схематическая иллюстрация примерных средств вычислительной техники, которые могут использоваться, как в центре управления, так и в центре контрольно-измерительных приборов реализации функций системы команд и управления.
ФИГ. 36В - схематическая иллюстрация сети связи, обеспечивающей связь между средствами вычислительной техники в центре управления и средствами вычислительной техники в центре контрольно-измерительных приборов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
I. Вступление
Хотя использование источников с высокой плотностью энергии (ВПЭ), таких, как взрывчатые вещества, с целью стимулирования проницаемости в коллекторах углеводородов уже исследовалось ранее, радиус разрыва от ствола скважины с этими технологиями никогда не проходил более нескольких футов в радиальном направлении от ствола скважины. Стимулирование проницаемости в плотных формациях в настоящее время, в основном, осуществляется процессом, известным как гидравлический разрыв пласта. При гидравлическом разрыве пласта химически обработанная вода закачивается в коллектор по пробуренной скважине для гидравлического разрыва горной породы с образованием ограниченной сети расклиненных трещин для притока углеводородов в эксплуатационную скважину. Химические вещества и полученная вода, используемые в этом способе, могут считаться опасными для окружающей среды.
В прошлых исследованиях и нынешней практике стимулирования проницаемости в формации с ограниченным естественным притоком углеводородов не в полной степени используется информация, полученная в результате подробного анализа, как свойств формации, так и кастомизации
системы ВПЭ для создания зоны наибольшей проницаемости, экономически эффективной и экологически безопасной. Некоторые системы, раскрытые в настоящем описании, учитывают наилучшие оценки поведения ударной волны в конкретной геологической формации и могут быть геометрически выполненными и отрегулированными по времени детонации для усиления выгодного смешивания нескольких ударных волн из нескольких источников для продления разрушения/нарушения целостности горной породы на экономически оправданные расстояния. В зависимости от физико-геологических свойств формации ударные волны распространяются с разными скоростями и разным затуханием. Эти свойства включают прочность, пористость, плотность, содержание углеводородов, содержание воды, насыщения и ряд других существенных атрибутов.
С учетом вышеизложенного, предлагаются взрывные системы, композиции и способы, разработанные для использования при разрыве геологических формаций с целью обеспечения доступа к энергетическим ресурсам, таким, как геотермальные коллекторы и коллекторы углеводородов, без необходимости при этом закачивать под землю миллионы галлонов воды или других химических добавок или проппантов, связанной с обычным гидравлическим разрывом пласта. Некоторые раскрытые способы и системы, такие, как способы и системы для усиления проницаемости в геологических формациях с ограниченным естественным притоком углеводородов, включают преимущественное размещение и согласование по времени источников с ВПЭ, которые могут включать взрывчатые вещества и метательные заряды специальной композиции. В некоторых примерах раскрытые способы и системы включают системы бризантных взрывчатых веществ (БВВ), системы метательных зарядов (МЗ) и другие инертные системы. Преимущественное размещение и согласование по времени источников с ВПЭ обеспечивают расчетное слияние ударных волн в геологической формации с намеченной целью усиления проницаемости.
Преимущественного размещения источников с ВПЭ можно достичь с помощью запроектированной системы, предназначенной для доставки ударной волны в
интересуемые геологические формации. Для управления взрыванием одного или нескольких зарядов взрывчатого вещества и / или управления инициированием одного или нескольких метательных зарядов, как в системе усиления проницаемости, может использоваться раскрытая высококачественная передвижная лаборатория физики детонации (HFMDPL).
Некоторые преимущества над обычным гидроразрывом пласта, которые можно приписать композициям с ВПЭ, включают следующие: (1) результирующая зона нарушенной целостности вокруг буровой скважины, в прилегающей к которой горной породе выполнено стимулирование проницаемости, может представлять собой по существу зону 360° вокруг буровой скважины по сравнению с традиционными гидроразрывами пласта, которые распространяются в одной плоскости от буровой скважины в направлении максимального основного напряжения в горной породе или проходят по ранее существовавшему разрыву; (2) используемая зона нарушения целостности может проходить до значительного радиуса от ствола скважины, например, до радиуса или среднего радиуса, ожидаемого по меньшей мере в три раза большего по сравнению со сплошным зарядом равной мощности, например, большего в шесть раз; (3) раскрытые композиции и системы с ВПЭ имеют остаточные побочные продукты, не причиняющие вреда окружающей среде; и (4) способность производить взрывы, подогнанные под конкретные геологические разрезы, тем самым направляя силу взрыва радиально от ствола скважины для высвобождения требуемого энергетического ресурса без существенного распыления геологического материала в непосредственной близости от буровой скважины, которое может вызывать забивание путей притока и напрасный расход энергии.
В настоящем документе описаны различные примерные взрывные устройства, системы, способы и композиции. Последующее описание является примерным по своему характеру и не предназначено для ограничения объема, применимости и конструктивного исполнения изобретение каким-либо образом. В функцию и расположение элементов, описанных в настоящем документе, могут вноситься
WO/2013/151604
PCT/US2013/021484
различные изменения в пределах объема изобретения.
Термины и аббревиатуры
Термины
В том значении, в каком он используется в настоящем описании, термин "детонация" (и его грамматические варианты) не ограничивается традиционными определениями, и включает также дефлаграпию и мгновенное сгорание, и другие формы горения и энергетических химических реакций.
В том значении, в каком он используется в настоящем описании, термин "детонатор" используется в широком смысле и включает любое устройство, предназначенное вызывать химическую реакцию, в том числе детонаторы взрывных устройств и инициаторы метательных зарядов, запалы и подобные устройства. Кроме того, термин "детонация" используется в широком смысле и включает также детонацию, инициирование, зажигание и воспламенение. Таким образом, ссылка на детонацию (например, в выражении "сигнал управления детонацией") включает детонирование заряда взрывчатого вещества (если присутствует заряд взрывчатого вещества), например, в ответ на сигнал управления взрыванием, и инициирование горения метательного заряда (если присутствует метательный заряд), например, в ответ на сигнал управления взрыванием.
Кроме того, выражение "и / или" в перечнях изделий включает изделия индивидуально, все изделия в комбинации и все возможные подкомбинации изделий. Так, например, выражение "заряд взрывчатого вещества и / или метательный заряд" означает "один или несколько зарядов взрывчатого вещества", "один или несколько метательных зарядов" и "один или несколько зарядов взрывчатого вещества и один или несколько метательных зарядов".
В том значении, в каком они используются в настоящем описании, формы в единственном числе включают формы во множественном числе, если контекст четко не диктует иначе. Кроме того, слово "включает" означает "содержит".
Далее, термин "связанный" обычно означает связанный электрически, электромагнитно и / или физически (например, механически или химически) и не исключает присутствие промежуточных элементов между связанными или ассоциированными изделиями.
Следует также понимать, что все размеры, расстояния и количества приводятся для описания. Хотя на практике или при испытании настоящего изобретения могут использоваться способы и материалы, подобные или эквивалентные описанным в настоящем документе, ниже описываются лишь некоторые подходящие способы и материалы. Все публикации, патентные заявки, патенты и иная литература, упоминаемые в настоящем описании, ссылкой полностью в него включаются. В случае противоречия преимущественную силу будет иметь настоящее описание, включая объяснения терминов.
п. Аббревиатуры
А1: алюминий
CL-20: 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан
DAAF: диаминофзоксифуразан
ETN: эритритолтетранитрат
ЭГДН: этиленгликольдинитрат
FOX-7: 1,1-диамино-2,2-динитроэтен
GAP: глицидилазидный полимер
НМХ: октоген, октагидро-1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетразоцин HNS: гексанитростильбен
БВВ: бризантное взрывчатое вещество ВПЭ: высокая плотность энергии
HFMDPL: высококачественная передвижная лаборатория физики детонации
LAX-112: 3,6-диамино-1,2,4,5-тетразин-1,4-диоксид
НГ: нитроглицерин
НТО: 3-нитро-1,2,4-триазол-5-он
NQ: нитрогуанидин
ПЭТН: пентаэритритолтетранитрат
МЗ: метательный заряд (заряды)
RDX: пиклонит, гексоген, 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан, 1,3,5-тринитрогексагидро-сим-триазин
ТАГН: триаминогаунидина нитрат
ТНАЗ: 1,3,3-тринитроазетидин
ТАТБ: триаминотринитробензол
ТНТ: тринитротолуол
III. Примерные системы
Предлагаются системы для усиления проницаемости геологической формации, например, в плотных соприкосновениях геологической формации. В некоторых примерах система для усиления проницаемости включает по меньшей мере одну систему бризантного взрывчатого вещества (БВВ). Например, система БВВ может включать одно или несколько БВВ, таких, как литые отверждающиеся БВВ. Желательные характеристики системы БВВ могут включать одну или несколько из следующих характеристик: система БВВ безопасна для
окружающей среды; БВВ безопасно в обращении, при хранении и использовании во всех требуемых исполнениях и во всех средах промышленных буровых скважин; БВВ имеет высокую плотность запасенной энергии (например, общую плотность запасенной химической энергии), например, по
3 3
меньшей мере 8 кДж/см , по меньшей мере 10 кДж/см или по меньшей мере 12 кДж/см"; и БВВ является высоко неидеальным. Неидеальное БВВ можно определить, например, как БВВ, в котором 30-40% или более метастабильно запасенной химической энергии преобразуются в горячие получаемые газы БВВ после фронта детонации (фронта ударной волны) в дефлагрирующей волне Тейлора. Дополнительные сведения о химических композициях БВВ приведены ниже (см., например, раздел VIII).
Некоторые примерные системы для усиления проницаемости включают одну или несколько систем метательного заряда (МЗ), например, одну или несколько систем МЗ в аксиальном пространстве по стволу скважины между системами БВВ, которые могут добавить в систему больше используемой энергии и / или помочь направить энергию из систем БВВ радиально в геологическую формацию, а не в аксиальном направлении по стволу скважины, без ущерба для цели взаимодействия волн, которую преследует аксиальное пространственное разделение зарядов. МЗ системы могут повышать давление в скважине и / или добавлять в скважине несжимаемый материал или материал с низкой сжимаемостью между системами БВВ для предотвращения распространения энергии высокого давления из систем БВВ в аксиальном направлении по стволу скважины. Системы МЗ могут дополнительно повышать или поддерживать высокое давление в кольцевой области скважины между наружной стороной систем БВВ и стенками скважины. Поддерживание высокого давления в скважине помогает поддерживать распространяющуюся радиально наружу волну энергии, вызывающую расширение области значительного разрыва в радиальном направлении. В том значении, в каком он используется в настоящем описании, термин "скважина" означает любое отверстие, выполненное в геологической формации с целью разведки или добычи природных ресурсов, таких, как вода, газ или нефть. Термин "скважина" может взаимозаменяемо
использоваться с терминами "буровая скважина", "ствол скважины" и другими подобными терминами в этом случае применения.
Давление, создаваемое продуктами сгорания МЗ, замкнутыми в скважине, является фактором, способствующим радиальному распространению волн энергии БВВ. Желательные характеристики примерной системы МЗ включают одну или несколько из следующих характеристик: система МЗ безопасна для окружающей среды; материал безопасен в обращении, при хранении и использовании во всех требуемых исполнениях и во всех средах промышленных буровых скважин; и МЗ дефлагрирует без перехода в детонацию к контексте отдельно хронированного БВВ применительно к конкретной геометрии и конкретному материалу. Активный материал в системе МЗ может представлять собой один или несколько из самых разных материалов, включая: инертные материалы, такие, как соляной раствор, вода и буровой раствор, и энергетические материалы, такие, как взрывчатое вещество, горючее вещество и / или химически активные вещества. Эти материалы могут быть безопасными для окружающей среды и безопасными в обращении, при хранении и использовании во всех требуемых исполнениях и во всех средах промышленных буровых скважин. Предполагается, что материал МЗ по своему характеру может быть текучим, полутекучим или твердым. Желательно, системы МЗ содержат или создают продукт, обладающий низкой сжимаемостью. Дополнительные сведения о примерных метательных зарядах приведены ниже (см., например, в разделе VIII).
Оптимизированные применительно к конкретной геометрии и конкретному материалу конструктивные исполнения предлагаемых систем обеспечивают несколько тщательно синхронизированных событий детонации вдоль колонн БВВ-МЗ в среде скважины. Предлагаемые системы оптимизируют взаимодействие нескольких ударных волн и волн разрежения в окружающей формации, тем самым создавая 360-грудусные зоны нарушения целостности, которые могут иметь в три-четыре раза больший радиус по сравнению с эквивалентным радиусом непрерывной детонирующей колонной таких же БВВ.
Кроме того, оптимизированные слои материала между стенкой скважины и радиально наружными поверхностями колонны БВВ-МЗ могут минимизировать количество энергии, расходуемой на дробление/измельчение геологического материала возле скважины/эпицентра, тем самым оптимизируя переход наличествующей энергии в геологический материал, который, таким образом, максимизирует полезные действия нарушения целостности и максимизирует каналы притока через материал с нарушенной целостностью.
На ФИГ. 1 показан разрез примерной геологической формации 10, содержащей целевую зону 12, содержащую энергетический ресурс, расположенную ниже еще одного геологического слоя или перекрывающих пород 14. Примерная скважина 16 проходит от буровой установки 18 на поверхности, через перекрывающие породы 14, и в целевую зону 12. Скважина 16 может выполняться с различными конфигурациями в зависимости от формы геологических формаций, например, с использованием известных методов направленного бурения. В проиллюстрированном примере скважина 16 от буровой установки 18 через перекрывающие породы 14 проходит практически вертикально, а затем искривляется и проходит через целевую зону 12 практически горизонтально. В некоторых вариантах осуществления скважина 16 может проходить через две или более целевых зон 12 и / или через две или более перекрывающих пород 14. В некоторых вариантах осуществления скважина может быть практически вертикальной, проходящей под углом между вертикалью и горизонталью, частично искривленной в одной или нескольких частях, разветвленной на две или более подскважины и / или иметь иные известные конфигурации скважины. В некоторых вариантах осуществления целевая зона может находиться на поверхности или возле нее и не покрываться перекрывающими породами. Целевая зона 12 показана имеющей горизонтальную ориентацию, но может иметь любую формы или ориентацию.
Как показано на ФИГ. 2, после выполнения скважины 16 в скважину может вставляться колонна 20 взрывных инструментов. Колонна 20 может содержать один или несколько модулей 22, соединенных последовательно одним или
несколькими соединителями 24. Модули 22 могут представлять собой модули взрывчатого вещества, модули метательного заряда, инертные модули и / или иные модули, описанные в настоящем документе. Модули 22 и соединители 24 могут соединяться впритык в различных сочетаниях вместе с другими компонентами для образования удлиненной колонны 20. Колонна 20 может дополнительно содержать ближнюю часть 26, соединяющую колонну с наземными сооружениями и устройствами управления, чтобы поддерживать аксиальный вес колонны, для проталкивания колонны в скважину и / или электрического управления модулями 22.
Как показано на ФИГ. 3, один или несколько соединителей 24 могут представлять собой гибкие соединители 28, а один или несколько соединителей 24 могут представлять собой жесткие соединители 30. Гибкие соединители 28 могут позволять колонне изгибаться или искривляться, как показано на ФИГ. 3. В примере на ФИГ. 3 каждый второй соединитель является гибким соединителем 28, а остальные соединители являются жесткими или полужесткими соединителями 30. В других колоннах 20 число и расположение гибких или жестких соединителей может варьировать. Гибкие соединители 28 могут выполняться так, чтобы позволять прилегающим модулям 22 поворачиваться со смещением от оси относительно друг друга в любом радиальном направлении, в то время как жесткие соединители 30 могут выполняться так, чтобы поддерживать прилегающие модули 22 по существу соосными. Степень гибкости гибких соединителей 28 может иметь меняющуюся величину. В некоторых вариантах осуществления колонна 20 может содержать по меньшей мере один гибкий соединитель, или поворотное трубопроводное соединение, и предназначаться для прохождения по искривленной скважине, имеющей радиус кривизны менее 500 футов. Дополнительные случаи гибких соединителей с меньшими интервалами между ними могут дополнительно уменьшить минимальный радиус кривизны, который может пройти колонна. Кроме того, каждое стык вдоль колонны может выполняться с некоторым количеством свободного хода (люфта), чтобы обеспечить дополнительную гибкость колонны. Стыки могут выполняться с использованием резьбового
соединения между соседними модулями и соединителями, и рассчитаны допускать перемещение со смещением от оси в небольшой степени в каждом стыке, как дополнительно описано ниже.
Как показано на ФИГ. 3, дальний конец колонны 20 может содержать переднюю конусообразная деталь 32 или иную деталь в помощь прохождения колонне на дальнем конце по скважине 16 с минимальным сопротивлением. В некоторых вариантах осуществления, как показано на ФИГ. 4, дальний конец колонны 20 может содержать протягивающий механизм 34, предназначенный для активного протягивания колонны по скважине 16 за счет взаимодействия со скважиной перед модулями 22.
На ФИГ. 5 показана примерная колонна 20, полностью введенная в скважину 16, причем модули 22 прошли искривленную часть скважины и расположены горизонтально, как и целевая зона 12. В этом положении колонна 20 может быть готова к детонации.
ФИГ. 6 представляет собой разрез примерного модуля 22, расположенного в скважине 16. Модуль 22 содержит материал 36, который может представлять собой взрывчатое вещество высокой энергии, метательный заряд, соляной раствор и / или другие материалы, как описано в настоящем документе. Пространство между наружной поверхностью колонны 20 (представленной модулем 22 на ФИГ. 6) и внутренней стенкой скважины 16 может заполнять флюидный материал 38, например, соляной раствор. Внутренний диаметр модуля 22 D1, наружный диаметр модуля и колонны 20 D2 и диаметр скважины D3, могут быть разными, как описано в настоящем документе. Например, D1 может быть примерно 6,5 дюймов, D2 - примерно 7,5 дюймов и D3 - примерно 10 дюймов.
Каждый модуль 22 может представлять собой модуль БВВ, модуль МЗ, инертный модуль или иной тип модуля. Два или более прилегающих модулей 22 могут образовывать систему, которая, кроме того, может включать один или несколько прилегающих соединителей. Например, на ФИГ. 7 показана
примерная колонна 20, содержащая несколько модулей БВВ 40 и несколько модулей МЗ 42. Каждая прилегающая пара модулей БВВ 40 и промежуточный соединитель 24 могут образовывать систему БВВ 44. Каждая прилегающая пара модулей МЗ 42 и три прилегающих соединителя 24 (промежуточный соединитель и два соединителя на противоположных концах модулей МЗ) могут образовывать систему МЗ 46. В других вариантах осуществления любое число модулей 20 данного типа могут соединяться для образования системы этого типа. Кроме того, в разных вариантах осуществления число и местоположение соединителей в такой системе могут варьировать.
Соединители 24 могут механически соединять прилегающие модули между собой для поддержки веса колонны 20. Кроме того, некоторые из соединителей 24 могут содержать электрические соединения и / или модули управления детонаторами, предназначенные для управления детонацией одного или нескольких прилегающих моделей БВВ или МЗ. Более подробные сведения о примерных модулях управления детонаторами приведены ниже.
В некоторых вариантах осуществления одна или несколько систем БВВ в колонне могут содержать пару прилегающих модулей БВВ и соединитель, который содержит модуль управления детонатором, предназначенный для управления детонацией обоих прилегающих модулей БВВ системы. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько систем БВВ могут содержать одиночный модуль БВВ и прилегающий соединитель, который содержит модуль управления детонатором, предназначенный для управления детонацией лишь этого одиночного модуля БВВ.
Каждый модуль может детонироваться независимо. Каждый модуль может содержать один или несколько детонаторов или инициаторов. Один или несколько детонаторов могут располагаться в любом месте в модуле, например, на одном или обоих осевых концах модуля или между осевыми концами. В некоторых вариантах осуществления один или несколько модулей, например, модулей БВВ, могут выполняться для детонирования с одного осевого конца
модуля одиночным детонатором на лишь одном осевом конце модуля, электрически соединенным с модулем управления детонатором в прилегающем соединителе.
В некоторых модулях, например, в модулях МЗ, модуль выполнен для детонирования или инициирования с обоих осевых концов модуля одновременно или почти одновременно. Например, модуль МЗ может содержать два детонатора/инициатора по одному на каждом конце модуля МЗ. Каждый из детонаторов модуля МЗ может быть электрически соединен с соответствующим модулем управления детонатором в прилегающем соединителе. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления одна или несколько систем МЗ в колонне могут содержать пару прилегающих модулей МЗ и три прилегающих соединителя. Три прилегающих соединителя могут содержать промежуточный соединитель, содержащий модуль управления детонатором, электрически соединенный с двумя детонаторами - по одному в каждом из двух прилегающих модулей МЗ - и управляющий ими. Два соединителя на каждом конце системы МЗ могут каждый содержать модуль управления детонатором, электрически соединенный лишь с одним детонатором на этом конце системы МЗ и управляющий им. В системах МЗ, имеющих три или более модулей МЗ, каждый из промежуточных соединителей может содержать модули управления детонатором, управляющие двумя детонаторами. В системах МЗ, имеющих лишь одиночный модуль МЗ, система МЗ может содержать два соединителя - по одному на каждом конце модуля МЗ. В вариантах осуществления, имеющих детонаторы между двумя осевыми концами модуля, детонатор может быть соединен с блоком управления детонацией, соединенным с любым осевым концом модуля, причем провода проходят через материал и торцевые крышки до блока управления детонацией.
На ФИГ. 8A-8G показаны несколько примерных колонн 20, скомпонованных разным образом. Детонаторы модулей БВВ обозначены как De, а детонаторы модулей МЗ - как Dp. На ФИГ. 8А показана часть колонны, подобная показанной на ФИГ. 7, содержащая чередующиеся пары систем БВВ 44 и систем
МЗ 46. На ФИГ. 8В показана часть колонны, имеющая системы БВВ 44 и системы МЗ, а также инертные модули 48, расположенные между ними. Для расположения модулей БВВ и модулей МЗ в нужные положения относительно данных геологических формаций в колонне 20 может использоваться любое число инертных модулей 48. Вместо инертных модулей 48 (например, содержащих воду, соляной раствор или буровой раствор) или в дополнение к инертным модулям 48 модули, расположенные между модулями БВВ и / или модулями МЗ в колонне, могут представлять собой модули, содержащие взрывчатые вещества с невысокой энергией (например, жидкие взрывчатые вещества). Любое сочетание инертных модулей и модулей, содержащих взрывчатые вещества с невысокой энергией, может быть включено в колонну в положениях между модулями БВВ и / или модулями МЗ, или на ближнем и дальнем концах колонны.
На ФИГ. 8С показана часть колонны 20, содержащая несколько одномодульных систем БВВ 50, чередующихся с одномодульными системами МЗ 52. При такой компоновке каждый соединитель соединен с одним концом модуля БВВ и одним концом модуля МЗ. Некоторые из этих соединителей содержат блок управления детонацией, предназначенный для управления лишь детонатором МЗ, а другие из этих соединителей содержат блок управления детонацией, предназначенный для управления одним детонатором МЗ, а также для управления одним детонатором БВВ. На ФИГ. 8D показана примерная одномодульная система МЗ 52, содержащая соединитель на каждом конце. На ФИГ. 8Е показана примерная одномо дульная система БВВ 50, содержащая одиночный соединитель на одном конце. Одномодульные системы 50, 52, двухмодульные системы 44, 46 и / или инертные модули 48 могут сочетаться в колонне 20 в любой компоновке. В некоторых вариантах осуществления один или несколько соединителей не содержат блок управления детонацией.
На ФИГ. 8F показана колонна из нескольких прилегающих одномодульных систем БВВ 50, причем каждая с детонатором на одном и том же конце системы. При этой компоновке каждый соединитель управляет детонатором слева от него.
На ФИГ. 8G показана колонна двухмодульных систем БВВ 44, соединенных непосредственно между собой. При этой компоновке каждая двухмодульная система БВВ 44 соединена непосредственно со следующей двухмодульной системой БВВ без каких-либо промежуточных соединителей. В этом отношении некоторые из соединителей в колонне можно исключить. Если в колонну включены инертные модули 48, могут быть убраны или стать ненужными и соединители.
В некоторых вариантах осуществления система для усиления проницаемости включает одну или несколько систем БВВ, например, от одной до двенадцати или более систем БВВ, и одну или несколько систем МЗ, например, от одной до двенадцати или более систем МЗ, расположенных вдоль колонны 20. В некоторых примерах каждая система БВВ отделена от другой системы БВВ одной или несколькими системами МЗ, например, одной-восемью или более системами МЗ. В некоторых вариантах осуществления колонна 20 может представлять собой по существу цилиндрическую колонну длиной примерно от 20 футов примерно до 50 футов, например, примерно 30 футов - примерно 50 футов. В некоторых примерах каждая система БВВ и каждая система МЗ имеет длину примерно от 2 футов примерно до 12 футов, например, примерно от 3 футов примерно до 10 футов.
Каждый из модулей 20 может содержать оболочку, например, практически цилиндрическую оболочку 22, как показано на разрезе на ФИГ. 6. В некоторых примерах оболочка предназначена содержать БВВ, МЗ или инертный материал. Кроме того, оболочка может отделять содержащийся в ней материал от флюида 38, заполняющего скважину 16 снаружи оболочки. В некоторых примерах оболочка полностью окружает содержащийся в ней материал, чтобы полностью отделить его от флюида, заполняющего скважину. В некоторых примерах оболочка лишь частично окружает содержащийся в ней материал, чтобы лишь частично отделить его от флюида, заполняющего скважину.
В некоторых вариантах осуществления модули МЗ могут инициироваться до модулей БВВ. Это может вызвать быстрое расширение инициированного продукта МЗ (например, газа и / или жидкости) и заполнение им любых областей скважины снаружи модулей БВВ, включая области скважины, не заполненные другим флюидом. Быстро расширяющийся продукт МЗ может дополнительно выдавливать другие флюиды в скважине дальше в более мелкие и более дальние трещины и пространства между сплошными материалами целевой зоны до того, как с детонируют модули БВВ. Заполнение скважины продуктом МЗ и / или другим флюидом до детонации модулей БВВ таким образом может уменьшить дробление горной породы, непосредственно прилегающей к скважине, вызываемое взрывом БВВ, поскольку флюид между модулями БВВ и стенками скважины действует для передачи энергии взрыва дальше в радиальном направлении от оси скважины без сильного удара о непосредственно прилегающие стенки скважины. Предотвращение дробления материала стенки скважины является желательным, поскольку это уменьшает образование песка и других мелких частиц, которые могут забивать пути проницаемости и, следовательно, являются контрпродуктивными для высвобождения энергетических ресурсов из областей целевой зоны, удаленных от скважины. Более того, уменьшение дробления и распыления возле скважины снижает энергию, теряемую в этих процессах, позволяя большему количеству энергии протекать радиально далее наружу с ударной волной и способствовать разрыву в более широкой области.
Геометрия (размеры и форма) и компоновка модулей БВВ и МЗ и соединителей могут варьировать в зависимости от типа геологической формации, размера скважины, требуемой зоны нарушения целостности и других факторов, связанных с намеченным использованием. В некоторых примерах модуль (модули) 22 может быть толщиной примерно от 1А дюйма примерно до 2 дюймов, например, толщиной Ул, Уг, %, 1, 1 Ул, 1 Уг, 1 % и 2 дюйма. В некоторых примерах материал между модулем 22 и стенкой скважины 16 может быть толщиной примерно от 0 дюймов примерно до 6 дюймов. Модули 22 в некоторых местах могут касаться стенок скважины, оставляя больший просвет
на стороне корпуса, противоположной касанию скважины. Следовательно, толщина материала в скважине между корпусами и стенкой скважины по осевой длине колонны 20 может значительно изменяться. В некоторых примерах БВВ (например, неидеальное БВВ) имеет в корпусе 22 диаметр примерно от 4 дюймов примерно до 12 дюймов. Например, раскрытая система включает диаметр БВВ 6 Уг дюймов, металлический (например, алюминиевый) корпус толщиной Уг дюйма и материал между корпусом и стенкой скважины средней толщиной 1 Ул дюйма (например, слой соляного раствора и / или МЗ толщиной 1 Ул дюйма) для использования в скважине диаметром 10 дюймов. Эта система может использоваться создания зоны нарушения целостности до радиуса, по меньшей мере, в три раза большего по сравнению со сплошным зарядом равной мощности, например, большего в шесть раз. Например, заряды взрывчатого вещества могут детонироваться и / или горение каждого метательного заряда может инициироваться для разрыва части подземной геологической формации в первой зоне разрыва, прилегающей к буровой скважине и окружающей ее и проходящей в подземную геологическую формацию на первую глубину проникания от интервала буровой скважины, и нескольких вторых зонах разрыва, разнесенных и проходящих в подземную геологическую формацию на вторую глубину проникания от интервала буровой скважины, превышающую первую глубину, причем вторые зоны разрыва имеют форму соответствующих разнесенных дискообразных зон разрыва, проходящих радиально наружу от буровой скважины, и / или вторая глубина проникания в среднем по меньшей мере в три раза, например, по меньшей мере в шесть раз, превышает среднюю первую глубину проникания. В некоторых примерах раскрытая система включает диаметр БВВ (например, неидеального БВВ) 9 Уг дюймов, металлический (например, алюминиевый) корпус толщиной Ул дюйма и материал между корпусом и стенкой скважины средней толщиной 1 дюйм (например, слой соляного раствора и / или МЗ толщиной 1) для использования в скважине диаметром 12 дюймов. Предполагается, что размеры системы могут варьировать в зависимости от размера скважины.
В некоторых вариантах осуществления система для усиления проницаемости дополнительно включает специально разработанные механизмы шпоночного соединения между модулями БВВ и МЗ и соединителями. Эти механизмы соединения могут включать механизмы механического соединения, механизмы высоковольтного электрического соединения, механизмы соединения связи, системы (платы) высоковольтного детонатора или инициации и / или системы контроля. В некоторых примерах могут быть включены платы независимо синхронизированной высокоточной детонации и инициирования для каждой секции БВВ и МЗ соответственно. Эти платы могут включать специализированную программируемую логику, предназначенную для выполнения задач, специфических для системы, управляемой платой, включая компоненты безопасности и защиты, и каждая плата может включать тщательно подогнанные механизмы шпоночного соединения для механического соединения, включая соединение детонаторов/инициаторов в БВВ/МЗ, высоковольтное соединение и соединение связи.
В некоторых примерах конструкции секций литых отвержденных БВВ и МЗ, включая высоковольтные системы, системы связи, системы детонатора или инициирования и системы контроля являются такими, что могут изготавливаться, например, компанией НЕ Production Service Provider Company, и затем безопасно храниться и / или "точно в срок" поставляться на конкретный участок взрыва для быстрой сборки колонны БВВ-МЗ повышенной защищенности, ее испытания и контроля, и спуска в скважину. Конкретные используемые композиции и исполнения в части геометрии и материалов, в которых системы БВВ и РР спускаются в скважину, могут быть важными для получения требуемых эффектов нарушения целостности по месту в каждой конкретной геологической формации. В некоторых примерах эти оптимизированные исполнения в части геометрии и материалов можно получить посредством специально калиброванных возможностей численного моделирования, которые могут включать многие внедрения моделей в ABAQUS (программный комплекс в области конечно-элементных расчетов на прочность). В дополнительных примерах любая из раскрытых систем может быть
разработана/обновлена с помощью высококачественной передвижной лаборатории физики детонации (HFMDPL), подробно описанной в настоящем документе (см., например, раздел IX).
IV. Примерные модули и системы бризантного взрывчатого вещества и метательного заряда
На ФИГ. 9 показан примерный модуль 100, который может представлять собой модуль БВВ, модуль МЗ или инертный модуль. Модуль 100 содержит цилиндрический трубчатый корпус 102, имеющий по меньшей мере одну внутреннюю камеру для содержания в ней материала 150, например, материала БВВ, материала МЗ, соляного раствора или иного материала. Модуль 100 имеет первую осевую концевую часть 104 и противоположную ей вторую осевую концевую часть 106. Каждая осевая концевая часть 104, 106 предназначена для соединения с соединителем, другим модулем БВВ, МЗ или инертным модулем или другими частями колонны, вводимой в скважину. Оболочка 102 может содержать один или несколько металлов, сплавов металлов, керамику и / или другие материалы или их сочетания. В некоторых вариантах осуществления оболочка 102 содержит алюминий или сплав алюминия.
Осевые концевые части 104, 106 могут содержать механизмы механического соединения для поддержки веса модулей вдоль колонны. Механизмы механического соединения могут содержать части с наружной резьбой 108, 110, части 112, 114 для прикрепления планки и / или любые иные подходящие механизмы соединения. Например, показательные подходящие механизмы механического соединения показаны на ФИГ. 14A-14D. Осевые концевые части 104, 106 могут дополнительно содержать электрические соединения, например, один или несколько проводов 116, электрически соединяющих модуль с прилегающими соединителями, другими модулями в колонне и / или управляющими системами снаружи скважины. Провода 116 могут проходить аксиально по длине модуля 100 и выходить из любого конца для соединения с прилегающими компонентами.
Как детально показано на ФИГ. 10, модуль 100 может дополнительно содержать первую торцевую крышку 118, присоединенную к осевой концевой части 106 корпуса 102, и / или вторую торцевую крышку 120, присоединенную к противоположной осевой концевой части 108 корпуса 102. Торцевые крышки 118, 120 могут иметь кольцевое тело, имеющее периметральную часть, которая соединяется или может соединяться с осевым концом корпуса 102. Торцевые крышки 118, 120 могут крепиться к оболочке 102, например, сваркой, клеем, крепежными деталями, резьбовыми или иными средствами. Торцевые крышки 118, 120 могут содержать любой материал, например, один или несколько металлов, сплавов металлов, керамику, полимерные материалы и т.д. В вариантах осуществления с торцевыми крышками, приваренными к оболочке, могут использоваться сварные швы с полным проваром, чтобы предотвратить тонкие зазоры между металлами, в которых миграция химических компонентов могла бы стать чувствительной к нежелательному инициированию. В вариантах осуществления, имеющих полимерные торцевые крышки, тонкие контактные зазоры между крышками и оболочкой могут существовать с меньшим риском нежелательного инициирования или без него. Полимерные торцевые крышки могут крепиться к оболочке посредством резьбы и / или полимерного стопорного кольца. Кроме того, для предотвращения утечки материала 150 из модуля между торцевой крышкой и оболочкой может располагаться уплотните льный элемент, например, уплотните льное кольцо. В других вариантах осуществления могут использоваться металлические торцевые крышки с кольцевым полимерным материалом, помещенным между торцевыми крышками и оболочкой для предотвращения зазоров между металлами.
Наружный диаметр модулей и / или соединителей может быть, по крайней мере, частично покрыт слоем, уменьшающим трение, и / или обработан уменьшающей трение поверхностной обработкой. Этот слой обработки или обработка может содержать по меньшей мере одно из следующего: твердые смазочные материалы, например, графит, материалы, содержащие ПТФЭ, смазка M0S2 или WS2; жидкие смазочные материалы, например, консистентная смазка на основе нефтяных масел или их синтетические аналоги; или смазочные материалы на
водной основе. Поверхностные обработки могут включать прикрепленные слои материалов, например, WS2 (торговое наименование Dicronite(r)); MoS2, металлы, обладающие высокой смазывающей способностью, такие, как олово (Sn); полимерные покрытия, обладающие высокой смазывающей способностью, такие, как фторполимеры, полиэтилен, полибензтиазол (ПБТ) и т.д.; нанесенное физически, электролитическое, красочное, порошковое покрытие или другие материалов.
Провода 116 (например, для управления, подачи питания и срабатывания детонации энергетического материала) проходят через каждый модуль 100 или, по крайней мере, до каждого модуля 100. Может использоваться любое число проводов 116, например, один, два, четыре или более. По меньшей мере, некоторые из проводов 116 могут проходить по меньшей мере через одну из торцевых крышек 118, 120 на концах каждого модуля, как показано на ФИГ. 10. Места прохождения в торцевых крышках и проходящие провода 116 могут быть без тонких зазоров между металлами, в которых миграция химических компонентов могла бы стать чувствительной к нежелательному инициированию.
В некоторых вариантах осуществления торцевые крышки 118, 120 могут содержать одно или несколько сальников 122 мест прохождения, предназначенных для предотвращения нежелательного инициирования путем устранения или уменьшения тонких зазоров между металлами и предотвращения утечки материала 150 из модуля 100. Сальники 122 мест прохождения могут выполняться для обеспечения тонких зазоров между полимерными и металлическими поверхностями отверстий мест прохождения. Податливость тонких зазоров между полимером и металлом или полимером и полимером может предотвратить сжатие и трение, достаточное для инициирования чувствительных химических компонентов.
Как более детально показано на ФИГ. 11, каждый сальник 122 места прохождения может принимать провод 116 с полимерной рубашкой 124, проходящий в отверстие 126 в торцевой крышке 118, 120. Провод 116 может
уплотняться податливым уплотнением, таким, как уплотнительное кольцо 128. Уплотнение сдавливается на месте полимерной крепежной деталью 130, крепящейся к торцевой крышке, например, на резьбе, и затягивающейся для сжатия уплотнения. Крепежная деталь 130 может иметь отверстие по своей оси, через которое проходит провод 116.
В других вариантах осуществления сальник места прохождения может состоять из резьбового отверстия с заплечиком, винта сальника с соосным сквозным отверстием, причем указанный винт имеет заплечик, сжимающий уплотнение (например, уплотнительное кольцо) для уплотнения кабеля, проходящего через него. Коаксиальный кабель может позволять пропускать две жилы через каждое уплотнение с эффективным уплотнением между внутренней стороной модуля и наружной стороной модуля.
Модуль 100 может дополнительно содержать по меньшей мере один держатель 140 детонатора и по меньшей мере один детонатор 142 по меньшей мере на одном осевом конце модуля, как показано на ФИГ. 10. Термин "детонатор" включает любое устройство, используемое для детонации или инициирования или взрывания материала 150 внутри модуля или инициирования или вызывания химической реакции или расширения материала 150. В случае модуля, заполненного БВВ, модуль может содержать единственный детонатор 142 на одном конце модуля, например, в концевой части 106, без второго детонатора на противоположном конце модуля. В случае модуля, заполненного МЗ, модуль может содержать детонатор 142 на обеих осевых концевых частях модуля, причем каждый из них обычно имеет подобные конструкцию и функцию.
Держатель 140 детонатора, как показано на ФИГ. 10, как для модуля БВВ, так и для модуля МЗ, может иметь чашевидную конструкцию, расположенную в центральном отверстии в торцевой крышке 118. Держатель 140 может крепиться и уплотняться к торцевой крышке 118, например, с помощью резьбы 144 и уплотнительного кольца 146. Держатель 140 проходит аксиально через торцевую крышку 118 в камеру внутри оболочки 102 так, что держатель 140 может
касаться материала 150. Держатель 140 может иметь центральное отверстие 148 в месте, утопленном в оболочке, и в этом отверстии 148 может крепиться детонатор 142. Внутренний конец 152 детонатора может удерживаться в контакте с материалом 150 механизмом, принудительно обеспечивающим контакт, для обеспечения, что детонатор не утратит непосредственный контакт с материалом 150, и для обеспечения надежной детонации или инициирования материала 150. Механизм, принудительно обеспечивающий контакт, может представлять собой пружинный элемент, клей, крепежную деталь или иной подходящий механизм.
Кроме того, детонатор 142 может иметь часть электрического контакта 154, расположенную в выточке держателя 140. Часть электрического контакта 154 может располагаться не выходящей аксиально за аксиальную протяженность обода держателя 140 для предотвращения или уменьшения ненамеренного контакта с детонатором 142. Часть электрического контакта 154 может проводами электрически соединяться с блоком управления детонацией в прилегающем соединителе.
В некоторых вариантах осуществления модуль может иметь на одной осевой концевой части оболочки правую резьбу, а на другой осевой концевой части оболочки левую резьбу. Как показано на ФИГ. 12, концы каждого модуля с противоположной резьбой могут обеспечить соединение двух модулей промежуточным соединителем. В примере, показанном на ФИГ. 12-14А, система 200 может быть образована путем соединения примерного первого модуля 202 и примерного второго модуля 204 примерным соединителем 206. ФИГ. 13 и 14А представляют собой разрезы по продольной оси системы 200 в собранном состоянии. Первый и второй модули 202, 204 могут быть идентичными или подобными проиллюстрированному модулю 100, показанному на ФИГ. 9-11, или могут представлять собой альтернативные варианты модулей. Например, модули 202, 204 могут представлять собой модули БВВ, подобные или идентичные, но ориентированные в противоположных осевых направлениях, чтобы их отдельные детонаторы оба были со стороны соединителя 206.
Соединитель 206 может иметь трубчатый наружный корпус 208, имеющий на одном конце первую внутреннюю резьбу 210, а на противоположном втором конце вторую внутреннюю резьбу, как показано на ФИГ. 12. Механическое соединение модулей 202, 204 и соединителя 206 может осуществляться путем вращения соединителя 206 относительно модулей 202, 204 (при неподвижных модулях 202, 204), чтобы внутренние резьбы 210, 212 навинчивались на наружные резьбы 214, 216 модулей 202, 204 соответственно. Вращение соединителя 206 может действовать подобно винтовой стяжной муфте для стягивания прилегающих модулей 202, 204. Резьбы 210, 212, 214, 216 могут представлять собой упорные резьбы для аксиальной прочности.
После стягивания пары прилегающих модулей 202, 204 запирающие планки 218, 220 могут крепиться к каждой концевой части модуля и входить в прорези 222, 224 соответственно на каждом конце наружного корпуса 208 соединителя для предотвращения ненамеренного раскручивания соединения. Запирающие планки 218, 220 крепятся к каждому модулю крепежными средствами (например, с помощью винтов 240, 242 и отверстий 244, 246 для винтов в корпусе модуля). Крепежные средства предпочтительно не проходят через стенку корпуса во избежание выхода содержащегося внутри материала 250, и чтобы система оставалась уплотненной. Запирающие планки 218, 220 предотвращают выкручивание соединителя 206 из модулей 202, 204 для гарантии, что сборка остается целой.
Описанные резьбовые соединения между модулями и соединителями могут создавать осевое ограничение секций колонны взрывных инструментов друг другу, и могут также обеспечивать некоторую податливость при изгибе со смещением от оси за счет зазоров в резьбе. Это может позволять колонне взрывных инструментов слегка изгибаться со смещением от оси в каждом резьбовом соединении, чтобы она могла вводиться в скважину, имеющую непрямолинейный контур. Одним из преимуществ описанного конструктивного исполнения с использованием запирающей планки является устранение необходимости в закручивании соединительных резьб с заданным предельным
крутящим моментом при сборке в полевых условиях. На практике заплечики (226, 228 на ФИГ. 12) соединителя не требуется затягивать до упора в заплечики (230, 232 на ФИГ. 12) модулей в аксиальном направлении. Между заплечиками соединителя и модуля можно оставлять небольшой зазор для гарантии того, что крутящий момент не создаст какого-либо или создаст лишь минимальное осевое предварительное напряжение на систему. Кроме того, в сочетании с зазорами в резьбах этот небольшой зазор может усилить податливость колонны изгибу со смещением от оси.
Соединитель 206 может дополнительно содержать блок управления детонацией 260, заключенный в наружном корпусе 208. Блок управления детонацией 260 может конструктивно исполняться свободно вращающимся относительно наружного корпуса 208 относительно центральной оси соединителя, например, благодаря наличию подшипникам вращения между наружным корпусом и блоком управления детонацией. Блок управления детонацией 260 может содержать конструктивную часть 262, на которой установлены электрические части 264 (ФИГ. 13). Электрические части 264 блока управления детонацией 260 подробнее описаны ниже.
При сборке соединителя 260 с модулями 202, 204 блок управления детонацией 206 может удерживаться неподвижным относительно модулей 202, 204, а наружный корпус 208 вращается для выполнения механического соединения. Для того чтобы удерживать блок управления детонацией 260 неподвижным относительно модулей 202, 204, один или оба из модулей могут содержать один или несколько выступов, таких, как штифты 266 (см. ФИГ. 13), выступающих в аксиальном направлении из соответствующего модуля, например, из торцевых крышек, и в соответствующее приемное отверстие или отверстия 268 в конструктивной части 262 блока управления детонацией 260. Штифт (штифты) 266 может удерживать блок управления детонацией 260 неподвижным относительно модулей 202, 204, чтобы электрические соединения между ними не скручивались и / или не повреждались. В некоторых вариантах осуществления лишь один из модулей 202, 204 содержит аксиальный выступ,
соединенный с конструктивной частью 262 блока управления детонацией 260, чтобы удерживать последний неподвижным относительно модулей при вращении наружного корпуса.
Модули 202, 204 могут иметь конструкцию, подобную описанной для примерного модуля 100, показанного на ФИГ. 9-11. Как показано на ФИГ. 13 и 14А, модуль 202 содержит электрические провода 270, проходящие через материал 250 в модуле и через сальники 272 в торцевой крышке 274. Кроме того, модуль 202 содержит держатель 276 детонатора, проходящий через торцевую крышку 272, и детонатор 278, проходящий через держатель 276. Кроме того, модуль 204 содержит подобные признаки. Электрические соединения 280 детонатора и 282 проводов 270 могут электрически соединяться с блоком управления детонацией 260, как описано ниже, перед вкручиванием соединителя в два модуля 202, 204.
ФИГ. 14В-14D представляют собой разрезы альтернативных механизмов механического соединения для прикрепления модулей к соединителям. На каждой из ФИГ. 14В-14D некоторые части устройств упущены. Например, не показаны блок управления детонацией, детонатор, проводка и материалы наполнения. Из этих фигур могут быть убраны и держатель детонатора и / или торцевые крышки модулей.
На ФИГ. 14В показан примерный узел 300, включающий модуль 302 (например, модуль БВВ или МЗ) и соединитель 304. Модуль 302 имеет оболочку и / или торцевую крышку, включающую радиально утопленную часть 306 и осевую концевую часть 308. Соединитель 304 имеет аксиальное удлинение 310, расположенное вокруг радиально утопленной части 306 модуля, и внутренний фланец 312, расположенный прилегающим к осевой концевой части 308. Под углом между аксиальным и радиальным направлениями через соединитель 304 вставлены одна или несколько крепежных деталей 314 (например, винтов). Крепежные детали 314 могут быть утопленными в соединитель для сохранения гладкой наружной радиальной поверхности узла. Крепежные детали 314 могут
проходить через внутренний фланец 312 соединителя и через осевую концевую часть 308 модуля, как показано, чтобы механически скреплять модуль и соединитель. Между внутренним фланцем 312 и осевой концевой частью 308 или в ином месте в стыке соединитель-модуль может располагаться уплотните льный элемент 316, например, уплотнительное кольцо, предназначенный для уплотнения стыка и предотвращения выхода материала, содержащегося в узле, и предотвращения попадания в него постороннего материала.
На ФИГ. 14С показан еще один примерный узел 320, включающий модуль 322 (например, модуль БВВ или МЗ), соединитель 324 и одну или несколько запирающих планок 326. Модуль 322 имеет оболочку и / или торцевую крышку, включающую радиально утопленную часть 328 и осевую концевую часть 330. Соединитель 324 имеет аксиальное удлинение 332, расположенное прилегающим к радиально утопленной части 328 модуля, и внутренний фланец 334, расположенный прилегающим к осевой концевой части 330. Между внутренним фланцем 334 и осевой концевой частью 330 или в ином месте в стыке соединитель-модуль может располагаться уплотнительный элемент 336, например, уплотнительное кольцо, предназначенный для уплотнения стыка и предотвращения выхода материала, содержащегося в узле, и предотвращения попадания в него постороннего материала. Запирающая планка (планки) 326 содержит (содержат) первый выступ 338, проходящий радиально вовнутрь в канавку в модуле 322, и второй выступ 340, проходящий радиально вовнутрь в канавку в соединителе 324. Первый и второй выступы 338, 340 предотвращают разделение модуля 322 и соединителя 324 в аксиальном направлении, запирая их вместе. Планка (планки) 326 может (могут) крепиться в радиальном направлении к узлу одной или несколькими крепежными деталями 342, например, винтами, проходящими радиально через планку 326 и в соединитель 324 (как показано) или в модуль 322.
На ФИГ. 14D показан еще один примерный узел 350, включающий модуль 352 (например, модуль БВВ или МЗ), соединитель 354 и одну или несколько
запирающих планок 356. Модуль 322 имеет оболочку и / или торцевую крышку, включающую радиально утопленную часть 358 и осевую концевую часть 360. Соединитель 354 имеет аксиальное удлинение 362, расположенное прилегающим к радиально утопленной части 358 модуля, и внутренний фланец 364, расположенный прилегающим к осевой концевой части 360. Между внутренним фланцем 364 и осевой концевой частью 360 или в ином месте в стыке соединитель-модуль может располагаться уплотнительный элемент 366, например, уплотнительное кольцо, предназначенный для уплотнения стыка и предотвращения выхода материала, содержащегося в узле, и предотвращения попадания в него постороннего материала. Запирающая планка (планки) 356 содержит (содержат) первый выступ 368, проходящий радиально вовнутрь в канавку в модуле 322, и второй выступ 370, проходящий радиально вовнутрь в канавку в соединителе 324. Первый и второй выступы 368, 370 предотвращают разделение модуля 352 и соединителя 354 в аксиальном направлении, запирая их вместе. Планка (планки) 356 может (могут) крепиться в радиальном направлении к узлу одной или несколькими эластичными полосами или кольцами 372, например, эластомер ной полосой, проходящей по окружности вокруг узла 350 для удерживания планки (планок) прижатыми к соединителю 354 и к модулю 352. Полоса (полосы) 372 может (могут) располагаться в кольцевой канавке, чтобы находиться заподлицо с наружной поверхностью узла 350, поддерживая эту поверхность гладкой.
Узлы, показанные на ФИГ. 14A-14D, - это лишь примеры многих возможных механических соединений, которые могут использоваться в системах и узлах, описанных в настоящем документе. Может потребоваться, чтобы механические соединения допускали некоторую степень поворота со смещением от оси между модулем и соединителем, чтобы по форме соответствовать непрямой скважине, и / или чтобы механическое соединение прикладывало минимальное или нулевое предварительное напряжение на колонну, обеспечивая при этом достаточную аксиальную прочность для удерживания колонны вместе в аксиальном направлении под ее собственным весом при ее нахождении в
скважине и при дополнительных аксиальных силах, действующих на колонну из-за трения, и т.д.
Модули и системы МЗ могут быть конструктивно подобными модулям и системам БВВ, и те и другие могут описываться в некоторых вариантах осуществления примерными конструкциями, показанными на ФИГ. 9-14. Однако в то время как модули БВВ могут содержать лишь один детонатор, в некоторых модулях МЗ и системах МЗ модуль МЗ может содержать две системы детонатора/инициирования по одной на каждом конце модуля. Системы инициирования МЗ могут выполняться для одновременного инициирования материала МЗ с двух концов модуля. Две противоположные системы инициирования МЗ могут представлять собой, например, керамические системы струйного инициирования. Системы инициирования МЗ могут быстро инициировать материал МЗ по осевой длине модуля МЗ, чтобы помочь инициировать материал МЗ быстрее, чем вначале инициировать один конец модуля, а затем ждать, пока реакция пройдет по длине модуля МЗ до противоположного конца. Быстрое инициирование материала МЗ может быть желательным в том отношении, что материал продукт инициирования МЗ может быстро расшириться и заполнить скважину до инициирования материала БВВ.
V. Примерные блок управления детонацией и электрические системы
ФИГ. 15 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерный блок управления детонацией 700. Блок управления детонацией 700 активируется запускающим входным сигналом 701 и выдает силовой импульс 702, который запускает детонатор. В некоторых вариантах осуществления выходной силовой импульс 702 приводит в действие несколько детонаторов. Запускающим входным сигналом 701 может быть обычный запускающий сигнал, подаваемый в несколько блоков управления детонацией для приведения в действие нескольких детонаторов практически одновременно. Детонаторы могут детонировать взрывчатые вещества, метательные заряды или другие вещества.
Блок управления детонацией 700 содержит модуль синхронизации 703. В управляемый момент модуль синхронизации 703 времени выдает сигнал, активирующий светоизлучающий диод 704. Светоизлучающий диод 704, который в некоторых вариантах осуществления является лазерным диодом, освещает оптически запускаемый диод 705 в модуле 706 оптически запускаемого диода, заставляя оптически запускаемый диод 705 проводить. В некоторых вариантах осуществления оптически запускаемый диод 705 при активации входит в режим лавинного пробоя, создавая большие количества протекания тока. Когда оптически запускаемый диод 705 проводит, высоковольтный конденсатор 707 в высоковольтном модуле 708 высвобождает запасенную энергию в виде выходного силового импульса 702. В некоторых вариантах осуществления для хранения энергии, требуемой для выходного силового импульса 702, используются несколько высоковольтных конденсаторов.
ФИГ. 16А иллюстрирует примерный блок управления детонацией 709. Блок управления детонацией 709 содержит модуль синхронизации 710, модуль 711 оптически запускаемого диода и высоковольтный модуль 712. Соединители 713 и 714 соединяют модуль синхронизации 710 с различными входными сигналами, такими, как входные напряжения, земля, запускающий входной сигнал (сигналы) и др. Схема синхронизации 715 включает ряд схемный компонентов
716. Примерные схемные компоненты включают сопротивления, конденсаторы, транзисторы, интегральные схемы (такие, как таймер 555 или 556) и диоды.
Кроме того, модуль синхронизации 710 содержит светоизлучающий диод 717. Схема синхронизации 715 управляет активированием светоизлучающего диода
717. В некоторых вариантах осуществления светоизлучающий диод 717 является лазерным диодом. Светоизлучающий диод 717 расположен так, чтобы освещать и активировать оптически запускаемый диод 718 на модуле 711 оптически запускаемого диода. Оптически запускаемый диод 718 подключен между высоковольтным конденсатором 719 и детонатором (не показанным).
717.
Как показано на ФИГ. 16А, модуль синхронизации 710 механически соединен с высоковольтным модулем 712 соединителями 720 и 721. Модуль 711 оптического диода механически и электрически соединен с высоковольтным модулем 712 соединителями 722 и механически соединен соединителем 723.
ФИГ. 16В иллюстрирует модуль 711 оптически запускаемого диода. Когда оптически запускаемый диод 718 активирован, между проводящим элементом 724 и проводящим элементом 725 образуется токопроводящая дорожка. Эта токопроводящая дорожка соединяет высоковольтный конденсатор 719 соединителем (показанным на ФИГ. 17) с детонатором (не показанным) электрическими соединителями 722.
ФИГ. 16С иллюстрирует высоковольтный модуль 712. Соединители 726 и 727 соединяют высоковольтный конденсатор 719 с двумя детонаторами "Det А" и "Det В". В некоторых вариантах осуществления каждый из соединителей 726 и 727 соединяет высоковольтный конденсатор 719 с двумя детонаторами (всего с четырьмя). В других вариантах осуществления блок управления детонацией 709 управляет одним детонатором. В еще одних вариантах осуществления блок управления детонацией 709 управляет тремя или более детонаторами. Высоковольтный конденсатор 719 выдает выходной силовой импульс по меньшей мере на один детонатор (не показан) по соединителям 726 и 727. Соединители 728 и 729 подают высоковольтное питание и высоковольтную землю для заряда высоковольтного конденсатора 719. Кроме того, высоковольтный модуль 712 содержит разряжающий резистор 730 и пассивный диод 731, которые вместе обеспечивают безопасный сток с высоковольтного конденсатора 719, если высоковольтное питание и высоковольтная земля отключены от соединителей 728 и / или 729.
На ФИГ. 17 приведена принципиальная схема, детализирующая схему 732 примерного блока управления детонацией, реализующую блок управления детонацией, такой, как блок управления детонацией 709, показанный на ФИГ. 16А-16С. Схема 732 блока управления детонацией включает схему
синхронизации 733, оптически запускаемый диод 734 и высоковольтную схему 735. Схема синхронизации 733 содержит транзистор 736. Запускающий входной сигнал 737 подается на затвор транзистора 736 через делитель напряжения 738. На ФИГ. 17 транзистор 736 представляет собой полевой транзистор. В частности, транзистор 736 представляет собой полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП), хотя могут использоваться и другие типы полевых транзисторов. Полевые транзисторы, включая МОП-транзисторы, имеют паразитную емкость, которая обеспечивает некоторую помехоустойчивость, а также требуют для активации более высокого уровня напряжения на затворе, чем другие типы транзисторов. Например, биполярный плоскостной транзистор обычно активируется при напряжении база-эмиттер 0,7 В (аналогично транзистору 736, имеющему напряжение затвора 0,7 В). Однако полевые транзисторы активируются при более высоком уровне напряжения, например, при напряжении затвора приблизительно 4 В. Более высокое напряжение затвора (напряжение активации) обеспечивает и некоторую помехоустойчивость. Например, паразитный сигнал напряжением 2 В, который мог бы запустить биполярный плоскостной транзистор, наверняка не запустит полевой транзистор. Могут использоваться и другие типы транзисторов, снижающие вероятность активации паразитными сигналами. Использование термина "транзистор" предназначено для охвата всех типов транзисторов и не относится к конкретному типу транзистора.
Стабилитрон 739 защищает транзистор 736 от всплесков высокого напряжения. Многие схемные компоненты, включая транзистор 736, имеют максимальные уровни напряжения, которые они могут выдерживать до повреждения компонента. Стабилитрон 739 начинает проводить при конкретном уровне напряжения в зависимости от типа стабилитрона. Стабилитрон 739 выбран, чтобы проводить при уровне напряжения, который транзистор 736 может выдерживать, для предотвращения попадания на транзистор 736 разрушительных уровней напряжения. Это может именоваться "фиксацией". Например, если транзистор 736 может выдерживать приблизительно 24 В, стабилитрон 739 может выбираться для проведения при 12 В.
"Высокий" запускающий входной сигнал 737 включает транзистор 736, вызывая тем самым протекание тока от напряжения питания 740 через диод 741 и резистор 742. Напряжением питания 740 заряжается группа конденсаторов 743. Диод 741 и конденсаторы 743 действуют как временное напряжение питания при отключении напряжение питания 740. Когда напряжение питания 740 подключено, конденсаторы 743 заряжаются. Когда напряжение питания 740 отключено, диод 741 предотвращает протекание заряда обратно в сторону резистора 742 и вместо этого позволяет заряду, запасенному в конденсаторах 743, подаваться к другим компонентам. Конденсаторы 743 могут иметь определенный диапазон значений емкости. В одном варианте осуществления конденсаторы 743 включают три конденсатора емкостью 25 мкФ, один конденсатор емкостью 1 мкФ и один конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Наличие конденсаторов с разными значениями емкости позволяет отбирать ток с конденсаторов 743 с разными скоростями, чтобы отвечать требованиям других компонентов.
Есть ряд обстоятельств, при которых напряжение питания 740 может отключиться, но сохранение напряжения питания по-прежнему необходимо. Например, блок управления детонацией 732 может быть частью системы, в которой метательные заряды детонируют раньше подлежащих детонации взрывчатых веществ. В этой ситуации может потребоваться, чтобы схема синхронизации, управляющая детонаторами, подсоединенными к взрывчатым веществам, продолжала работать, даже если силовые провода замкнулись накоротко или оборвались в результате предыдущего взрыва метательного заряда. Временное напряжение питания, обеспечиваемое диодом 741 и конденсаторами 743, позволяет компонентам, которые в нормальных условиях продолжали бы запитываться напряжением питания 740, продолжать работать. Промежуток времени, в течение которого схема может продолжать работать, зависит от количества энергии, запасенной в конденсаторах 743. В одном варианте осуществления конденсаторы 743 выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить по меньшей мере 100-150 миллисекунд временного напряжения питания. Еще одна ситуация, в которой напряжение питания 740 может
отключиться, - если взрывы смещены по времени. В некоторых вариантах осуществления напряжение питания 740 равно 6 В постоянного тока, а резистор 742 имеет сопротивление 3,3 кОм. Емкости и число конденсаторов 743 могут регулироваться в зависимости от требований.
Схема синхронизации 733 содержит также интегральную схему (ИС) двойного таймера 744. ИС двойного таймера 744 показана на ФИГ. 17 как ИС двойного таймера "556" (например, LM556). В других вариантах осуществления используется ИС одиночного таймера (например, "555"), ИС счетверенного таймера (например, "558") или другие ИС или компоненты, предназначенные для выполнения функций синхронизации. Первый таймер ИС двойного таймера 744 обеспечивает задержку времени взрывания. Задержка времени взрывания осуществляется путем выдачи выходного сигнала 745 первого таймера (штырек 5 ИС) на вход 746 второго таймера (штырек 8 ИС). Второй таймер действует как таймер формирования импульсов, который выдает импульс заданной формы как выход 747 второго таймера (штырек 9 ИС). После делителя напряжения 748 импульс заданной формы подается на вход 749 драйвера МОП-транзистора для привода ИС 750 драйвера МОП-транзистора. ИС 750 драйвера МОП-транзистора может представлять собой, например, ИС MIC44F18.
Интегральные схемы таймера, такие, как ИС двойного таймера 744, а также выбор компонентов, таких, как резисторы 751, 752, 753, 754 и 755 и конденсаторы 756, 757, 758 и 759 для управления ИС двойного таймера 744, известны и в настоящем описании подробно не рассматриваются. Выбранные значения компонентов зависят по меньшей мере частично, от требуемых задержек. В одном варианте осуществления используются следующие значения: резисторы 751, 752 и 755 = 100 кОм и конденсаторы 756 и 759 = 0,01 мкФ. Для реализации ИС двойного таймера 744 могут использоваться и другие компоненты и значения компонентов.
ИС 750 драйвера МОП-транзистора питается от напряжения питания 760 через диод 761 и резистор 762. В некоторых вариантах осуществления напряжение
питания 760 равно 6 В постоянного тока, а резистор 762 имеет сопротивление 3,3 кОм. Напряжение питания 760 может быть таким же напряжением питания, как напряжение питания 740, которое питает ИС 744 двойного таймера. От напряжения питания 760 заряжается группа конденсаторов 763. Диод 761 и конденсаторы 763 действуют для обеспечения временного напряжения питания, когда напряжение питания 760 отключено или закорочено. Как уже отмечалось, диод 761 смещен в прямом направлении между напряжением питания 760 и штырьком силового входа ИС 750 драйвера МОП-транзистора (штырек 2). Конденсаторы 763 подключены параллельно между штырьком силового входа и землей. Конденсаторы 763 могут иметь диапазон значений емкости.
Выход 764 драйвера МОП-транзистора активирует драйверный транзистор 765. В некоторых вариантах осуществления драйверный транзистор 765 представляет собой полевой транзистор. ИС 750 драйвера МОП-транзистора выдает выходной сигнал, соответствующий для возбуждения транзистора 765, а выход 747 второго таймера не предназначен для возбуждения емкостных нагрузок, таких, как паразитная емкость транзистора 765 (если транзистор 765 - полевой транзистор).
Резистор 766 и стабилитрон 767 защищают вход драйверного транзистора 765 для предотвращения повреждения транзистора 765 от всплесков напряжения. Когда драйверный транзистор 765 активирован, ток протекает от напряжения питания 768, через диод 790 и резистор 769 и активирует светоизлучающий диод 770. В некоторых вариантах осуществления драйверный транзистор 765 упущен, и выход 764 драйвера МОП-транзистора активирует светоизлучающий диод 770 непосредственно.
В некоторых вариантах осуществления светоизлучающий диод 770 представляет собой импульсный лазерный диод, такой, как PLD 905D1S03S. В некоторых вариантах осуществления напряжение питания 768 равно 6 В постоянного тока и резистор 769 имеет сопротивление 1 кОм. Напряжение питания 768 может быть таким же напряжением питания, как напряжения питания 740 и 760, которые
питают ИС 744 двойного таймера и ИС 750 драйвера МОП-транзистора соответственно. От напряжения питания 768 заряжается группа конденсаторов 771 А. Диод 790 и конденсаторы 771 действуют для обеспечения временного напряжения питания, когда напряжение питания 768 убрано (см. обсуждение выше в отношении диода 741 и конденсаторов 743). Конденсаторы 771 могут иметь диапазон значений емкости.
Будучи активированным, светоизлучающий диод 770 создает луч света. Светоизлучающий диод 770 расположен так, чтобы освещать и тем самым активировать оптически запускаемый диод 734. В некоторых вариантах осуществления оптически запускаемый диод 734 представляет собой PIN-диод. Оптически запускаемый диод 734 - это диод с обратным смещением перехода, который при приеме достаточного потока фотонов входит в режим лавинного пробоя. В режиме лавинного пробоя импульс высокого напряжения и высокого тока проводится с высоковольтного конденсатора 772 на детонатор 773 и запускает детонатор 773. В некоторых вариантах осуществления импульс высокого напряжения и высокого тока запускает и дополнительные детонаторы.
Высоковольтный конденсатор 772 заряжается источником высокого напряжения 774 через диод 775 и резистор 776. В одном варианте осуществления источник высокого напряжения 774 имеет напряжение примерно 2800 В постоянного тока. В других вариантах осуществления источник высокого напряжения 774 имеет напряжение в пределах между примерно 1000 и 3500 В постоянного тока. В некоторых вариантах осуществления для хранения энергии, запасенной в высоковольтном конденсаторе 772, используются несколько высоковольтных конденсаторов. Диод 775 предотвращает протекание обратного тока и позволяет высоковольтному конденсатору по-прежнему выдавать силовой импульс на детонатор 773, даже если источник высокого напряжения 774 отключен (например, вследствие других детонаций метательного заряда или взрывчатого вещества). Разряжающий резистор 777 обеспечивает безопасный сток высоковольтного конденсатора 772, если источник высокого напряжения 774 отключен. В одном варианте осуществления резистор 776 имеет сопротивление
10 кОм, разряжающий резистор 777 - 100 МОм, а высоковольтный конденсатор 772 имеет емкость 0,2 мкФ. Высоковольтный конденсатор 772, разряжающий резистор 777, резистор 776 и диод 775 являются частью высоковольтной схемы 735.
ФИГ. 18 иллюстрирует способ 778 управления детонацией. На этапе 779 активируют лазерный диод с использованием по меньшей мере одной схемы синхронизации. На этапе 780 оптически запускаемый диод освещают лучом, создаваемым активированным лазерным диодом. На этапе 781 с высоковольтного конденсатора подают силовой импульс на детонатор, причем высоковольтный конденсатор подключен между оптически запускаемым диодом и детонатором.
ФИГ. 15-18 иллюстрируют блок управления детонацией, в котором светоизлучающий диод активирует оптически запускаемый диод для подачи высоковольтного импульса для запуска детонатора. Возможны и другие пути запуска детонатора. Например, для индуктивного подключения запускающего входного сигнала, чтобы активировать диод и позволить высоковольтному конденсатору выдать импульс высокого напряжения для активации детонатора, может использоваться трансформатор. В качестве соединительного механизма могут использоваться и оптопары, например МОС3021.
Система детонации может содержать несколько блоков управления детонацией, разнесенных по всей системе и предназначенных для детонирования разных частей взрывчатых веществ.
VI. Примерные способы применения
Описанные в настоящем документе системы особенно подходят для применения при производстве разрыва подземной геологической формации, в которой это производство разрыва желательно. Одно конкретное применение заключается в производстве разрыва горной породы вдоль одного или нескольких интервалов
ствола подземной скважины для раскрытия трещин или разрывов в горной породе для обеспечения сбора нефти или газа, захваченной в этой формации.
Таким образом, желательно несколько разнесенных зарядов взрывчатого вещества расположить вдоль интервала буровой скважины, вокруг которой в горной породе должны быть созданы трещины. Заряды взрывчатого вещества могут помещать в контейнеры, такие, как трубы, и несколько таких труб могут собирать вместе в сборку зарядов взрывчатых веществ. Между зарядами взрывчатого вещества и между одной или несколькими сборками из нескольких зарядов взрывчатого вещества могут помещать промежуточные метательные заряды в помощь производству разрыва. Эти метательные заряды могут помещать в контейнеры, такие, как трубы, и одну или несколько сборок из нескольких метательных зарядов могут помещать между зарядами взрывчатого вещества или сборками зарядов взрывчатых веществ. Кроме того, между зарядами взрывчатого вещества или между сборками зарядов взрывчатых веществ могут помещать контейнеры, такие, как трубы из инертного материала с рабочей жидкостью, такой, как соляной раствор, являющийся желательным примером. Этот инертный материал могут помещать и между метательными зарядами и сборками метательных зарядов. Термин "рабочая жидкость" означает практически несжимаемую жидкость, например, вода или соляной раствор, причем одним конкретным примером служит соленая вода. Рабочая жидкость помогает доставить энергию ударной волны от метательных зарядов и зарядов взрывчатого вещества в формацию вдоль буровой скважины после инициирования горения метательных зарядов и взрыва взрывчатых веществ.
В одном конкретном варианте осуществления способа колонну сборок зарядов взрывчатых веществ и сборок метательных зарядов располагают впритык вдоль интервала буровой скважины, вокруг которой в горной породе должны быть созданы трещины. Количество зарядов взрывчатого вещества и метательных зарядов, а также промежуточных труб или контейнеров из инертного материала или содержащих рабочую жидкость, и расстояние между ними, могут выбирать с таким расчетом, что усилить образование трещин.
Например, может использоваться метод числового/компьютерного анализа с использованием конститутивных моделей материала, образующего подземную геологическую формацию, прилегающую к интервалу ствола скважины, и колонны, содержащей взрывчатое вещество. Эти методы анализа могут использовать моделирование по методу конечных элементов, моделирование по методу конечных разностей или моделирование методом дискретных элементов. Как правило, получают данные о подземной геологической формации вдоль интервала буровой скважины, вокруг которого в горной породе должны быть созданы трещины, или вдоль всей буровой скважины. Эти данные могут получать любым числом путей, например, путем анализа материала кернов, полученного из буровой скважины. Этот материал кернов укажет место расслоения, а также переходы материалов, например, от песчаника к сланцу. Геофизические исследования в скважине (каротаж) и испытания материалов на образцах кернов из буровой скважины, если они выполняются, дают данные о стратиграфии и свойствах материала геологической формации. Для сбора информации, касающейся подземной геологической формации, могут использоваться также рентгеновские и другие методы отображения. Кроме того, могут использоваться методы экстраполяции, например, экстраполяция информации о подземной геологической формации из буровых скважин, пробуренных в геологически подобной (например, расположенной поблизости) геологической зоны.
Таким образом, при использовании метода конечных элементов анализа как конкретный пример, моделирование методом конечных элементов предоставляет в распоряжение исследователей прогнозирующий механизм для изучения высоко сложных, нелинейных задач, включающего решение, например, математических уравнений, таких, как дифференциальные уравнения в частных производных. Известны существующие компьютерные программы для выполнения анализа геологических формаций. В одном конкретном способе моделирования может использоваться реализованная программа, имеющаяся на рынке под фирменным названием ABAQUS (программный комплекс в области конечно-элементных расчетов на прочность), и, в частности, имеющаяся версия
этой программы, в которой реализована полностью связанная методика Эклера-Лагранжа.
Эти геологические данные могут использоваться для получения переменных для конститутивных моделей составляющего материала в программе моделирования методом конечных элементов. Конститутивные модели - это представление в числовой форме причины и следствия для этого конкретного материала. То есть, для данной вынуждающей функции, скажем, давления от взрывной нагрузки, конститутивные модели оценивают реакцию материала. Например, эти модели оценивают повреждение геологического материала от деформации сдвига или растрескивания в ответ на приложенное давление. Есть ряд известных конститутивных моделей для геологических материалов, которые могут использоваться в анализе по методу конечных элементов для оценки развития вызванного взрывчатым веществом удара в грунте. Эти модели могут включать оценки повреждений и разрушения материала, связанных непосредственно с растрескиванием и проницаемостью. Существуют подобные конститутивные модели и для других материалов, таких, как алюминиевая труба (если взрывчатое вещество заключено в алюминиевую трубу) и рабочая жидкость, такая, как соляной раствор.
Кроме того, существуют уравнения состояния (УС) для взрывчатых материалов, в том числе для не идеальных взрывчатых веществ и метательных зарядов. Вообще, уравнения УС для взрывчатых веществ относятся к причине и следствию в части энергии, высвобождаемой взрывчатым веществом (и метательным зарядом, при наличии такового), и результирующего расширения объема. Применительно к геологической формации или среде, расширение объема создает давление, давящее в среду и вызывающее разрыв.
В свете вышеизложенного, по полученной информации, касающейся геологического материала вдоль интервала буровой скважины, вокруг которого в горной породе должны быть созданы трещины, может быть определена конститутивная модель материала. Могут быть определены одно или несколько
моделирований реакции этой модели материала на компоновку зарядов взрывчатого вещества (и метательных зарядов, при наличии таковых, и контейнеров с рабочей жидкостью, при наличии таковых). Например, может быть выполнено первое из таких моделирований реакции материала на давление взрывчатого вещества от сдетонировавших зарядов взрывчатого вещества, давление от одного или нескольких метательных зарядов (при наличии таковых) и рабочих жидкостей (при наличии таковых). Затем могут быть выполнены одно или несколько дополнительных моделирований (например, несколько дополнительных моделирований) с зарядами взрывчатого вещества, метательными зарядами (при наличии таковых) и / или рабочими жидкостями (при наличии таковых), расположенными в разных местах или с разными компоновками. Кроме того, моделирования могут включать изменения метательных зарядов и взрывчатых веществ. Затем могут быть оценены несколько моделирований реакции материала на различные моделированные колонны взрывчатых веществ. Затем может быть выбрано моделирование, приводящее к требуемому разрыву, такому, как разрыв вдоль буровой скважины с разнесенными зонами нарушения целостности, содержащими радиально проходящих дисков, как показано на ФИГ. 21. Затем выбранная компоновка зарядов взрывчатого вещества, метательных зарядов (при наличии таковых) и рабочих жидкостей (при наличии таковых) может собираться и располагаться вдоль интервала буровой скважины, вокруг которого в горной породе должны быть созданы трещины. Затем можно детонировать эту сборку и инициировать метательные заряды (при наличии таковых) для получения разорванной геологической формации с требуемыми зонами нарушения целостности. Таким образом, диски нарушения целостности могут быть получены в требуемых местах и с радиусами, проходящими за растрескивание, происходящее непосредственно возле буровой скважины.
Время детонации взрывчатых веществ и инициирования горения различных метательных зарядов может независимо управляться, как описано выше в связи с примерной схемой синхронизации. Например, инициирование взрывчатых веществ и метательных зарядов может происходить одновременно, или
метательные заряды могут инициироваться до детонации взрывчатых веществ. Кроме того, один или несколько зарядов взрывчатого вещества могут детонироваться до других зарядов взрывчатого вещества, и один или несколько метательные заряды могут инициироваться до других метательных зарядов или до зарядов взрывчатого вещества или с другими требуемыми временн &ши зависимостями. Таким образом, заряды взрывчатого вещества могут быть независимо хронированными для детонации, или одна или несколько групп из нескольких зарядов взрывчатого вещества могут детонироваться вместе. Кроме того, метательные заряды могут быть независимо хронированными для инициирования, или одна или несколько групп из нескольких метательных зарядов могут инициироваться вместе. Предпочтительно, инициация горения метательных зарядов предусмотрена практически по всей длине или по большей части длины метательного заряда, если используется метательный заряд удлиненной формы, например, труба. При таком подходе, когда метательный заряд будет гореть, образующиеся газы будут распространяться радиально наружу от метательных зарядов. Например, для этой цели могут использоваться керамические струйные инициаторы, расположенные на соответствующих концах трубчатых метательных зарядов для выбрасывания горячего керамического материала или иного инициирующего материала в метательные заряды. В одном предпочтительном варианте осуществления горение одного или нескольких метательных зарядов инициируется одновременно на обоих концах заряда или в месте, прилегающем к обоим концам заряда. Кроме того, в одном конкретном варианте осуществления узлы, содержащие пары зарядов взрывчатого вещества, инициируются с прилегающих концов зарядов взрывчатого вещества.
Предпочтительно, заряды взрывчатого вещества являются композициями неидеального взрывчатого вещества, такими, как описано выше. В одном конкретном предпочтительном примере заряды высвобождают суммарную запасенную энергию (например, химически запасенную энергию), равную или более 12 кДж/см3 и с более чем тридцатью энергии, высвобожденной
взрывчатым веществом, высвобожденной в следующем потоке волны Тейлора детонирующих (химически реагирующих) зарядов взрывчатого вещества.
В одном варианте осуществления моделировалась сборка чередующихся пар труб, содержащих метательный заряд, и труб, содержащих взрывчатое вещество, причем каждая труба была длиной приблизительно три фута. При моделировании детонация взрывчатых веществ и одновременное инициирование метательных зарядов дали смоделированный результат из нескольких разнесенных дисков нарушения целостности, проходящих радиально наружу за зону разрыва, прилегающую к разорванному интервалу буровой скважины и проходящую вдоль него.
Предпочтительно, заряды взрывчатого вещества располагаются разнесенными, чтобы создать сходящийся фронт ударной волны, проходящий радиально наружу от буровой скважины в месте между зарядами взрывчатого вещества для усиления разрыва горной породы.
Эта система может использоваться, не требуя геологического моделирования, упомянутого выше. Кроме того, и без моделирования можно оценить реакцию материала на сборку зарядов взрывчатых веществ (которая может включать или не включать контейнеры с метательными зарядами и рабочей жидкостью) и откорректировать взрывчатые материалы, исходя из эмпирических наблюдений, хотя такой подход будет менее точным. Кроме того, можно просто использовать колонны чередующихся парного заряда взрывчатого вещества и парных сборок метательных зарядов. Кроме того, можно эмпирически определить и время детонации и инициирования метательных зарядов. Например, если геологический материал показывает переход между песчаником и сланцем, можно просто чуть задержать детонацию в формации песчаника относительно детонации взрывчатого вещества в области сланца, чтобы получить в результате разрыв геологической формации по поверхности сопряжения между песчаником и сланцем, если необходимо.
Способами, раскрытыми в настоящем описании, можно создавать уникальные подземные разорванные геологические формации. Так, например, рядом с интервалом ранее пробуренной скважины в геологической формации или структуре горной породы могут создаваться созданные взрывом и / или газом метательных зарядов (если используются метательные заряды) структуры разрыва. Образовавшаяся в результате разорванная структура содержит первую зону разорванного материала, проходящую на первое расстояние от места ранее пробуренной скважины. Типично эта первая зона проходит на первое расстояние от буровой скважины и типично полностью окружает ранее существовавшую буровую скважину (выражение "ранее существовавшую" допускает тот факт, что буровая скважина может при взрыве обрушиться). Кроме того, создаются и несколько разнесенных вторых зон разорванного материала, проходящих радиально наружу от ранее существовавшей буровой скважины. Эти вторые зоны разрыва проходят радиально наружу за первую зону разрыва. Следовательно, радиус от буровой скважины до наружной периферии или границы вторых зон разрыва намного больше расстояния до наружной периферии или границы первой зоны разорванного материала от буровой скважины. В частности, среднее наибольшее радиально наружу расстояние вторых зон разрыва от ранее существовавшей буровой скважины намного больше, чем среднее радиально наружу расстояние разорванных зон вдоль буровой скважины в пространстве между разнесенными вторыми зонами.
В частности, в одном примере вторые зоны разрыва содержат несколько разнесенных дисков нарушения целостности разорванного геологического материала. Эти диски проходят наружу на больший радиус, чем радиус первой зоны разрыва. Эти диски могут проходить радиально наружу на расстояние, во много раз большее, чем расстояние первой зоны, например, в шесть и более раз.
При использовании композиций неидеального взрывчатого вещества достигается меньшее распыление или измельчение в порошок горной породы, прилегающей к ранее существовавшей буровой скважине. Распыленная или измельченная в порошок горная порода могут закупоривать желательные
трещины и мешать добыче нефтепродуктов (газа и нефти) из зоны разрыва. Использование метательных зарядов и рабочей жидкости, включая рабочую жидкость в буровой скважине снаружи зарядов взрывчатого вещества, может помочь снижению этого распыления.
Ниже описываются конкретные примерные подходы к реализации этой методологии. В пределах настоящего изобретения возможны любые и все комбинации и подкомбинации этих конкретных примеров.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, несколько разнесенных зарядов взрывчатого вещества могут располагаться прилегающими друг к другу вдоль интервала буровой скважины, вокруг которого в горной породе должны быть созданы трещины. Эти прилегающие заряды взрывчатого вещества могут располагаться парами прилегающих зарядов взрывчатого вещества, причем заряды взрывчатого вещества каждой пары располагаются впритык. Заряды могут детонироваться вместе или в независимые моменты времени. В одном предпочтительном варианте осуществления заряды детонируются, таким образом, что детонация происходит на конце первого из пары зарядов, прилегающем к концу второго из пары зарядов, который тоже детонирует. В еще одном примере детонация зарядов взрывчатого вещества может происходить только на соответствующих прилегающих концах пары зарядов. Несколько пар этих зарядов могут собираться в колонну вместе с контейнерами с метательными зарядами и рабочей жидкостью, расположенными между ними, или без них. Кроме того, удлиненные метательные заряды могут инициироваться с противоположных сторон метательных зарядов и могут собираться в несколько труб, содержащих метательные заряды. Эти сборки труб, содержащих метательные заряды, могут располагаться между по меньшей мере некоторыми зарядами взрывчатого вещества или сборками зарядов взрывчатых веществ. В соответствии с еще одним аспектом одного примера, пары зарядов взрывчатого вещества могут располагаться как взаимосвязанные заряды впритык друг к другу с соединением между ними. Пары метательных зарядов могут располагаться таким же образом.
В одном альтернативном варианте осуществления, хотя ожидаемо менее эффективном, несколько разнесенных метательных зарядов и сборок из нескольких метательных зарядов могут инициироваться с трубами, содержащими инертный материал, между ними или без них с исключением зарядов взрывчатого вещества. В этом случае зоны нарушения целостности ожидаются менее резко выраженными, чем зоны нарушения целостности, создаваемые зарядами взрывчатого вещества и комбинациями зарядов взрывчатого вещества и метательных зарядов с трубами, содержащими инертный материал, между ними или без них.
В этом документе описываются и другие аспекты способа. Настоящее изобретение охватывает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации этапов способа, описанных в настоящем документе.
VII. Примерные результаты детонации
На ФИГ. 19 показаны примерные картины скачков уплотнения 500а, 500Ь и 500с в результат детонации примерной колонны 502 в скважине (не показанной) в геологической формации. Колонна 502 содержит первую систему БВВ 504а, вторую систему БВВ 504Ь и третью систему БВВ 504с и две системы МЗ 506, расположенные между тремя системами БВВ. Каждая из систем БВВ 504 аналогична по конструкции и функции примерной системе БВВ 200, показанной на ФИГ. 12-14, и содержит пару модулей БВВ и соединитель. Системы МЗ 506 содержат пару модулей МЗ и три прилегающих соединителя. Система БВВ 504а расположена по центру картины скачков уплотнения 500а, система БВВ 504Ь расположена по центру картины скачков уплотнения 500Ь, и система БВВ 504с расположена по центру картины скачков уплотнения 500с.
Возьмем как пример модуль БВВ 504а и его результирующую картину скачков уплотнения 500а. Каждый из отдельных модулей БВВ 510, 512 вызывает почти идентичные картины скачков уплотнения 514, 516 соответственно, симметричные относительно соединителя 518, соединяющего модули БВВ. Следует отметить, что проиллюстрированная на ФИГ. 19 картина скачков
уплотнения показывает лишь центральную часть результирующей картины скачков уплотнения от каждой системы БВВ и исключает части не между центрами двух модулей БВВ. Показанная часть картины скачков уплотнения представляет интерес, поскольку скачки уплотнения от каждого из двух модулей БВВ взаимодействуют между собой в плоскости по центру соединителя 518 между двумя модулями БВВ, вызывая значительную синергическую картину скачков уплотнения 520, проходящую намного дальше радиально от скважины и колонны по сравнению с отдельными картинами скачков уплотнения 514, 516 каждого модуля БВВ.
При соответствующем разнесении зарядов БВВ получается зона взаимодействия между зарядами, которая приводит к большему эффективному радиуса удара и нарушения целостности. Разнесенные и хронированные заряды могут увеличить эффективный радиус в 3-4 раза по сравнению с детонацией одного большого взрывчатого вещества. Вместо преобладающего разрыва, проходящего в одной плоскости от буровой скважины, предлагаемая система может дать в результате полное объемное нарушение целостности, окружающее буровую скважину на все 360 градусов. Кроме того, возможен радиальный разрыв, проходящий за зону нарушения целостности.
Заряды БВВ могут разделяться расстоянием, определяемым свойствами взрывчатого вещества и свойствами окружающей геологической формации, допускающим развитие и взаимодействие волн попуска (т.е., разгружающих волн, следующих сзади "фронта") от зарядов БВВ. Волна попуска обладает действием помещения объема материала в напряженное состояние, и объединение волн от прилегающих зарядов усиливает это напряженное состояние. С учетом того факта, что состояние напряжения способствует разрыву горной породы, примерная система из нескольких зарядов может способствовать оптимальному разрыву горной породы так, что эти разрывы будут оставаться открытыми за счет саморасклинивания из-за выступов шероховатости поверхности.
Кроме того, пространство между зарядами БВВ содержит системы МЗ. Системы МЗ вызывают дополнительное напряженное состояние в горной породе для усиления действия основных зарядов взрывчатого вещества.
На ФИГ. 20 показаны примерные моделированные результаты детонации, как описано в настоящем документе. Два модуля БВВ длиной по 2 метра, обозначенные позициями 600 и 602, соединены в систему БВВ промежуточным соединителем и имеют разделение между центрами Lj 3,5 м. Система БВВ детонируется в скважине 604, проходящей в теоретически однородной формации. Контуры - это уровень разрыва горной породы, причем зона Y представляет по существу полный разрыв горной породы, а зона X показывает отсутствие разрыва или частичный разрыв. Очевидны ожидаемые области разрушения непосредственно напротив каждого заряда, и они проходят примерно на 3 метра радиально от скважины 604. Однако область симметрии между двумя зарядами показывает "диск нарушения целостности" 606, проходящий значительно дальше на расстояние Ri, например, примерно на 10 м, от скважины в геологическую формацию. Это моделирование иллюстрирует протяженность повышенной проницаемости через разрыв горной породы, которой можно добиться, используя действия распространения ударной волны и взаимодействия волн попуска от разных зарядов. Кроме того, ожидается, что последующая релаксация формации вызовет дополнительный разрыв между дисками нарушения целостности. ФИГ. 20 фактически представляет собой срез через 360-градусный объем повреждения вокруг оси зарядов.
В дополнение к взаимодействию между двумя прилегающими зарядами, характеристики можно дополнительно улучшить при использовании системы БВВ более чем с двумя модулями БВВ последовательно. Например, на ФИГ. 21 показаны три диска нарушения целостности, созданные четырьмя разделенными модулями БВВ - А, В, С, D. Как и на ФИГ. 20, ФИГ. 21 представляет собой срез через 360-градусную зону нарушения целостности.
Дополнительные соображения при проектировании систем моделирования взрывчатых веществ, таких, как описанные в настоящем документе, могут включать материал и конструктивное исполнение контейнера модуля БВВ (например, алюминиевая труба), включение модулей метательных зарядов в колонну в аксиальном объеме между отдельными зарядами и введение соляного раствора или иного скважинного флюида для заполнения кольцевого пространства, разделяющего взрывную систему и вмещающую формацию горной порода. Метательный заряд показан эффективным в усилении и увеличении продолжительности состояния повышенного напряжения горной породы, следовательно, в увеличении протяженности разрыва. Контейнер модуля БВВ может разрабатываться с таким расчетом, чтобы не просто обеспечивать помещение системы в буровую скважину, но и вместе с флюидом буровой скважины он может обеспечить средство для механического соединения энергии взрыва с окружающей горной породой. Кроме того, соединение удара через корпус из алюминия или другого материала позволяет избежать удара короткой продолжительности, который может вызвать измельчение горной породы возле буровой скважины, а также уменьшение энергии, доступной для требуемого процесса разрыва при напряжении дальнего действия. Это явление соединения является дополняющим к характеристикам высвобождения энергии взрывчатого вещества, рассмотренным в настоящем документе.
Раскрытые системы и численные моделирования могут включать учет геологической расслоенности и других свойств участка. Различие сейсмической жесткости между двумя типами материалов может создать дополнительные волны попуска в среде ударной волны. Например, можно смоделировать участок с чередующимися слоями жесткого песчаника и мягкого глинистого сланца. Результирующая среда, предсказанная для гипотетического расслоенного участка при моделировании двух зарядов взрывчатого вещества, показана на ФИГ. 22А-22С. Как и на предыдущих фигурах, на этих фигурах снова показан срез через 360-градусную зону нарушения целостности.
На ФИГ. 22А-22С не показано окончательное прогнозное состояние (т.е., показана не полная протяженность разрыва), а показан момент времени, выбранный иллюстративным для феноменологии, связанной с геологической расслоенностью. ФИГ. 22А - это контур напряжения в горной породе с областями высокого напряжения "а" и областями низкого напряжения "Ь". ФИГ. 22В отображает объем разорванного материала; зона "с" - это полностью разорванная горная порода, переходящая в зону "d", где материал находится в состоянии зарождающегося разрыва, и зону "е", где разрыва нет. ФИГ. 22С отображает тот же объем материала, что и на ФИГ. 22В, но показаны существенные различия между песчаником в зоне "f" и глинистым сланцем в зоне "g". ФИГ. 22А-22С иллюстрируют, что диски нарушения целостности, которые могут быть получены в конкретных геологических местах с учетом соответствующих геологических слоев при правильно выбранных длине зарядов и расстояния между ними, основанных на известных геологических свойствах. Например, на ФИГ. 22С, большая часть нарушения целостности ограничена областями глинистого сланца "f" и в стороне от области песчаника "g".
VIII. Примерные химические композиции
Химические композиции, раскрытые в настоящем описании, разработаны для оптимизации для энергии цилиндра. Эти композиции разработаны для обеспечения разных химических сред, а также изменения температуры и давления в соответствии с конкретными свойствами геологической формации, из которой должны извлекаться энергетические ресурсы.
Композиции, раскрытые в настоящем описании, могут содержать взрывчатый материал, называемый также взрывчатым веществом. Взрывчатый материал -это реакционноспособная субстанция, содержащая большое количество потенциальной энергии, которое при резком высвобождении может вызвать взрыв, обычно сопровождаемый излучением света, выделением тепла, производством звука и созданием давления. Заряд взрывчатого вещества - это измеренное количество взрывчатого материала. Эта потенциальная энергия,
запасенная во взрывчатом материале, может представлять собой химическую энергию, например, нитроглицерин или зерновая пыль, сжатый газ, например, баллон сжатого газа или баллон с аэрозолем. В некоторых примерах композиции содержат высокоэффективные взрывчатые материала. Высокоэффективное взрывчатое вещество - это взрывчатое вещество, которое создает фронт взрывной ударной волны, распространяющийся по материалу со сверхзвуковой скоростью, т.е., вызывающий детонацию, в отличие от малоэффективного взрывчатого вещества, которое вызывает дефлаграцию. В некоторых примерах композиции содержат одно или несколько малочувствительные взрывчатые вещества. Композиции, раскрытые в настоящем описании, могут содержать и один или несколько метательных зарядов. В некоторых примерах метательный заряд включает инертные материалы, такие, как соляной раствор, вода и буровой раствор, и / или энергетические материалы, такие, как взрывчатое вещество, горючее вещество и / или химически активные вещества или их сочетания.
Предполагается, что раскрытый модуль может включать любое взрывчатое вещество, способное создать требуемые зоны нарушения целостности. Композиции, которые могут использоваться в предлагаемом модуле, описаны, в частности, в описаниях изобретения к патентам США №№ 4 376 083, 5 316 600, 6 997 996, 8 168 016 и 6,875,294 и публикации USH1459 (United States Statutory Invention Registration (Обязательная регистрация изобретений США, 4 июля 1995 г. "High energy explosives)))).
В некоторых примерах композиция содержит взрывчатое вещество с высокой плотностью энергии, например, содержащее по меньшей мере 8 кДж/см , по
3 3
меньшей мере 10 кДж/см или по меньшей мере 12 кДж/см . В некоторых примерах взрывчатое вещество представляет собой литую отвержденную композицию. В некоторых примерах взрывчатое вещество представляет собой прессованный порошок (связанный пластиком или иной), плавленое литое вещество, суспензионные водосодержащие взрывчатые вещества и / или жидкость. В некоторых случаях по причине высоких температур в некоторых геологических формациях включены термически стойкие взрывчатые вещества.
В некоторых примерах не нитратные / нитроэфирные взрывчатые вещества (такие, как AN, НГ, ПЭТЫ, ETN, ЭГДН) используются для этих композиций, таких, как НМХ, RDX, ТАТБ, NQ, FOX-7 и / или DAAF. В некоторых примерах композиции взрывчатого вещества содержат системы вяжущего, например, системы вяжущего, практически не содержащие нитроэфирных пластификаторов. Например, подходящие системы вяжущего могут включать фторполимеры, GAP, резины на основе полибутадиена или их смеси. В некоторых примерах композиции взрывчатого вещества, содержащие один или несколько окислителей, таких, как имеющие анионы: перхлорат, хлорат, нитрат, динитрамид или нитроформат, и катионы, такие, как аммоний, метиламмоний, гидразиний, гуанидиний, аминогуанидиний, диаминогуанидиний, триаминогуанидиний, Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba, могут смешиваться с взрывчатым веществом, способствуя окислению продуктов детонации. Это может быть особенно полезным при использовании вяжущих, обогащенных горючим, таких, как системы на основе полибутадиена.
В некоторых приведенных примерах химические композиции разработаны с таким расчетом, чтобы выдавать плотность энергии более или равную 8, 10 или 12 кДж/см при теоретической максимальной плотности, причем шкала времени высвобождения энергии находится в двух периодах фазы детонации, при этом большой процент, больший 25%, например, больший 30-40%, находится в волне расширения Тейлора, и полученное взрывчатое вещество представляет собой литую отвержденную композицию высокой плотности.
В некоторых приведенных примерах химические композиции содержат один или несколько метательных зарядов. Метательные заряды могут быть изготовлены из различных композиций, обычно используемых в отрасли (литые отвержденные, плавленые литые, прессованные или жидкие), и общих семейств одно-, двух- или трехосновных или составных метательных зарядов. Например, раскрытый модуль метательного заряда модуль содержит один или несколько окислителей, таких, как имеющие анионы: перхлорат, хлорат, нитрат, динитрамид или нитроформат, и катионы, такие, как аммоний, метиламмоний,
гидразиний, гуанидиний, аминогуанидиний, диаминогуанидиний, триаминогуанидиний, Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba. Кроме того, модуль метательного заряда может содержать одно или несколько вяжущих, например, одно или несколько вяжущих, обычно используемых специалистами, такие, как полибутадиен, полиуретаны, простые перфторполиэфиры, фторуглероды, полибутадиен акрилонитрит, асфальт, полиэтиленгликоль, GAP, PGN, АММО/БАМО (З-азидометил-З-метилоксетан / 3,3'-бис(азидометил) оксетан), системы для отверждения с различной функциональностью на основе, например, гидроксила, карбоксила, 1,2,3- триазолов с поперечными связями или эпоксидные смолы. Кроме того, в модуль метательного заряда могут включаться добавки, такие, как соль переходного металла, для изменения скорости горения. В некоторых примерах включены один или несколько высокоэнергетических взрывчатых материалов, таких, как высокоэнергетические взрывчатые материалы из семейств нитрамина, нитроэфира, нитроароматического соединения, нитроалкана или фуразана/фуроксана. В некоторых примерах модуль метательного заряда включает также добавки металла/полуметалла, такого, как Al, Mg, Ti, Si, В, Та, Zr и / или Hf, которые могут присутствовать с разными размерами частиц и морфологиями.
В некоторых примерах химические композиции содержат одно или несколько высокоэффективных взрывчатых веществ (например, среди прочих, НМХ, ТНАЗ, RDX или CL-20), одно или несколько малочувствительных взрывчатых веществ (ТАТБ, DAAF, НТО, LAX-112 или FOX-7), один или несколько металлов / полуметаллов (включая, среди прочих, Mg, Ti, Si, В, Та, Zr, Hf или Al) и одно или несколько реакционноспособных литых отвержденных вяжущих (таких, как глицидилазидные полимеры (GAP) / нитрат (PGN), полиэтиленгликоль или производные перфторполиэфира с пластификаторами, такими, как пластификатор GAP, нитроэфиры или жидкие фторуглероды). Хотя основным металлом раскрытых композиций является А1, предполагается, что он может замещаться другими подобными металлами / полуметаллами, такими, как Mg, Ti, Si, В, Та, Zr и / или Hf. В некоторых примерах А1 замещен Sin / или В. Известно, что при почти одинаковой теплоте сгорания Si снижает
чувствительность композиций по сравнению с А1. Предполагается, что могут использоваться и сплавы и / или интерметаллические смеси вышеупомянутых металлов / полуметаллов. Кроме того, предполагается, что размеры частиц добавок металлов / полуметаллов могут быть в пределах 30 нм - 40 мкм, например, 34 нм - 40 мкм, 100 нм - 30 мкм, 1-40 мкм или 20-35 мкм. В некоторых примерах размеры частиц добавок металлов / полуметаллов составляют по меньшей мере 30 нм, по меньшей мере 40 нм, по меньшей мере 50 нм, по меньшей мере 100 нм, по меньшей мере 150 нм, по меньшей мере 200 нм, по меньшей мере 300 нм, по меньшей мере 400 нм, по меньшей мере 500 нм, по меньшей мере 600 нм, по меньшей мере 700 нм, по меньшей мере 800 нм, по меньшей мере 900 нм, по меньшей мере 1 мкм, по меньшей мере 5 мкм, по меньшей мере 10 мкм, по меньшей мере 20 мкм, по меньшей мере 30 мкм, включая 30 нм, 40 нм, 50 нм, 100 нм, 150 нм, 200 нм, 300 нм, 400 нм, 500 нм, 600 нм, 700 нм, 800 нм, 900 нм, 1 мкм, 2 мкм, 3 мкм, 4 мкм, 5 мкм, 6 мкм, 7 мкм, 8 мкм, 9 мкм, 10 мкм, 20 мкм, 30 мкм, 31 мкм, 32 мкм, 33 мкм, 34 мкм, 35 мкм, 36 мкм, 37 мкм, 38 мкм, 39 мкм или 40 мкм. Предполагается, что форма частиц может варьировать, например, размельченные сферы, хлопья или губчатые морфологии. Предполагается, что процент или сочетание высокоэффективных взрывчатых веществ, малочувствительных взрывчатых веществ, металлов / полуметаллов и / или реакционноспособных литых отвержденных вяжущих могут варьировать в зависимости от требуемых свойств.
В некоторых примерах раскрытая композиция содержит примерно 50% примерно до 90% высокоэффективных взрывчатых веществ, например, примерно от 60% примерно до 80%, включая 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89% или 90% высокоэффективных взрывчатых веществ; примерно от 0% примерно до 30% малочувствительных взрывчатых веществ, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% или 30% малочувствительных
взрывчатых веществ; примерно от 5% примерно до 30% металлов или полуметаллов, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% или 30% металлов / неметаллов; и примерно от 5% примерно до 30% реакционноспособных литых отвержденных вяжущих, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% или 30% реакционноспособных литых отвержденных вяжущих.
В некоторых примерах раскрытая композиция содержит примерно от 50% примерно до 90% НМХ, ТНАЗ, RDX и / или CL-20, например, примерно от 60% примерно до 80%, включая 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89% или 90% НМХ, ТНАЗ, RDX и / или CL-20; примерно от 0% примерно до 30% ТАТБ, DAAF, НТО, LAX-112, и / или FOX-7, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, или 30% ТАТБ, DAAF, НТО, LAX-112, и / или FOX-7; примерно от 5% примерно до 30% Mg, Ti, Si, В, Та, Zr, Hf и / или Al, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% или 30% Mg, Ti, Si, В, Та, Zr, Hf и / или Al; и примерно от 5% примерно до 30% глицидилазидных полимеров (GAP) / нитрат (PGN), полиэтиленгликоля или производных перфторполиэфира с пластификаторами, такими, как пластификатор GAP, нитроэфиры или жидкие фторуглероды, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% или 30% глицидилазидных полимеров (GAP) / нитрат (PGN), полиэтиленгликоля или производных перфторполиэфира с пластификаторами, такими, как пластификатор GAP, нитроэфиры или жидкие фторуглероды.
В некоторых примерах раскрытая композиция содержит примерно 50% примерно до 90% НМХ, например, примерно от 60% примерно до 80%, включая 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89% или 90% НМХ; примерно от 0% примерно до 30% А1, например, примерно от 10% примерно до 20%, включая 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29% или 30% А1 (с размерами частиц в пределах 30 нм - 40 мкм, например, 34 нм - 40 мкм, 100 нм - 30 мкм, 1-40 мкм или 20-35 мкм. В некоторых примерах размеры частиц добавок металлов / полуметаллов составляют по меньшей мере 30 нм, по меньшей мере 40 нм, по меньшей мере 50 нм, по меньшей мере 100 нм, по меньшей мере 150 нм, по меньшей мере 200 нм, по меньшей мере 300 нм, по меньшей мере 400 нм, по меньшей мере 500 нм, по меньшей мере 600 нм, по меньшей мере 700 нм, по меньшей мере 800 нм, по меньшей мере 900 нм, по меньшей мере 1 мкм, по меньшей мере 5 мкм по меньшей мере 10 мкм, по меньшей мере 20 мкм, по меньшей мере 30 мкм, включая 30 нм, 40 нм, 50 нм, 100 нм, 150 нм, 200 нм, 300 нм, 400 нм, 500 нм, 600 нм, 700 нм, 800 нм, 900 нм, 1 мкм, 2 мкм, 3 мкм, 4 мкм, 5 мкм, 6 мкм, 7 мкм, 8 мкм, 9 мкм, 10 мкм, 11 мкм , 12 мкм, 13 мкм, 14 мкм, 15 мкм, 16 мкм, 17 мкм, 18 мкм, 19 мкм, 20 мкм, 30 мкм, 31 мкм, 32 мкм, 33 мкм, 34 мкм, 35 мкм, 36 мкм, 37 мкм, 38 мкм, 39 мкм или 40 мкм); примерно от 5% примерно до 15% глицидилазидного полимера, например, примерно от 7,5% примерно до 10%, включая 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, или 15% глицидилазидного полимера; примерно от 5% примерно до 15% Fomblin Fluorolink D, например, примерно от 7,5% примерно до 10%, включая 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14% или 15% Fomblin Fluorolink D; и примерно от 0% примерно до 5% метилендифенилдиизоцианата, например, примерно от 2% примерно до 4%, включая 1%, 2%, 3%, 4% или 5% метилендифенилдиизоцианата.
В некоторых примерах раскрытая композиция содержит по меньшей мере высоко неидеальное БВВ, которое определяется как БВВ, в котором 30-40% или
более метастабильно запасенной химической энергии превращаются в горячие продукты-газы БВВ после фронта детонации (фронта ударной волны) в дефлагрирующей (быстро сжигающей) волне Тейлора. В некоторых примерах раскрытая композиция не содержит идеальное БВВ.
В некоторых примерах раскрытая композиция, например, композиция, оптимизированная в отношении характеристик и термической стойкости, содержит НМХ, фторполимер и / или энергетический полимер (например, GAP) и А1. В некоторых примерах другие композиции, оптимизированные в отношении характеристик и термической стойкости, могут заменять НМХ с RDX смесью меньшей стоимости, которая также содержит фторполимер и / или энергетический полимер (например, GAP) и А1.
В некоторых примерах раскрытая композиции содержит 69% НМХ, 15% измельченного А1 с размером частиц 3,5 мкм, 7,5% глицидилазидного полимера, 7,5% Fomblin Fluorolink D и 1% етилендифенилдиизоцианата (имея механическую энергию 12,5 кДж/см при теоретической максимальной плотности).
В некоторых примерах алюминий замещен инертным заменителем. В некоторых примерах одним таким материалом, который может замещать в некоторых композициях в качестве инертного заместителя вместо А1, является фторид лития (LiF). Замещать алюминий могут и другие соединения, имеющие подобные плотность, молекулярную массу и очень низкую теплоту образования, из-за чего они могут рассматриваться инертными даже в экстремальных обстоятельствах. Предполагается, что процентное соотношение А1 и инертного заменителя может находиться в пределах между примерно от 10% А1 примерно к 90% инертного примерно и 90% А1 к 10% инертного заменителя. Эти композиции могут использоваться для разработки моделей для реакций металлов, выходящих за пределы нынешних температуры и давлений в существующих моделях.
IX Система команд и управления детонацией
Детонация взрывчатых веществ, как уже описывалось, может осуществляться с помощью любой подходящей системы управления детонацией. Как уже отмечалось, детонация включает дефлаграцию, а также включает инициацию метательных зарядов (при наличии таковых). В примерах, в которых конденсатор заряжается, а затем разряжается, чтобы активировать детонатор или инициировать инициатор метательного заряда, для обеспечения этого заряда обычно используется источник высокого напряжения. Кроме того, может предусматриваться сигнал управления взрыванием на переключатель, предназначенный для разряда конденсатора на детонатор или инициатор, чтобы вызвать детонацию взрывчатого вещества. Аналогичным образом, сигнал управления взрыванием может управлять инициированием горения метательных зарядов. Детонаторы и инициаторы горения метательных зарядов, если метательные заряды используются, могут использоваться соответственно для детонации зарядов взрывчатого вещества и инициации горения метательных зарядов. Как уже объяснялось, инициация зарядов взрывчатого вещества и горения метательных зарядов любым одним или несколькими детонаторами и инициаторами (например, несколькими детонаторами и инициаторами) может управляться в ответ на сигнал управления взрыванием в один и тот же момент времени или в разные моменты времени. Хотя могут использоваться самые разные альтернативные системы управления детонацией, ниже описана одна примерная схема. Кроме того, ссылки на детонацию взрывчатых веществ в приведенном ниже обсуждении в равной степени применимы к инициации горения метательных зарядов, если последние используются вместе с взрывчатыми веществами. Эта примерная система может использоваться как в контексте детонации загрязняющих веществ для экспериментов и в полевых испытаниях, например, для определения и оценки результатов взрывов разных конструкций зарядов взрывчатых веществ, а также в промышленных применениях, таких, как детонация зарядов в подземной скважине или размещенных под землей иным образом, для разрыва горной породы в целях добычи нефти. Одна такая система может описываться фразой
"высококачественная передвижная лаборатория физики детонации" (или сокращенно HFMDPL). Термин "лаборатория" используется для указания, что система может использоваться для детонации взрывчатых веществ в экспериментальных целях и целях оценки, но эта система не ограничивается лабораторным или экспериментальным использованием. Таким образом, аббревиатура HFMDPL означает систему, которая не ограничивается экспериментальными применениями, и любые ссылки в описании ниже на экспериментальные применения приводятся просто для примера.
Одна примерная HFMDPL подходит для таких применений, как проведение надежно диагностированных высококачественных испытаний детонации в удаленных зонах высоко контролируемым образом и функционирует для повышения безопасности, защиты и успешного проведения испытаний. В некоторых примерах это оборудование является передвижным и может использоваться для проведения мелко- и крупномасштабного надежно диагностированного испытания БВВ (бризантного взрывчатого вещества) в соответствии с требованиями проекта. Для осуществления комплексных исследований взрывания или детонации (например, нескольких зарядов взрывчатого вещества) в нескольких разных удаленных местах может использоваться соответствующий требуемый вид HFMDPL. В систему могут быть интегрированы органы управления безопасностью и защитой вместе с высококачественными диагностическими способностями и способностями сбора данных. HFMDPL может использоваться для разработки/оптимизации композиций взрывчатых веществ, усиливающих системы проницаемости (разрыв горной породы), специфические для конкретной геологической формации, тем самым обеспечивая более эффективную добычу энергетических ресурсов (например, нефти из разрыва).
Действующими государственными нормами и правилами установлены многие требования безопасности, применимые к испытаниям детонации, например, требования в части обращения с БВВ, к безопасности и проведению испытаний. Применимы также несколько дополнительных требований, специфических для
характера испытания для определения характеристик системы БВВ, карьерные испытания и полевые испытания. Основные компоненты HFMDPL включают центр управления и центр контрольно-измерительных приборов при их отдельном использовании. Связь между центром управления и центром контрольно-измерительных приборов обычно осуществляется беспроводным путем, например, по закодированной высокоскоростной беспроводной линии связи. В систему команд и управления могут быть интегрированы встроенная система управления гарантированного качества и несколько высококачественных диагностических систем.
В одном примере HFMDPL содержит два мобильных транспортных средства, таких, как два прицепа: прицеп центра управления и прицеп центра контрольно-измерительных приборов, специально разработанных и созданных как передвижная структура для использования при проведении надежно диагностированных высококачественных испытаний детонации или промышленных взрывов, например, для разрыва горной порода, в удаленных зонах высоко контролируемым образом. Эти системы на транспортных средствах могут использоваться для проведения испытания БВВ на участке и в масштабах месторождения.
Кроме того, HFMDPL предпочтительно включает систему настройки и управления взрыванием (СНУ В). СНУ В может содержать (или соединяться с ними) высоковольтные детонаторы, например, несколько систем высоковольтных детонаторов со срабатыванием отдельно по времени с одной или общей схемой хронирования взрывания (которая может обеспечивать независимое управление временем детонации зарядов взрывчатого вещества и инициации горения метательных зарядов) и проверочную обратную связь. Кроме того, HFMDPL может включать элементы системы безопасности и защиты персонала, например, одну или несколько блокировок, предотвращающих детонацию, если система не в соответствующем состоянии. Таким образом, эта система может иметь блокированное управление доступом для обращения с БВВ, проверок и проведения испытаний. Кроме того, система
может включать видео наблюдение за основными точками управления и проведением испытаний. Кроме того, в СНУВ может быть интегрирован стандартизированный диагностический контроль. Эти диагностические системы являются обычными и могут использоваться для измерения физического поведения во время событий детонации. Эти наборы данных могут использоваться инструментов численного моделирования и для проверки результатов испытаний.
Кроме того, система команд и управления может принимать входные сигналы от нескольких контрольно-измерительных приборов, например, контрольно-измерительных приборов 1-N, где N - произвольное число, соответствующее числу отдельных выдающих данные контрольно-измерительных приборов, которые используются. Эти контрольно-измерительные приборы могут считаться частью системы или, что типичнее, отдельными от нее, даже притом, что соединены с ней. Контрольно-измерительные приборы могут, например, включать системы камер (например, высокоскоростная (с быстрым формированием кадров) камера и осветительная система Mega Sun Xenon Lighting System, используемая в диагностике); рентгеновские системы; система фотонной допплеровской скоростеметрии (ФДС); акселерометры; акустические контрольно-измерительные приборы in situ, например, используемые для измерения повреждения/нарушения целостности, контрольно-измерительные приборы для измерения напряжений in situ, например, тензометрические датчики, различные системы разностно-временной дальномерной аппаратуры (ТоА); а также другие контрольно-измерительные приборы. Системы камер и освещения могут использовать длины волн видимой области спектра для получения высококачественных снимков во времени положений материала (поверхностей и фрагментов), что помогает анализу ударной волны и волны разрежения, созданных взрывом. Система ФДС (например, система ФДС с 8 точками, выпускаемая компанией NSTech) может использоваться для получения высококачественных точечных измерений движения ударной волны и частиц на поверхности и помогает анализу ударной волны и волны разрежения на исследуемой поверхности. Рентгеновская система (например, двухголовочная
рентгеновская система на 450 кэВ (килоэлектронвольт) с контроллером, сканером и кабелями) может использовать рентгеновские длины волн, например, для получения высококачественных снимков во времени положений материала (поверхностей и фрагментов) через массив материалов (в зависимости от затухания). Эти наборы данных могут использоваться для анализа ударной волны и волны разрежения, созданных в системе в ответ на взрыв. Кроме того, в центр контрольно-измерительных приборов системы могут интегрироваться диагностический контроль для обеспечения включения в каждое испытание специализированной диагностики, диктуемой требованиями проекта. Кроме того, этой системой может осуществляться обработка данных, например, компьютером в центре управления, который может использовать имеющееся на рынке аналитическое программное обеспечение для анализа данных, полученных с помощью контрольно-измерительных приборов в центре контрольно-измерительных приборов в ответ на ударные волны.
Кроме того, центр команд и управления может посылать сигналы управления контрольно-измерительными приборами, например, из центра контрольно-измерительных приборов системы на его выходах для контрольно-измерительных приборов (которые могут отдельными или содержать входы/выходы для посылки и приема данных от контрольно-измерительных приборов). Таким образом, могут быть предусмотрены несколько выходов для контрольно-измерительных приборов, причем каждый, например, предусмотренный для соединения с соответствующим связанным контрольно-измерительным прибором для посылки управляющих сигналов в связанный контрольно-измерительный прибор.
Кроме того, HFMDPL может содержать в центре управления по меньшей мере одно устройство вычислительной техники, например, как описанное ниже. Кроме того, центр контрольно-измерительных приборов лаборатории HFMDPL может дополнительно включать процессор, например, контроллерные системы на базе ППВМ (программируемой пользователем вентильной матрице), выпускаемые компанией National Instruments, для управления потоком данных и
сигналами управления детонацией. Кроме того, центр управления может содержать один или несколько осциллографов (например, выпускаемых компанией Textronix) для диагностических измерений.
Примерная HFMDPL, описанная ниже, может использоваться для проведения мелкомасштабных испытаний по определению характеристик бризантных взрывчатых веществ (БВВ), испытаний системы БВВ и карьерных испытаний и полевых испытаний, а также для управления детонациями промышленных взрывов, например, в связи с взрывным разрывом горных пород.
В некоторых примерах HFMDPL используется для определения характеристик неидеальных композиций БВВ класса 1.1 с высокой плотностью энергии. Например, HFMDPL может использоваться для определения характеристик фронта ударной волны, определения характеристик реагирующего шлейфа получаемых газов позади фронта ударной волны, и проверки технических характеристик БВВ по данным предприятия-изготовителя. Кроме того, HFMDPL может использоваться для определения характеристик конкретных исполнений систем БВВ. Например, HFMDPL может использоваться для определения характеристик систем, содержащих БВВ, алюминий и соляной раствор (или жидкий метательный заряд), и определения характеристик и валидации автономных высоковольтных систем детонации (плоскостей детонации) (см. ФИГ. 26А и 26В), и / или определения характеристик и валидации комбинированных систем БВВ и метательных зарядов.
При карьерном испытании может использоваться обычная диагностика для анализа данных, полученных при испытательном взрыве для характеристики по существу эффектов системы БВВ в сложной геологической формации без влияний поверхностных граничных условий и для валидации / обновления связанных способностей численного моделирования, требуемых для планирования этих исследований. Карьерное испытание может использоваться для эффективного отделения комплексных вопросов/разработок, связанных с конструкцией и характеристиками систем БВВ, от комплексных
вопросов/разработок проектирования буровых скважин, которые могут использовать эти конструкции систем БВВ. В некоторых примерах карьерное испытание может включать следующее: специфические диагностические наборы для характеристики функциональности систем БВВ и взаимодействия волн в формации; акустические методы для динамической оценки разрушения в формации; последующая диагностика для валидации этого способа разрыва in situ; и сейсмическая и / или микросейсмическая диагностика. Карьерное испытание может планироваться и использоваться для демонстрации / валидации всех функций, необходимых для проведения полевого испытания БВВ и / или осуществления промышленного разрыва для конкретной геологической формации. Знания, полученные при карьерном испытании, могут затем использоваться для доработки / исправления выявленных недостатков в объединенном наборе функций, требуемом для проведения полевого испытания БВВ. Усовершенствованная / валидированная система БВВ может быть преобразована в систему для полевого (скважинного) исследования. Затем HFMDPL может использоваться для интеграции системы БВВ в расчетную среду буровой скважины, обеспечивая тем самым производство разрыва in situ в буровой скважине (скважинах).
HFMDPL в желательном виде может использовать систему БВВ для высвобождения энергетических ресурсов, запертых в геологических формациях с низкой проницаемостью, и которые необходимо высвободить, путем создания новых сеток трещин и ремобилизации существующих трещин без необходимости при этом закачивать под землю миллионы галлонов воды или других химических добавок или проппантов, связанной с обычным гидравлическим разрывом пласта. Кроме того, раскрытая HFMDPL может использоваться для разработки систем с зарядами, привязанными к конкретным грунтовым геологическим разрезам, тем самым направляя силу взрыва наружу, от самой буровой скважины и тем самым высвобождая требуемый энергетический ресурс.
ФИГ. 27 иллюстрирует примерную систему команд и управления 800. Система команд и управления содержит центр контрольно-измерительных приборов 802, который предпочтительно является мобильным и представляет собой транспортное средство, например, прицеп, имеющий комплекты колес 804, 806. Прицеп предпочтительно вмещает в себя различные контрольно-измерительные приборы, а также другие компоненты, описанные ниже. Проиллюстрированный прицеп 802 имеет дверь 808 с защелкой 810, которая может содержать блокировку, предназначенную для посылки сигнала в средства вычислительной техники в прицепе, указывающего, защелкнута ли дверь 808. Прицеп 802 показан находящимся на расстоянии D2 от зоны 810, где должно быть детонировано взрывчатое вещество. Проиллюстрированная зона взрыва 810 показана окруженной ограждением 812 с точкой доступа, например, калиткой 814 в одной секции ограждения. Могут быть предусмотрены и другие точки доступа. Калитка 814 содержит защелку 816, и блокировка, например, на защелке на калитке, дает сигнал с калитки в прицеп контрольно-измерительных приборов, например, посредством беспроводной или проводной связи, указывающий, закрыта ли калитка. Для использования при оценке взрыва в зоне взрыва могут располагаться различные измерительные приборы. В зависимости от измерительного прибора, они могут соединяться со средствами вычислительной техники в прицепе 802, например, посредством беспроводной или проводной связи, для передачи информации в центр контрольно-измерительных приборов, такой, как сигналы состояния в некоторых случаях (например, что измерительный прибор настроен с соответствующими уставками и находится в рабочем состоянии), и сигналы данных, соответствующие данным, собранным измерительными приборами, например, данными в результате взрыва.
Система команд и управления 800 содержит также центр управления 820, который предпочтительно является мобильным и может представлять собой транспортное средство. На ФИГ. 27 транспортное средство команд показано как прицеп с колесами 822, 824, предназначенными для использования при движении прицепа из одного места в другое. Колеса 804, 806, 822 и 824 могут
быть постоянно прикрепленными (на соответствующих осях) к своим соответствующим прицепам или съемными и используемыми только во время движения прицепов из одного места осуществления взрыва в другое. Мобильность центра управления 820 и центра контрольно-измерительных приборов 802 позволяют легко транспортировать систему команд и управления из одного места осуществления взрыва в другое. На ФИГ. 27 центр управления 820 показан находящимся на расстоянии D1 от центра контрольно-измерительных приборов 802. Центр контрольно-измерительных приборов 802 может располагаться относительно близко к участку взрыва 810, в то время как центр управления обычно располагается намного дальше от центра взрыва, например, в нескольких милях от центра взрыва. Таким образом, расстояние от центра управления 820 до зоны взрыва предпочтительно больше расстояния от центра контрольно-измерительных приборов 802 до зоны взрыва. Центр управления показан с дверью 822, которая при необходимости в этом может предусматриваться с блокировкой. Однако это менее важно, поскольку центр управления обычно располагается очень далеко от участка взрыва.
ФИГ. 28 представляет собой схематическую иллюстрацию примерного транспортного средства контрольно-измерительных приборов или центра контрольно-измерительных приборов 802 и примерного транспортного средства управления или центра управления 820. Как правило, в одном варианте осуществления транспортное средство управления содержит несколько устройств управления детонацией, каждое из которых должно выдавать сигнал разрешения детонации прежде, чем прицеп контрольно-измерительных приборов сможет выдать команду на производство детонации. На ФИГ. 28 одно такое устройство управления может содержать ключевой орган управления 840. Ключевой орган управления 840 приводится в действие ручным поворотом ключа для переключения переключателя из выключенного положения в разрешенное положение взрыва. При этом на выходе 842 ключевого органа управления генерируется первый сигнал разрешения взрыва. Кроме того, может быть предусмотрен второй выключатель, например, предохранительный выключатель, указанный позицией 844 на ФИГ. 28. Предохранительный
выключатель может представлять собой ручной выключатель, например, педальный выключатель, при переключении и удерживании которого в положении разрешения взрыва на выходе 845 предохранительного выключателя генерируется еще один (например, второй) сигнал разрешения взрыва. Кроме того, центр управления 820 может содержать управляющие средства вычислительной техники 846, например, запрограммированный компьютер 847, конфигурированный инструкциями по программированию, пример которых приведен ниже, для уплотнения работой центра управления по посылке сигналов в центр контрольно-измерительных приборов, в результате чего происходит взрывание одного или нескольких зарядов взрывчатого вещества и / или инициация одного или нескольких метательных зарядов в ответ на сигнал управления взрыванием из центра контрольно-измерительных приборов, как описано ниже. Средства вычислительной техники центра управления, такие, как проиллюстрированный компьютер 847, может прогонять программу интерфейса для связи с центром контрольно-измерительных приборов и, в частности, со средствами вычислительной техники системы настройки и управления взрывами (СНУВ) 900 центра контрольно-измерительных приборов. Средства вычислительной техники центра управления могут содержать по меньшей мере один вход/выход 848, на который и с которого сигналы могут приниматься и посылаться. Вход/выход может содержать один или несколько отдельных входов и несколько выходов.
Как объяснено ниже, средства вычислительной техники 846 могут содержать дисплей 850. Дисплей может отображать представление, например визуальное представление в виде пиктограмм (иконок), различных контрольно-измерительных приборов и блокировок, подключенных к центру контрольно-измерительных приборов, а также любых контрольно-измерительных приборов и сблокированных устройств, соединенных или непосредственно подключенных к центру управления. Кроме того, вместе с иконкой (при наличии таковой) может отображаться текстовое описание контрольно-измерительного прибора. Кроме того, на дисплее 850 может отображаться состояние контрольно-измерительных приборов и блокировок (например, в рабочем ли состоянии
контрольно-измерительные приборы, открыта или закрыты дверь или калитка, и т.д.). Кроме того, средства вычислительной техники центра управления могут предназначаться для отображения реализованного компьютером выключателя на дисплее 850 вместе с состоянием ключевого органа управления и предохранительного выключателя. Эти отображения могут быть на одном общем экране, и оператор в центре управления может легко определить, находится ли система команд и управления в рабочем состоянии, чтобы вызвать детонацию взрывчатых веществ.
Сеть связи, которая может быть проводной сетью, но в одном варианте осуществления предпочтительно являющаяся беспроводной сетью связи, обозначена позицией 860. Сеть связи 860 может содержать передатчик/приемник (приемопередатчик) 870 в центре управления и дополнительный передатчик/приемник (приемопередатчик) 872 в центре контрольно-измерительных приборов. Сеть связи обеспечивает передачу данных и других сигналов между центром управления и центром контрольно-измерительных приборов. Сеть связи может быть хорошо защищенной сетью, например, закодированной сетью, для обеспечения повышенной безопасности при детонации взрывчатых веществ. Таким образом, сигналы, соответствующие первому, второму и третьему сигналам разрешения детонации (соответствующие переключению ключевого органа управления 840 в его положение разрешения взрывания, переключению и удерживанию предохранительного выключателя 844 в его положение разрешения взрывания и переключению компьютера 846 в его положение разрешения взрывания), могут передаваться из беспроводного передатчика/приемника 870 в передатчик/приемник 872 центра контрольно-измерительных приборов. В настоящем описании термин "соответствующий" в отношении сигналов означает, что один сигнал является таким же, как и другой сигнал, или получен из него, или является его модификацией, например, путем формирования, фильтрования и / или обработки сигнала. Кроме того, сигналы, посланные или переданные в ответ на другой сигнал, могут также являть собой соответствующий сигнал. Соответствующий сигнал обычно передает или представляет информационный контент из сигнала, которому он соответствует.
Центр контрольно-измерительных приборов 802 в проиллюстрированном на ФИГ. 28 варианте осуществления содержит ключевое контрольное устройство 890. Это контрольное устройство может быть программно реализованным и являться частью средств вычислительной техники в центре контрольно-измерительных приборов. Ключевое контрольное устройство может действовать, чтобы контролировать входные сигналы в линии 892 из приемопередатчика 872, чтобы определить, переведено ли состояние ключевого орган управления 840 в центре управления в положение, в котором генерируется первый сигнал разрешения взрывания. Таким образом, ключевое контрольное устройство ищет обновление состояния, соответствующее изменению положения ключевого органа управления. Кроме того, предусмотрено контрольное устройство 893 предохранительного выключателя, которое также может быть программно реализованным или представлять собой часть средств вычислительной техники в центре контрольно-измерительных приборов, и может действовать, чтобы контролировать входные сигналы в линии 892, указывающие состояние выхода предохранительного выключателя 844. Контрольное устройство 893 предохранительного выключателя определяет, переключен ли предохранительный выключатель, чтобы выдать второй сигнал разрешения взрывания, соответствующего нахождению второго выключателя в положении разрешения взрывания. Проиллюстрированное контрольное устройство 893 предохранительного выключателя может содержать вход 894 для приема сигналов с линии 892, соответствующих состоянию предохранительного выключателя 844. Кроме того, ключевое контрольное устройство может содержать вход 891 для приема сигналов, соответствующих состоянию ключевого органа управления 840.
В проиллюстрированный центр контрольно-измерительных приборов 802 включены также средства вычислительной техники системы настройки и управления взрыванием (СНУВ) 900. Средства вычислительной техники СНУВ 900 могут представлять собой компьютер, подобный компьютеру 847, а также другие формы средств вычислительной техники, такие, как схема ППВМ, предназначенная для выполнения функций, описанных ниже. Средства
вычислительной техники СНУВ содержат вход/выход 902, подключенный к линии 892 для посылки сигналов в приемопередатчик 872 и приема сигналов из него. Вход/выход 902 может содержать один или несколько отдельный входов и выходов. Средства вычислительной техники СНУВ принимают сигналы разрешения взрывания, соответствующие положению программно реализованного выключателя (если таковой используется) в центре управления, и сигналы, указывающие, что ключевой орган управления и предохранительный выключатель находятся в своих положениях разрешения взрывания, что определено ключевым контрольным устройством 890 и контрольным устройством 893 предохранительного выключателя, и, таким образом, могут определять, находятся ли все три выключателя в своих положениях разрешения взрывания.
Кроме того, средства вычислительной техники СНУВ 900 могут содержать несколько входов, обозначенных общей позицией 904, предназначенных для приема сигналов, соответствующих данным, собранным контрольно-измерительными приборами, сигналов, связанных с блокировкой, и сигналов состояния контрольно-измерительных приборов. Эти входы могут содержать входы/выходы и / или отдельные выходы, с которых из центра контрольно-измерительных приборов могут посылаться сигналы управления контрольно-измерительными приборами (например, для установки режима работы для контрольно-измерительных приборов) в соответствующие связанные контрольно-измерительные приборы, связанные с соответствующими выходами.
Средства вычислительной техники СНУВ не ограничиваются лишь обработкой этих сигналов.
В проиллюстрированном варианте осуществления предусмотрены несколько контрольно-измерительных приборов для контроля взрывов в зоне взрывов 810. На ФИГ. 28 контрольно-измерительные приборы 1-N каждый показан соответственно связанным блоком снаружи центра контрольно-измерительных приборов. Следует понимать, что в зависимости от контрольно-измерительного
прибора он может располагаться внутри структуры центра контрольно-измерительных приборов или на ней. Кроме того, на ФИГ. 28 показан блок, помеченный как "Блокировки I-N" ("Блокировки I-N"). Обычно, включена по меньшей мере одна такая блокировка, типичнее, несколько отдельных блокировок. Поэтому на фигуре показаны блокировки 1-N. Буква N означает произвольное число, поскольку может использоваться любое число контрольно-измерительных приборов и блокировок. Хотя к выходу для контрольно-измерительных приборов в центре контрольно-измерительных приборов могут подключаться более одного контрольно-измерительного прибора, в проиллюстрированном варианте осуществления каждый контрольно-измерительный прибор показан со связанным входом. Все эти входы обозначены общей позицией 906 на ФИГ. 28. Для удобства, блокировки показаны подключенными общим входом 908 к центру контрольно-измерительных приборов, хотя понятно, что типичнее использование нескольких входов для блокировок, причем один такой вход соединен с каждой блокировкой. Входы 906 и 908 соединены со средствами вычислительной техники СНУВ. В этом примере эти входы подключены к соответствующим входам менеджера прерываний 910, который может являться частью средств вычислительной техники СНУВ. Менеджер прерываний, если используется, может, например, представлять собой схему на программируемой пользователем вентильной матрице (ППВМ), запрограммированную или конфигурированную для выполнения функций, описанных ниже.
В общем случае, менеджер прерываний опрашивание контрольно-измерительные приборы и блокировки для проверки, находятся ли контрольно-измерительные приборы в своем требуемом рабочем состоянии (например, уставки инициированы, контрольно-измерительные приборы получают адекватное питание, настроены на то, чтобы отвечать, отвечают на пробные сигналы), и находятся ли блокировки в своем требуем состоянии для взрывания взрывчатого вещества в зоне взрыва 810. Кроме того, менеджер прерываний может посылать сигналы программирования (в случае программируемых контрольно-измерительных приборов), например, для задания параметров для
контрольно-измерительных приборов, которые приводят их в требуемое рабочее состояние. Кроме того, в случае дистанционно управляемых блокировок, менеджер прерываний может посылать сигналы управления блокировками через вход/выход 908 на связанные одну или несколько блокировок, например, чтобы привести блокировки с требуемое состояние (например, дистанционно закрыть калитку и запереть ее). Кроме того, при производстве взрыва в зоне взрыва или в другие моменты времени, когда необходимо собрать данные (например, данные о температуре в буровой скважине), сигналы данных контрольно-измерительных приборов, соответствующие данным, например, данным, собранным как результат взрывов, могут передаваться из соответствующих контрольно-измерительных приборов через входы 906 в менеджер прерываний, причем сигналы, соответствующие этим сигналам данных, проходят через входы 904, например, в компьютер средств вычислительной техники СНУВ. Эти данные могут обрабатываться средствами вычислительной техники СНУВ или передаваться в другое место, например, в центр управления или другое место для анализа и обработки.
Если созданы все условия для осуществления взрыва (например, получены все сигналы разрешения взрыва с выключателей разрешения взрыва в центре управления, все необходимые контрольно-измерительные приборы находятся в приемлемом состоянии для сбора данных при взрыве, и блокировки находятся в их требуемом состоянии для взрывания), выходной сигнал управления взрыванием из средств вычислительной техники СНУВ подается по линии 920 (например, по электрическому проводнику или проводу) в устройство управления зарядом 922. В ответ устройство управления зарядом вызывает детонацию детонатора 924 и / или инициацию инициатора для метательного заряда в ответ на сигнал управления взрыванием и вызывает детонацию взрывчатого вещества 926 (инициацию метательного заряда, если 926 - это метательный заряд). В примерах в настоящем описании для детонации детонатора 924 используется система емкостного разряда. Средства вычислительной техники СНУВ также могут подавать сигнал управления зарядкой по линии 920, чтобы вызывать зарядку конденсатора в цепи 922
источником высокого напряжения, подключенного к цепи зарядки 922, до такого уровня, что когда взрывание разрешено, конденсатор разряжается в детонатор 924 (или инициатор, если этот компонент является инициатором), вызывая детонацию/инициацию. Кроме того, в этом конкретном примере показан сточный конденсатор 928, предназначенный для избирательного подключения к конденсатору цепи 922 для стока заряда с конденсатора, если в течение предопределенного времени после сигнала управления взрыванием взрывание не происходит, или если систему необходимо перевести в безопасный режим. Средства вычислительной техники системы настройки и управления взрыванием могут выдавать соответствующий сигнал по линии 920 на разряд конденсатора для переведения системы в безопасный режим. Таким образом, если детонатор/инициатор такого типа, что может детонировать/инициировать в ответ на разряд блока емкостного разряда (БЕР), центр контрольно-измерительных приборов может выдавать сигнал управления разрядом БЕР, чтобы вызвать разряд БЕР до потенциала земли в случае, если любой один или более из нескольких контрольно-измерительных приборов и по меньшей мере одна блокировка не в их состоянии разрешения взрыва. Сигнал управления разрядом может посылаться и в случае, если сигналы разрешения взрыва отсутствуют, или при изменении из состояния разрешения взрыва на состояние неразрешения взрыва.
Следует понимать, что для реализации системы команд и управления могут использоваться различные подходы к конструктивному исполнению средств вычислительной техники центра управления и центра контрольно-измерительных приборов. Ниже описываются конкретные примеры логики конфигурации, которую можно реализовать как инструкции по программированию для компьютера. Следует понимать, что настоящее изобретение этими примерами не ограничивается.
На ФИГ. 29 приведена блок-схема одного примерного подхода к сообщению состояния предохранительного выключателя 844 и ключевого органа управления (или выключателя ключевого органа управления) 840 из центра управления в
центр контрольно-измерительных приборов. Альтернативно, могут контролироваться другие выключатели. Кроме того, эта блок-схема иллюстрирует также подход к контролю функционирования канала связи на стороне центра управления системы команд и управления.
В последующих примерах пунктирными линиями показан канал связи, например ETHERNET-СОЕДИНЕНИЕ, установленный по сети связи 860. На иллюстрациях "контрольное устройство" относится к стороне центра контрольно-измерительных приборов системы команд и управления, а "устройство управления" - к стороне центра управления системы команд и управления.
Процесс на ФИГ. 29 начинают в блоке 940, в котором устанавливают соединение между центром управления и центром контрольно-измерительных приборов по сети связи 860. Из блока 940 переходят к блоку 942, в котором из центра управления 820 в центр контрольно-измерительных приборов 820 посылают произвольно созданную строку данных (например, тестовый пакет данных). В блоке 944 в центре управления считывают ответную строку данных (например, ответный тестовый пакет данных) из центра контрольно-измерительных приборов, и в блоке 946 эти строки сравнивают. Если тестовые строки отличаются, например, ответный тестовый пакет не такой, как ожидали, указывают на ошибку в функционировании канала связи 860 (при наличии этой ошибки канал считается недействующим). В случае отличия по ответвлению 948 возвращаются в блок 940, и продолжают тестирование канала связи. Кроме того, если в центре управления ответную строку данных из центра контрольно-измерительных приборов не получают в течение желательного времени, которое могут определять предварительно и которое может представлять собой несколько значений времени, в блоке 946 определяют, что соединение утрачено (если соединение утрачено, канал может считаться недействующим). В этом случае по линии 948 также возвращаются в блок 940. Таким образом, на части блок-схемы, только что описанной, обозначенной общей позицией 950, оценивают функционирование сети связи со стороны центра управления
системы. Если сеть связи не функционирует (считается неработающей), в этом примерном варианте осуществления взрывчатые вещества не будут детонировать.
Если в блоке 946 тестовый пакет данных и ответный тестовый пакет данных согласуются, как ожидалось, и ответный тестовый пакет данных был возвращен до истечения крайнего срока, переходят в блок 952. В блоке 952 определяют, изменилось ли состояние. В частности, этот блок может альтернативно содержать отдельные блоки, в которых проводят проверки на предмет любых изменений в состоянии ключевого органа управления 840, предохранительного выключателя 844 или реализованного компьютером выключателя (при наличии такового), реализованного средствами вычислительной техники 846 центра управления. Кроме того, в одном варианте осуществления программное обеспечение вычислительной системы центра управления могут перевести в тестовый режим, в течение которого взрыв блокируют. Изменение этого состояния на тестовое состояние могут проверять в блоке 952. Если в блоке 952 состояние не изменилось 952, по линии 954 возвращаются в блок 942, и процесс контроля канала связи и поиска изменений состояний продолжают. Если в блоке 952 определили изменение состояния 952, переходят в блок 956, и новое состояние компонента, имеющего изменившееся состояние, передают в центр контрольно-измерительных приборов 802 системы команд и управления. В блоке 958 проверяют, получено ли новое состояние центром контрольно-измерительных приборов системы. Например, из центра контрольно-измерительных приборов 802 могут послать сигнал обратно в центр управления 820, подтверждающий получение изменения состояния. Если в блоке 958 ответ "нет", по линии 960 возвращаются в блок 956. С другой стороны, если в блоке 958 ответ "да", изменение состояния обновлено, и по линии 996 возвращаются в блок 940, и процесс продолжают.
В одном варианте осуществления система команд и управления требует, чтобы каждый из сигналов разрешения детонации был в состоянии разрешенной детонации (чтобы состояние всех этих сигналов было в состоянии разрешенного
взрывания) как предусловие выдачи сигнала управления взрыванием на детонатор взрывчатого вещества. Кроме того, система предпочтительно непрерывно или периодически ищет эти изменения состояния.
ФИГ. 30 иллюстрирует примерную программу конфигурации или блок-схему для стороны центра контрольно-измерительных приборов 802 системы команд и управления, относящуюся к контролю функционирования системы связи со стороны центра контрольно-измерительных приборов, а также относящуюся к обновлению состояний. Этот подпроцесс начинают в блоке 1000, в котором в центре контрольно-измерительных приборов предпринимают попытку соединиться с центром управления системы по сети связи 860. В блоке 1002, в который переходят из блока 1000, определяют, не сорвалось ли соединение. Если ответ "да", переходят в блок 1004, в котором определяют, предпринимались ли попытки дольше, чем отведенный период времени, например, три секунды. Если в блоке 1004 ответ "нет", по линии 1006 переходят на линию 1008 и возвращаются в блок 1000 и продолжают предпринимать попытку соединиться. Если попытки предпринимались дольше отведенного периода времени, переходят в блок 1010, в котором устанавливают состояние на ошибочное. В этом блоке выходы одного или обоих из предохранительного выключателя или выключателя ключевого органа управления считают находящимися в состоянии, не разрешенном для взрывания. Как следствие, сигнал управления взрыванием не будут подавать на детонатор (детонаторы) взрывчатых веществ при этих условиях, если связь от стороны центра контрольно-измерительных приборов до стороны центра управления системы определяют центром контрольно-измерительных приборов как утраченную (в этом случае канал связи может считаться недействующим).
Если в блоке 1002 соединение успешно установилось (не сорвалось), по линии 1012 переходят к блоку 1014, и считывают строку данных (например, тестовый пакет данных) со стороны центра управления системы. В блоке 1016, куда переходят из блока 1014, определяют, истекло ли время ожидания. Если время ожидания истекло, то строка данных (например, тестовый пакет данных) в
течение требуемого времени не получена. В этом случае по линии "да" 1017 переходят из блока 1016 обратно в блок 1000, и процесс продолжают. Если до того, как истекло время ожидания, строка данных получена, переходят в блок 1018. Между блоками 1016 и 1018 как вариант может располагаться еще один блок (не показан) для определения, достигнуто ли соответствие строки данных, и, если нет, по линии 1018 можно вернуться обратно в блок 1000. В блоке 1018 определяют, получено ли новое состояние. Блок 1018 может представлять собой несколько блоков, например, по одному связанному с каждым из выключателей на стороне центра управления системы или проверяющим его состояние. Если в блоке 1018 ответ "нет", по линии 1020 возвращаются обратно в блок 1014. Если в блоке 1018 ответ "да", по меньшей мере один из выключателей получил новое состояние (например, переключился из состояния неразрешения взрыва в состояние разрешенного взрыва). В этом случае в блоке 1022 состояние обновляют. Процесс затем продолжают по линии 1020 в блок 1014. Таким образом, блок-схема на ФИГ. 30 иллюстрирует способ проверки функционирования системы связи со стороны центра контрольно-измерительных приборов системы команд и управления. Кроме того, эта блок-схема иллюстрирует способ обновления состояния нескольких выключателей разрешения взрыва в центре управления, которые в одном предпочтительном варианте осуществления должны приводиться в состояние разрешения взрыва прежде, чем центр контрольно-измерительных приборов пошлет сигнал управления взрыванием, чтобы вызвать детонацию зарядов взрывчатого вещества.
Конфигурация примерных средств вычислительной техники СНУВ может также предусматривать несколько процессов, которые могут протекать параллельно. Один такой процесс может адресоваться связи в логике, например, логике программного обеспечения, используемой в компьютере СНУВ. Другой такой процесс может относиться к связи с физическими (например, электрическими) сигналами, например, из блокировок и контрольно-измерительных приборов.
Примерный процесс связи с программой для средств вычислительной техники СНУВ (который снова может быть реализован в аппаратных средствах, иных, нежели запрограммированный универсальный компьютер, например, в программируемом чипе) показан на ФИГ. 31. Процесс на ФИГ. 31 начинается в блоке 1024, в котором выполняют соединение между средствами вычислительной техники СНУВ 900 и программой интерфейса СНУВ, которую прогоняют на компьютер 847 центра управления. В блоке 1026, в который переходят из блока 1024, считывают строку данных (например, тестовый пакет данных) из центра управления. В блоке 1028 определяют, истекло ли время ожидания до того, как была получена строка данных. Если ответ "да", в блоке 1030 сигнальное соединение по сети связи 860 считают утраченным (при определении, что соединение утрачено, канал связи может считаться недействующим) и используется в соответствии с логической блок-схемой на ФИГ. 32, как объяснено ниже. В блоке 1030 "2-й процесс" означает процесс, относящийся к обработке электрических или физических сигналов из внешних источников, пример которого объяснен ниже в связи с ФИГ. 32. Из блока 1030 процесс возвращают в блок 1024 и продолжают. Если в блоке 1028 время ожидания не истекло, переходят в блок 1034, в котором определяют, получены ли из центра управления какие-либо требуемые уставки. Эти уставки могут вводить устройством ввода данных в программу интерфейса СНУВ компьютера 847 в проиллюстрированном центре управления. Эти уставки могут включать атрибуты, такие, как время любого обратного отсчета до взрывания, идентификация блокировок и контрольно-измерительных приборов, а также их уставки и требуемое состояние, которое должно быть перед тем, как детонирует взрывчатое вещество. Если получены какие-либо новые уставки, переходят в блок 1036, и обновляют уставки во 2-м процессе (ФИГ. 32). В блоке 1038, в который переходят из блока 1036, определяют, должен ли начинаться 2-й процесс на ФИГ. 32. Если ответ "да", начинают 2-й процесс, как показано блоком 1040. Если ответ в блоке 1038 "нет" (начинать 2-й процесс не нужно), по линии 1044 переходят в блок 1042. Линия 1044 соединяет также блок 1040 с блоком 1042. В блоке 1042 программное обеспечение на стороне центра
контрольно-измерительных приборов 802 подтверждает получение строки данных (пакета данных) со стороны центра управления 802 и возвращает строку данных (тестовый пакет данных) в центр управления, где его проверяют на соответствие. Из блока 1042 переходят в блок 1045, в котором информацию об обновленном состоянии посылают со стороны центра контрольно-измерительных приборов в программу интерфейса СНУВ компьютера 847. Эта информация о состоянии может содержать состояние блокировок (например, двери и калитки закрыты) и состояние контрольно-измерительных приборов (например, они в исправном состоянии и настроены соответствующими уставками, чтобы собирать данные при производстве взрыва). Из блока 1045 по линии 1046 возвращаются в блок 1026, и процесс продолжают.
Со ссылками на ФИГ. 32 раскрыта примерная логика, которая может быть этапами или командами реализованной компьютером программы для средств вычислительной техники СНУВ 900 для обработки физических сигналов.
Проиллюстрированный примерный процесс на ФИГ. 32 начинают в блоке 1050, в котором средствами вычислительной техники СНУВ вызывают инициализацию компонентов системы к их исходным значениям по умолчанию. Например, выходное напряжение линии сигнала управления взрыванием устанавливают на нуль, если нуль вольт соответствует состоянию неразрешения взрыва. Кроме того, если для детонации различных детонаторов, чтобы тем самым детонировать их связанные соответствующие взрывчатые вещества, используются конденсаторы, при необходимости в этом могут быть посланы сигналы управления на разряд конденсаторов. Из блока 1050 переходят в блок 1052, и проверяют, соединен ли центр контрольно-измерительных приборов системы команд и управления с программой интерфейса СНУВ в центре управления. При этом возвращаются обратно в процесс, связанный с блоком 1024 на ФИГ. 31. Если соединение утрачено, в блоке 1054 определяют, утрачено ли соединение в течение более предопределенного времени. Например, это время могут устанавливать равным пяти секундам. Если ответ в блоке 1054 "нет", по линии 1056 следуют обратно в блок 1052, и процесс продолжают.
Если соединение утрачено в течение более предопределенного времени, установленного в блоке 1054, переходят в блок 1057, в котором определяют, начался ли обратный отсчет для взрывания, и утрачено ли соединение в течение более предопределенного времени, например, пяти секунд. Если ответ в блоке 1057 "да", система прерывает обратный отсчет, чтобы блокировать взрывание, поскольку соединение между центром контрольно-измерительных приборов и центром управления утрачено (например, канал связи считается бездействующим, если установлена утрата соединения), а обратный отсчет начался. То есть, в этом случае по линии 1058 следуют из блока 1057 в блок 1060, и начинают последовательность безопасного режима. Например, в безопасном режиме могут вызвать разряд конденсаторов до потенциала земли (не на детонаторы), принимая, что в отсутствие сигнала взрывания конденсаторы не разряжаются автоматически, а сигнал управления взрыванием заблокирован. Из блока 1060 по линии 1062 переходят в блок 1064, и источники питания системы отключают, и при этом конденсаторы не могут разряжаться в безопасном режиме в этом примере. Из блока 1064 по линии 1066 процесс возвращают в блок 1050 и продолжают, как описано в настоящем документе.
С другой стороны, если ответ в блоке 1057 "нет", то: (1) связь между программой центра управления и центром контрольно-измерительных приборов утрачена в течение слишком длительного времени, и обратный отсчет не начался; (2) связь не была утрачена в течение слишком длительного времени, но обратный отсчет не начался; или (3) связь не была утрачена в течение слишком длительного времени, и обратный отсчет начался. В любом из этих случаев из блока 1057 переходят в линию 1070 и следуют дальше в блок 1072, и в обратном отсчете до взрывания, если он начался, делают паузу. В блоке 1072 процесс продолжают по линии 1056 и обратно в блок 1052. В блоке 1072, если обратный отсчет не начался (например, до начала обратного отсчета связь была утрачена слишком долго), паузу в обратном отсчете в блоке 1072 не делают, словно он еще должен начаться.
Из блока 1052 на ФИГ. 32, если в этом блоке соединение между средствами вычислительной техники СНУВ центра контрольно-измерительных приборов и программой интерфейса СНУВ центра управления не утрачено, переходят в блок 1074, в котором определяют, сброшены ли все блокировки (находятся ли они в соответствующем состоянии для взрывания). Например, находятся ли все двери и калитки, которые должны быть закрыты, в закрытом состоянии, и предохранительный выключатель, ключевой и программный выключатели в центре управления в режиме разрешенного взрывания. Если ответ в блоке 1074 "нет", переходят в блок 1076 и определяют, начался ли обратный отсчет. Если ответ "нет", по линии 1077 следуют обратно в блок 1052, и процесс продолжают. Если в блоке 1076 определяют, что обратный отсчет начался, а блокировки не сброшены (например, предохранительный выключатель разомкнут), детонацию блокируют по линии "да" 1078, идущей из блока 1076 в блок 1060 с последовательностью безопасного режима в блоке 1060, как уже описывалось. Из блока 1060 процесс продолжают, как описано выше.
Возвращаясь в блок 1074, предположим, что все блокировки сброшены. В этом случае из блока 1074 переходят в блок 1080, в котором определяют, начался ли обратный отсчет до взрывания (до посылки сигнала управления взрыванием). Если обратный отсчет не начался, переходят в блок 1082, и начинают обратный отсчет. Если в блоке 1072 в обратном отсчете сделали паузу, но проверка в блоке 1052 показывает, что соединение не утрачено слишком долго, в блоке 1082 могут начать обратный отсчет, например, повторно начать с самого начала или начать с того места, где он был прерван, когда сделали паузу. Из блока 1082 процесс продолжают в блоке 1084, в котором определяют, сброшены ли все блокировки. В блок 1084 переходят и из блока 1080, если определяют, что обратный отсчет начался, когда в блоке 1080 был задан вопрос. В блоке 1084 определяют, находятся ли блокировки в их требуемом состоянии. Таким образом, в блоке 1084 подтверждают, например, являются ли контрольно-измерительные приборы, требуемые для детонации, в рабочем состоянии и со своими правильными уставками и должными состояниями для получения данных, когда произойдет взрыв. Если ответ в блоке 1084 "нет", по линии 1086
возвращаются обратно в блок 1072 с паузой в обратном отсчете и продолжением процесса из блока 1072, как уже описывалось. Состояние прерываний могут определять по сигналам, обычно цифровым электрическим сигналам, например, из средств вычислительной техники менеджера прерываний 910 на ФИГ. 28.
Если в блоке 1084 определяют, что все блокировки сброшены, переходят к проверке обратного отсчета в блоке 1087. Если обратный отсчет не дошел до нуля, переходят в блок 1088, и настраивают источники питания (например, для конденсаторов для детонации, если не заряжены). Процесс продолжают из блока 1088 по линии 1090 в блок 1052. Он опять приходит к проверке блокировок и прерываний по мере того, как процесс продолжают через блоки 1074 и 1084 обратно в блок 1087. Если все остается по-прежнему, в конечном итоге в блоке 1087 обратный отсчет дойдет до нуля. Из блока 1087 переходят в блок 1092 и определяют, получен ли сигнал запуска. Сигнал запуска в этом примере может соответствовать активации третьего выключателя детонации в центре управления, такого, как программно реализованный выключатель, приводимый в действие касанием кнопки на дисплее, управляемой программой интерфейса СНУВ в прицепе центра управления. Эта кнопка может уже быть сдвинута в состояние взрывания на более раннем этапе процесса. Если в блоке 1092 сигнал запуска не получен, переходят в линию 1090, и процесс продолжают обратно в блок 1052, как уже описывалось. Если в блоке 1092 определяют, что сигнал запуска получен, из блока 1092 переходят в блок 1094, и посылают сигнал запуска (сигнал управления взрыванием), чтобы вызвать детонацию одного или нескольких управляемых взрывчатых веществ и инициацию горения одного или нескольких метательных зарядов. Таким образом, например, сигнал управления взрыванием могут посылать в модули управления разрядом конденсаторов, вызывая разряд конденсаторов на один или несколько детонаторов, чтобы взорвать заряды взрывчатого вещества, связанные с этими детонаторами, и инициировать горение метательных зарядов (при наличии таковых). После посылки сигнала запуска в блоке 1064 отключают источники питания (в этом примере отключают питание в цепи детонации, чтобы изолировать их), и процесс продолжают обратно в блок 1050.
ФИГ. 33 иллюстрирует примерную программно реализованную программу интерфейса СНУВ (или логическую блок-схему), предназначенную для прогонки в компьютер 847 центра управления для сопряжения со средствами вычислительной техники СНУВ 900 центра контрольно-измерительных приборов. Как показано на ФИГ. 33, этот процесс начинают в блоке 1100, в котором устанавливают соединение между программой интерфейса СНУВ центра управления и средствами вычислительной техники СНУВ 900 центра контрольно-измерительных приборов. В блоке 1102 делают паузу, чтобы позволить пользователю системы определить блокировки, прерывания, время обратного отсчета и любые другие уставки, требуемые для системы. Например, пользователь может идентифицировать блокировки, связанные с конкретной зоной взрыва, например, блокировки разных калиток, регулирующих доступ в зону, дверей для различных компонентов системы и любые иные блокировки, используемые в системе. В связи с прерываниями пользователь может определить, какие контрольно-измерительные приборы используются в системе, и их требуемое состояние и уставки для работы, которые необходимы до того, как будет разрешено произвести взрыв.
В блоке 1104 уставки, установленные в блоке 1102, передают из центра управления в центр контрольно-измерительных приборов, например, в частности, в этом примере в средства вычислительной техники СНУВ 900 центра контрольно-измерительных приборов. В блоке 1106 программа интерфейса ожидает подтверждения от средств вычислительной техники СНУВ, что уставки получены. Если ответ "нет", возвращаются в блок 1104 (и повторно высылают уставки), и процесс продолжают до тех пор, пока не будет получено подтверждение получения уставок. По истечении времени ожидания могут проследовать в контур выхода. Из блока 1106 переходят в блок 1108, соответствующий работе в факультативном локальном режиме. При работе в этом локальном тестовом режиме осуществляют тестирование, не допуская взрывания взрывчатых веществ. В тестовом режиме с момента переключения программно реализованного выключателя в состояние разрешенного взрыва начинают обратный отсчет. По завершении обратного отсчета (например, пять
минут) из блока 1108 переходят в блок 1110, и посылают сигнал в средства вычислительной техники СНУВ на начало последовательности безопасного режима блока 1060 на ФИГ. 32. Этот локальный обратный отсчет могут начинать повторно, например, путем включения программно реализованного выключателя до завершения локального обратного отсчета. Тестовый режим может блокировать взрывание, замещая уставки ключевого органа управления и предохранительного выключателя. Тестовый режим не допускает тестирования уставок различных контрольно-измерительных приборов, а также других функций тестирования. Если в тестовом режиме локальный обратный отсчет не проведен, процесс могут продолжать для тестирования системы при заблокированном взрывании взрывчатого вещества.
Если система находится не в тестовом режиме, из блока 1106 переходят в блок 1112. В блоке 1112 определяют, установлена ли кнопка взрыва (например, программно реализованный выключатель) в положение для сигнала разрешения взрыва. Если ответ "да", из центра управления в центр контрольно-измерительных приборов посылают сигнал разрешенного взрыва, соответствующий этому положению выключателя, как показано блоком 1114. Если ответ в блоке 1112 "нет", проверку сети связи продолжают путем посылки контрольной строки данных (тестового пакета), как показано блоком 1116, из центра управления в центр контрольно-измерительных приборов. В блоке 1118 центром управления получают данные от средств вычислительной техники СНУВ, например, данные о состоянии контрольно-измерительных приборов. Если в течение предопределенного времени данные не получают, из блока 1120 по линии 1122 следуют в блок 1124, и предпринимают еще одну попытку повторно соединить программу СНУВ со средствами вычислительной техники СНУВ центра контрольно-измерительных приборов. Если до истечения времени ожидания данные получают в блоке 1120, из блока 1120 переходят в блок 1126. В блоке 1126 определяют, обновили ли эти данные состояние любых из контрольно-измерительных приборов или блокировок. Если да, переходят в блок 1128 и обновляют отображение или другие индикаторы, предпочтительно, визуальные индикаторы, состояния отображенных компонентов для легкого
просмотра человеком в центре управления. Из блока 1128 после обновления отображения или из блока 1126 в случае, если никаких изменений состояния не произошло, переходят в блок 1129, в котором определяют, тождественна ли контрольная строка (например, тестовый пакет, вернувшийся в программу интерфейса СНУВ из средств вычислительной техники СНУВ центра контрольно-измерительных приборов) или иным образом соответствует ли контрольной строке (тестовому пакету), посланному в блоке 1116. Если ответ "нет", предполагают, что канал связи отказал, и процесс продолжают по линии 1122 в блок 1124. Если ответ в блоке 1128 "да", по линии ИЗО возвращаются в блок 1108, и оттуда процесс продолжают.
ФИГ. 34 иллюстрирует примерный подход для контроля блокировок и контрольно-измерительных приборов, соединенных со средствами вычислительной техники в центре контрольно-измерительных приборов системы команд и управления. В этом случае с этой целью может использоваться часть средств вычислительной техники в прицепе центра контрольно-измерительных приборов, а именно менеджер прерываний. Менеджер прерываний, если используется, может представлять собой отдельный модуль или неотъемлемую часть средств вычислительной техники СНУВ и при необходимости в этом может быть реализован при разработке программного обеспечения.
На ФИГ. 34 процесс начинают в блоке 1140, в котором определяют системы (например, контрольно-измерительные приборы) и блокировки, которые должны контролироваться в центре контрольно-измерительных приборов. Таким образом, контрольно-измерительные приборы идентифицируют и устанавливают в их требуемые состояния. Кроме того, определяют блокировки, подлежащие контролю, с их установленными требуемыми состояниями. Из блока 1140 переходят в блок 1142. В блоке 1142 для всех систем (например, контрольно-измерительных приборов и блокировок), подлежащих контролю в центре контрольно-измерительных приборов, из средств вычислительной техники СНУВ, например, из хранения в памяти этих аппаратных средств,
получают сигнал, соответствующий их текущему состоянию, как показано в блоке 1144. Затем в блоке 1146 проверяют состояние контрольно-измерительного прибора (а также состояние блокировки) каждого фактического контрольно-измерительного прибора и блокировки, и проверенное или определенное состояние сохраняют как информацию о состоянии. В блоке "Проверяют состояние контрольно-измерительных приборов" к контрольно-измерительным приборам могут применять новые уставки контрольно-измерительных приборов. Кроме того, проверка состояния может включать извлечение данных из контрольно-измерительных приборов, например, собранные при взрыве, если данные сохранены в них. Действия, выполняемые в блоке "Проверяют состояние контрольно-измерительных приборов", могут зависеть от состояния средств вычислительной техники СНУВ, например, находятся они в режиме паузы, отсчета, запущены или в безопасном режиме. В блоке 1148 проводят сравнение, чтобы определить, не произошло ли изменение состояния или данных. Если нет, по ответвлению 1150 следуют в линию 1152, и процесс продолжают в блок 1142. Если ответ в блоке 1148 "да", указывают изменение состояния, и по ответвлению 1154 следуют в блок 1156, в котором состояние обновляют.
Если конкретный контрольно-измерительный прибор или блокировка контролируется не центром контрольно-измерительных приборов системы команд и управления, а центром управления, из блока 1142 переходят в блок 1160, причем данные о состоянии получают из другого источника, например, из интерфейса СНУВ центра управления. Если данные не изменились (и в блоке 1160 можно выполнить сравнение, чтобы определить, произошло ли изменение), по ответвлению "нет" 1162 следуют из блока 1160 в блок 1152, и процесс продолжают. Если данные изменились, по ответвлению 1154 следуют в блок 1156, и процесс продолжают, как уже описывалось.
Опять-таки, процесс конфигурации программных и / или аппаратных реализаций системы команд и управления, описанный выше, приведен лишь как пример, поскольку в системе команд и управления могут использоваться и другие
конфигурации. Следует также отметить, что порядок этапов, описанный в вышеприведенных примерах, если требуется, может изменяться.
Примерный дисплей 850 показан на ФИГ. 35А. В этом дисплее для одновременного отображения состояния нескольких контрольно-измерительных приборов, показанных блоками 1170, и состояния одной или нескольких блокировок, показанных блоками 172, может использоваться один или общий экран. Отображения могут быть текстовыми, пиктограммными или их сочетаниями и могут включать кодирование (например, красные и зеленые точки, причем красные указывают, что состояние не подходит для взрывания взрывчатого вещества, а зеленые указывают, что подходит), чтобы быстро показать человеку, смотрящему на экран, что должно случиться, прежде чем взрывчатое вещество сдетонирует. Помимо цвета, для указания соответствующего состояния могут использоваться и другие визуальные отличительные факторы или индикаторы, например, отличающиеся геометрические формы. Кроме того, проиллюстрированный дисплей может содержать отображение программного реализованного выключателя, помеченного "кнопка взрыва" на ФИГ. 35А и обозначенного позицией 1174. Кнопка взрыва может приводиться в действие в положение указания взрыва, например, путем наведения курсора на кнопку и щелканья кнопкой курсора, путем касания кнопки или перетягивания кнопки из одного положения в другое на сенсорном экране или иным образом путем перемещения отображаемого выключателя в состояние выдачи сигнала разрешения взрыва. Для индикации состояния кнопки взрыва, а также состояния отображенных блоков ключевого и предохранительного выключателей, как описано ниже, могут использоваться индикаторы, такие, как описаны выше в связи с отображениями состояния контрольно-измерительных приборов.
Кроме того, проиллюстрированный дисплей в этом примере может включать блок 1176, отображающий состояние ключевого органа управления 840 (ФИГ. 28), и блок 1178, указывающий состояние предохранительного выключателя 844 (ФИГ. 28). Эти отображения желательны, но не обязательны (факультативны),
поскольку оператор может легко видеть положения ключевого и предохранительного выключателей, не глядя на дисплей, поскольку ключевой и предохранительный выключатели предпочтительно включены в центре управления, где также находится дисплей.
Может отображаться и сигнал тревоги 1180. Сигнал тревоги может представлять собой визуальный, звуковой или и визуальный и звуковой сигналы тревоги в случае непредвиденных условий. Например, одним из контрольно-измерительных приборов может быть датчик перемещения для обнаружения перемещения в зоне взрыва и / или камера для контроля зоны взрыва, причем сигнал тревоги выдается, если обнаружено перемещение. Состояние сигнала тревоги может быть связано с соответствующим сигналом разрешения взрыва, таким, как уже описывался в связи с сигналами состояния ключевого и предохранительного выключателя. Сигнал разрешения взрыва, связанный с сигналом тревоги, может выдаваться, если условие для сигнала тревоги отсутствует.
Может быть предусмотрен блок 1182 дисплея, отображающийся для указания, что система находится в тестовом режиме. Может указываться и состояние различных параметров, таких, как в блоке 1192. Этими параметрами могут быть параметры окружающей среды (например, ветровой режим, температурные условия, другие погодные условия), а также другие условия, которые необходимо контролировать. Может быть включен блок 1194 дисплея для отображения состояния зарядки и / или состояния источников зарядки, используемых для зарядки системы детонации. Кроме того, может отображаться блок 1196 дисплея для указания состояния канала связи, например, действующий он или нет. Могут использоваться комбинации и подкомбинации этих отображаемых параметров. Предпочтительно, кнопка взрыва, состояние ключа, состояние предохранительного выключателя, состояние блокировок и контрольно-измерительных приборов отображаются на одном экране вместе с состоянием канала связи или без него. В одном варианте осуществления перед тем, как из центра контрольно-измерительных приборов пошлется пусковой
сигнал или сигнал управления взрыванием для детонации взрывчатого вещества, может потребоваться состояние разрешения взрыва этих компонентов.
ФИГ. 35В представляет собой высокоуровневую схему, иллюстрирующую одно подходящее разделение функций между центром управления 820 и центром контрольно-измерительных приборов 802 системы команд и управления. Как часть систем безопасности, в проверки, которые должны происходить перед детонацией взрыва, могут включаться требования, установленные соответствующими государственными органами. В той степени, в какой эти требования включают контроль контрольно-измерительных приборов, они могут выполняться, как уже описывалось. В той степени, в какой они вне работы центра команд и управления, например, требования к хранению взрывчатых веществ, они могут выполняться отдельно от системы команд и управления.
ФИГ. 35С иллюстрирует функциональным образом один пример работы примерной системы команд и управления. Выражения "автономные функциональные возможности" и "любой участок осуществления взрыва" на ФИГ. 35С просто означают тот факт, что желательная форма системы команд и управления - мобильная, и что она может перемещаться для использования между разными участками осуществления взрывов. На ФИГ. 35С показаны блокировки в виде контрольно-пропускных пунктов на дороге 1250. Эти блокировки могут приводиться в действие вручную, например, человеком на контрольно-пропускном пункте, посылающим сигнал в центр контрольно-измерительных приборов, указывающий, что контрольно-пропускной пункт открыт. В дополнение к сети связи, для связи с центром контрольно-измерительных приборов (если с оператором) и центром управления системы команд и управления могут использоваться переносные радиостанции или другие устройства связи, как показано позицией 1252. Позицией 1254 показано видеонаблюдение, осуществляемое с использованием камер или иным образом (например, наблюдение со спутника), которое может использоваться для контроля участок взрыва. "Безопасность" может относиться к аспектам безопасности вышеописанной системы, а также к персоналу по обеспечению
безопасности. Эксплуатационные контрольные перечни могут реализовываться, как уже описывалось для средств вычислительной техники СНУВ и программы интерфейса СНУВ. Аббревиатура "СОПБ" расшифровывается как стандартные операционные процедуры безопасности, которые могут предписываться соответствующими государственными органами. В связи с обращением с взрывчатыми веществами, в дополнение к управлению, обеспечиваемому системой команд и управления, придерживаются различных контрольных перечней.
При использовании проиллюстрированной системы команд и управления управлять производством взрыва может один бригадир, находящийся в центре управления. Такой подход устраняет необходимость полагаться на нескольких находящихся в разных местах лиц, подтверждающих, что выполнены все условия для детонации взрывчатого вещества.
Блок готовности HFMDPL 1260 на ФИГ. 35С относится к настройке системы команд и управления в нужном месте для осуществления детонации на участке взрыва. Блок взрыва 1262 относится к производству требуемого взрыва. Блок бездействия HFMDPL 1264 относится к транспортировке системы команд и управления в другое место. Различные диагностики взрыва могут осуществляться соответствующим бригадиром-диагностиком для каждой соответствующей диагностики. Например, одно лицо может отвечать за диагностику фотонной допплеровской скоростеметрии, другое лицо - за диагностику рентгеновских систем, еще одно лицо - за диагностику приборов для измерения напряжений и акселерометров, еще одно лицо - за диагностику, связанную в видео аппаратурой, и т.д. Компьютер в центр управления может обладать способностью анализировать собранные данные и выдавать касающиеся их отчеты. Альтернативно, эти данные могут просто собираться и храниться, а затем передаваться для анализа на носителях информации или электронным путем в другой компьютер в другом месте.
ПРИМЕРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РАСКРЫТОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Любой из раскрытых способов может быть реализован как выполняемые компьютером команды, хранящиеся на одном или нескольких считываемых компьютером носителях (например, на одном или нескольких оптических дисках, компонентах с энергозависимой памятью (например, динамическое или статическое запоминающее устройство с произвольной выборкой) или компонентах с энергонезависимой памятью (например, накопители на жестких дисках)) и выполняемые на компьютере (например, на любом подходящем компьютере, включая настольные компьютеры, серверы, планшетные компьютеры, нетбуки или другие устройства, включающие средства вычислительной техники). В этом случае компьютер может представлять собой один вид средств вычислительной техники, конфигурированный командами программирования выполнять требуемые действия. Любая из выполняемых компьютером команд для реализации раскрытых способов, а также любые данные, созданные и использованные при реализации раскрытых вариантов осуществления, могут храниться на одном или нескольких считываемых компьютером носителях (например, на считываемых компьютером энергонезависимых носителях). Выполняемые компьютером команды могут быть частью, например, выделенной программно реализованной программы или программно реализованной программы, которая доступна или загружается (скачивается) через веб-браузер или иное программное приложение (например, приложение для дистанционных вычислений). Это программное обеспечение может выполняться, например, на одном локальном компьютере или в сетевой среде (например, через Интернет, глобальную вычислительную сеть, локальную вычислительную сеть, сеть "клиент-сервер" (например, облачная вычислительная сеть), распределенная вычислительная сеть или иная подобная сеть) с использованием одного или нескольких сетевых компьютеров.
Для ясности описаны лишь некоторые выбранные аспекты реализаций на базе программного обеспечения. Другие аспекты, хорошо известные в отрасли,
упущены. Например, следует понимать, что раскрытая технология не ограничивается каким-либо конкретным машинным языком или программой. Например, раскрытая технология может быть реализована программным обеспечением, написанным на языке С++, Java, Perl, JavaScript, Python или любом ином подходящем языке программирования. Подобным образом, раскрытая технология не ограничивается каким-либо конкретным компьютером или типом аппаратных средств. Некоторые сведения о подходящих компьютерах и аппаратных средствах хорошо известны и не требуют подробного изложения в настоящем описании.
Кроме того, любые из вариантов осуществления на базе программного обеспечения (содержащие, например, выполняемые компьютером команды, заставляющие компьютер или средства вычислительной техники выполнять любой из раскрытых способов) могут загружаться, скачиваться или иметь дистанционный доступ через подходящие средства связи. Эти подходящие средства связи включают, например, Интернет, мировую паутину, Интранет, программные приложения, кабель (включая оптоволоконный кабель), магнитную связь, электромагнитную связь (включая радиочастотную, микроволновую и инфракрасную связь), электронную связь или иные подобные средства связи.
Раскрытые способы могут альтернативно реализовываться
специализированными средствами вычислительной техники,
конфигурированными для осуществления любого из раскрытых способов. Например, раскрытые способы могут реализовываться (полностью или, по меньшей мере, частично) интегральной микросхемой (например, специализированной заказной интегральной схемой (СЗИС) или программируемым логическим устройством (ПЛУ), например, программируемой пользователем вентильной матрицей (ППВМ)).
ФИГ. 36А иллюстрирует обобщенный пример подходящей вычислительной среды 1300, в которой могут реализовываться несколько из описанных
вариантов осуществления. Вычислительная среда 1300 не предназначена ограничивать объем использования или функциональные возможности раскрытой технологии, поскольку способы и инструменты, описанные в настоящем документе, могут реализовываться в самых разных универсальных и специализированных средах, имеющих средства вычислительной техники.
Как показано на ФИГ. 36А, вычислительная среда 1300 может включать по меньшей мере один процессор 1410 и запоминающее устройство 1420. На ФИГ. 36А эта наиболее базовая конфигурация 1300 обведена пунктирной линией. Процессор 1410 выполняет выполняемые компьютером команды. В многопроцессорной системе выполняемые компьютером команды выполняют несколько процессоров, чтобы повысить вычислительную мощность. Запоминающее устройство 1420 может представлять собой энергозависимое запоминающее устройство (например, регистры, кэш-память, ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство (например, ПЗУ, электрически-стираемое программируемое ПЗУ, флэш-память) или некоторое сочетание этих двух. Запоминающее устройство 1420 может хранить программное обеспечение 1480, реализующее одну или несколько из описанных логических блок-схем для осуществления детонации взрывчатых веществ и управления способами, описанными в настоящем документе. Например, запоминающее устройство 1420 может хранить программное обеспечение 1480 для реализации любого из раскрытых способов, описанных в настоящем документе, и пользовательских интерфейсов.
Вычислительная среда может иметь дополнительные признаки. Например, вычислительная среда 1300 предпочтительно включает внешнее запоминающее устройство 1440, одно или несколько устройств ввода 1460, одно или несколько устройств вывода 1450 и одно или несколько соединений связи 1470. Компоненты вычислительной среды 1300 соединяются между собой механизмом межсоединений (не показан), таким, как шина, контроллер или сеть. Обычно программное обеспечение операционной системы (не показано) операционную среду для выполнения другого программного обеспечения в вычислительной
среде 1300 обеспечивает программное обеспечение операционной системы (не показано), которое также координирует действия компонентов вычислительной среды 1300.
Внешнее запоминающее устройство 1440 может быть съемным и несъемным и может включать один или несколько магнитных дисков, магнитных лент или кассет, CD-ROM, DVD или любой иной энергонезависимый носитель, который может использоваться для хранения информации и который может быть доступным в вычислительной среде 1300. Внешнее запоминающее устройство 1440 может также хранить команды для программного обеспечения 1480, реализующие любой из описанных способов, или среды.
Устройство (устройства) ввода 1460 может (могут) представлять собой устройство сенсорного ввода (например, клавиатура, сенсорный экран, манипулятор типа мышь, "перо", шаровой манипулятор), устройство голосового ввода, сканирующее устройство или другое устройство, позволяющее осуществлять ввод в вычислительную среду 1300. Например, третий выключатель детонации может быть программно реализованной и отображаемой нажимной кнопкой или ползунковым переключателем, который перемещается в положение разрешения взрыва, чтобы вызвать выдачу сигнала разрешения детонации. Устройство (устройства) вывода 1450 может (могут) представлять собой устройство отображения (например, монитор компьютера, дисплей планшетного компьютера, дисплей нетбука или сенсорный экран), принтер, громкоговоритель или другое устройство, обеспечивающие вывод из вычислительной среды 1300.
Соединение (соединения) связи 1470 обеспечивает (обеспечивают) связь по среде связи с другими вычислительными средствами. Среда связи передает информацию, такую, как выполняемые компьютером команды или другие данные и может быть модулированным сигналом данных или информации. Модулированный сигнал данных - это сигнал, имеющий одну или несколько характеристик, настроенных или измененных таким образом, чтобы
зашифровать информацию в сигнале. Как пример и не как ограничение, среды связи включают проводные и беспроводные способы, реализованные с электрическим, оптическим, радиочастотным, инфракрасным, акустическим или иным носителем. Одним конкретным примером подходящей сети связи 860 (ФИГ. 28) для связи между центром управления и центром контрольно-измерительных приборов служит защищенная двухсторонняя беспроводная связь (> 802.1 In) с сигнатурным тактовым импульсом.
Как отмечено, в общем контексте считываемых компьютером команд, хранящихся на одном или нескольких считываемых компьютером носителях, можно описать различные способы. Считываемые компьютером носители - это любые имеющиеся носители, которые могут быть доступными в вычислительной среде или для вычислительной среды. Как пример и не как ограничение, в вычислительной среде 1300 считываемые компьютером носители могут включать вычислительную среду энергонезависимых считываемых компьютером носителей, таких, как запоминающее устройство 1420 и / или внешнее запоминающее устройство 1440.
Различные способы, раскрытые в настоящем описании, могут описываться и в общем контексте выполняемых компьютером команд (например, команд, включенных в программные модули), выполняемых в вычислительной среде процессором. Обычно, программные модули включают подпрограммы, программы, библиотеки, объекты, классы, компоненты, структуры данных и т.д., выполняющие конкретные задачи или реализующие конкретные абстрактные типы данных. В различных вариантах осуществления функциональные возможности программных модулей могут объединяться или распределяться между программными модулями, как требуется. Выполняемые компьютером команды для программных модулей могут выполняться в локальной или распределенной вычислительной среде.
Пример возможной топологии сети для реализации системы команд и управления, использующей раскрытую технологию, приведен на ФИГ. 36В.
Подключенным к сети вычислительным устройством 1300 может быть, например, компьютер 847 (ФИГ. 28) в центре или транспортном средстве управления, который прогоняет программу, подключенную к сети 860. Вычислительное устройство 1300 может иметь архитектуру, показанную на ФИГ. 36А и описанную выше. Вычислительное устройство 1300 не ограничивается традиционным персональным компьютером и может представлять собой другие средства вычислительной техники, конфигурированные для соединения с сетью связи 860 или связи с ней (например, планшетные компьютеры, переносные вычислительные устройства, серверы, сетевые устройства, выделенные устройства и т.п.). В проиллюстрированном варианте осуществления вычислительное устройство 1300 показано в транспортном средстве или центре управления 820 и конфигурировано программным обеспечением для связи с вычислительным устройством 1300 (которое также является компьютером, имеющим архитектуру, показанную на ФИГ. 36А) в транспортном средстве или центре контрольно-измерительных приборов 802 по сети 860. В проиллюстрированном варианте осуществления вычислительные устройства конфигурированы передавать друг другу входные данные и реализовывать любой из раскрытых способов и выдавать результаты, как описано выше. Любые из полученных данных могут храниться или отображаться в принимающем вычислительном устройстве (например, отображаться как данные на графическом пользовательском интерфейсе или web-странице в вычислительном устройстве). Проиллюстрированная сеть 860 может реализовываться как локальная вычислительная сеть (ЛВС), использующая проводные сети (например, Ethernet по стандарту сетей Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE 802.3 или другому соответствующему стандарту) или, предпочтительнее, беспроводные сети (например, по одному из стандартов сетей IEEE 802.11а, 802.11b, 802.1 lg или 802.1 In, причем стандарт 802.1 In является особенно предпочтительным). Альтернативно, и менее предпочтительно, по соображениям безопасности, по меньшей мере, часть сети 860 может представлять собой Интернет или подобную сеть общего пользования и
функционировать, используя соответствующий протокол (например, протокол HTTP).
Следующие примеры приведены для иллюстрации некоторых конкретных признаков и / или вариантов осуществления. Эти примеры не должны интерпретироваться как ограничивающие объем изобретения конкретными описанными признаками или вариантами осуществления.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Композиции взрывчатых веществ
В этом примере описываются композиции взрывчатых веществ, которые могут использоваться в некоторых целях, включая безвредный для окружающей среды разрыв геологической формации.
Предпосылки
Режимы взрывчатых веществ можно разделить на три основные временные этапы: реакция в плоскости Чепмена-Жуге (очень быстрая реакция при детонации, нс-мкс), реакция на раннем этапе расширения после детонации (4-10 мкс) и поздняя реакция, способствующая воздействиям взрыва (от 1 до сотен мс). Работа над смесями ТНТ (тринитротолуола) и А1 (тритоналы) началась еще в 1914 году и продолжалась до Второй мировой войны. В этой работе исследователи из США и Великобритании открыли большие воздействия в третьем временном режиме взрыва и отсутствие воздействий или отрицательное воздействие режима быстрой детонации. Из-за отсутствия ускорения в скорости волны детонации, среди специалистов в области энергетики общепринятым является мнение, что участия А1 в плоскости Чепмена-Жуге нет. Однако некоторые работы продемонстрировали, что замена А1 инертным заместителем (NaCl) фактически повысила скорость детонации по сравнению с активным А1, намного больше, даже чем можно было бы объяснить эндотермическим фазовым
превращением, поэтому было постулировано, что А1 на самом деле реагирует в плоскости Чепмена-Жуге, однако кинетически ограничен эндотермическими реакциями. Напротив, в более поздней работе не было отмечено статистически значимого отличия скорости детонации, когда А1 был замещен на инертный заместитель (LiF) в смесях THT7RDX. Однако эта работа показала 55% увеличение скорости стенки цилиндра для позднего расширения для активного А1 по сравнению с заместителем с введением А1 примерно через 4 мкс после прохождения плоскости Чепмена-Жуге.
Современные высокоэффективные боеприпасы обычно содержат взрывчатые вещества, рассчитанные на создание короткоживущих импульсов высокого давления для быстрого структурного разрушения или продавливания металла, такие, как PBXN-14 или РВХ9501. Однако еще один класс взрывчатых веществ включает взрывчатые вещества, рассчитанные на более долго живущий выход взрыва (усиленное действие взрывной волны) за счет поздних реакций металл-воздух или металл-продукт детонации. Один пример взрывчатого вещества с усиленным действием ударной волны, PBXN-109, содержит лишь 64% RDX (циклотриметилентринитрамина) и включает частицы А1 в качестве топлива, связанные 16% каучукоподобного полимерного вяжущего. Низкое процентное содержание RDX приводит к меньшей детонации, но более позднее горение смеси А1/вяжущее создает усиленную воздушную ударную волну. Почти в отдельном классе находятся взрывчатые вещества термобарического типа (объемного взрыва), в которых снаряжение металлом может быть в пределах от 30% даже до такого высокого значения, как 90%. Эти взрывчатые вещества отличаются от материалов, требуемых для настоящего изобретения, поскольку при таком высоком снаряжении металлом они далеки от стехиометрических в части окисления металлов продуктами детонации, и, кроме того, температура и давление детонации значительно ниже, что также влияет на скорость окисления. Следовательно, эти материалы хорошо подходят для поздней взрывной волны и тепловых воздействий, но не для высвобождения энергии в волне расширения Тейлора. Композиции, объединяющие благоприятный результат начальной работы из раннего профиля давления волны детонации с поздним горением или
взрывом, весьма редки и основываются на конкретных отношениях металла к взрывчатому веществу, а также на типе/морфологии металла и типе вяжущего. Продемонстрировано, что высокая способность продавливать металл и высокая взрывная способность достигаются у прессованных композиций путем комбинирования частиц А1 малого размера, кристаллов обычного бризантного взрывчатого вещества и реакционноспособных полимерных вяжущих. Эта комбинация считается эффективной, поскольку мелкие частицы А1 увеличивают кинетические скорости, связанные с диффузионно-контролируемым химическим процессом, но, кроме того, было установлено, что крайне важным является отношение А1 к взрывчатому веществу. Было эмпирически открыто, что при уровнях 20 масс. % А1 реакции металла не способствуют скорости стенки цилиндра. Этот результат не только неожиданный, но и свидетельствует о том, что в части ускорения металла масса нынешних взрывчатых веществ, содержащих А1, далека от оптимальной. Для того чтобы полностью оптимизировать этот тип взрывчатого вещества с комбинированными воздействиями, необходима система, в которой вяжущее является полностью энергетическим/реакционноспособным или полностью заменено высокоэффективным взрывчатым веществом. Кроме того, очень малопонятно относительно реакции Si и В в средах после детонации.
Измерения
Для того чтобы исследовать взаимодействие между быстрыми химическими реакциями и горением А1 во временной реактивной структуре, применимы различные методы измерений. Количественные измерения в режиме микросекундного времени при высоких температурах и давлениях для определения степени реакций металла весьма сложны и до настоящего времени, в основном, не исследованы. Для наблюдения позднего окисления металла успешно применяются такие методы, как эмиссионная спектроскопия, но физиохимическая среда и режим субмикросекундного времени, представляющие интерес в этом исследовании, делают эти методы непрактичными. Однако с помощью ряда усовершенствованных методов в отделении оружейных
экспериментов Лос-Аламосской национальной лаборатории, таких, как фотонная допплеровская скоростеметрия (ФДС) и новые измерения взрывов, апробированы инициация и детонация/горение этих новых материалов. В качестве руководства при приготовлении композиций используют прогнозы теплоты реакции и характеристик детонации с помощью современных термохимических кодов, а сравнения теоретических значений с измеренными могут дать точные оценки кинетики реакций металлов. По результатам измерения профиля ускорения металлов с получаемыми газами взрывчатых веществ можно подогнать соотношение давление-объем на изэнтропе, представленное в общем виде формулой (1), представленной как сумма функций в диапазоне давлений, причем один вид является уравнением Джонса-Уилкинса-Ли (Jones-Wilkins-Lee, JWL), формула (2).
Ps =Ae~RlV + Be~^v +CV~{0,+1) (2)
В уравнении состояния Джонса-Уилкинса-Ли члены А, В, С, Ri, R2 и со -калибруемые константы, а член V = v/vG (который моделируется с использованием гидрокодов). С помощью термохимически прогнозированных параметров уравнения состояния и калиброванного уравнения состояния по результатам проверенных измерений, как степень, так и время реакций металлов точно оценены и используются для оптимизации композиций, а также при разработке боеприпасов. Временной масштаб этого косвенного наблюдения за реакциями металлов превышает то, что возможно из такового прямых измерений, например, с использованием спектроскопических методов. Затем композиции оптимизируют путем изменения количества, типа и размера частиц металлов, чтобы усилить кинетику реакций, а также подобрать временной режим выделения энергии. Для испытания выбранных композиций применяют традиционные или сокращенные версии испытаний на раздачу цилиндра. В сочетании с новыми методами измерений взрывов предложенное испытание даст количественное глубокое понимание реакций металлов в композициях PAX
и литых отвержденных взрывчатых веществах для создания комбинированных воздействий с рядом потенциальных применений.
Композиция
Химические композиции разработаны для оптимизации энергии цилиндра. Эти композиции разработаны для обеспечения других химических сред, а также изменения температуры и давления. Химические композиции могут включать высокоэффективные взрывчатые вещества (например, без ограничения, НМХ, ТНАЗ, RDX,CL-20), малочувствительные взрывчатые вещества (ТАТБ, DAAF, НТО, LAX-112, FOX-7), металлы/полуметаллы (Al, Si или В) и реакционноспособные литые отвержденные вяжущие (например, глицидилазидные полимеры (ОАР)/нитрат (PGN), полиэтиленгликоль или производные перфторполиэфира с пластификаторами, такими, как пластификатор GAP, нитроэфиры или жидкие фторуглероды). Хотя основным металлом раскрытых композиций является А1, предполагается, что он может быть замещен Si и / или В. Известно, что при почти одинаковой теплоте сгорания Si снижает чувствительность композиций по сравнению с А1.
Чтобы проверить расчеты терморавновесия в реакции в теоретическом состоянии или при нулевом А1, идентифицирован инертный заместитель А1. Фторид лития (LiF) представляет собой один такой материал, который в некоторых композициях может использоваться, как инертный заместитель для А1. Плотность LiF очень близка к плотности А1 (2,64 г/см для LiF по сравнению с 2,70 г/см для А1), молекулярный вес 25,94 г/мол очень близок к молекулярному весу А1 26,98 г/мол, и он имеет очень низкую теплоту образования, и поэтому может считаться инертным даже в экстремальных обстоятельствах. Учитывая эти свойства, предполагается, что LiF позволит получить композиции с почти идентичными значениями плотности, распределениями размеров частиц, молекулярными весами полученного газа и при этом имеющими инертный характер при измерениях уравнения состояния. Исходные композиции приготовлены с 50% и 100% LiF вместо А1. Понимание
скоростей реакций в этих средах используется для разработки моделей для реакций металлов, выходящих за нынешнюю температуру и давления в существующих моделях.
Результирующий материал может быть литым отвержденным, снижающим себестоимость и устраняющим необходимость в инфраструктуре, требующейся для прессования или плавки-литья.
Конкретная композиция взрывчатого вещества
В одном конкретном примере был приготовлена композиция взрывчатого вещества с плотностью энергии более или равной 12 кДж/см при теоретической максимальной плотности, причем временная шкала высвобождения энергии имела два периода фазы детонации с большим количеством - более 30% - в волне расширения Тейлора, и полученное взрывчатое вещество представляло собой литая отвержденная композиция высокой плотности. Была разработана и испытана композиция, содержавшая 69% НМХ, 15% измельченного А1 с размером частиц 3,5 мкм, 7,5% глицидилазидного полимера, 7,5% Fomblin Fluorolink D и 1% этилендифенилдиизоцианата (имевший механическую энергию 12,5 кДж/см при теоретической максимальной плотности).
На ФИГ. 23 приведено графическое представление структуры детонации взрывчатого вещества, содержащей следующий поток волны Тейлора с прореагировавшим или не прореагировавшим А1. Общая механическая энергия в композиции была равной или более 12 кДж/см . Более 30% энергии высвободилось в следующем потоке волны Тейлора взрывной реакции из-за реакции А1 (или других металлов или полуметаллов, таких, как среди прочих Mg, Ti, Si, В, Та, Zr, Hf). У продемонстрированного взрывчатого вещества 3040% энергии высвободились в части волны Тейлора реакции. Другие композиции, подобные вышеуказанной, но с нереакционноспособным вяжущим на основе полибутадиена с концевыми гидроксильными группами (НТВР), не продемонстрировали раннюю реакцию А1 при расширении. Кроме того, композиции с нитроэфирными пластификаторами и добавленным окислителем
не прошли испытания на чувствительность, требуемые для безопасного
обращения.
Пример 2
Использование системы безопасного для окружающей среды и безопасного неидеального бризантного взрывчатого вещество (БВВ) для создания разрыва in situ в геологической формации
Этот пример демонстрирует возможность использования раскрытой системы неидеального БВВ для создания разрыва in situ в геологических формациях.
Было проведено экспериментальное/теоретическое определение характеристик системы неидеального БВВ. Концептуальный подход, разработанный для моделирования взрывчатого вещества в номинальном коллекторе, начался с пары зарядов взрывчатого вещества в буровой скважине, разнесенных на расстояние, определявшееся свойствами взрывчатого вещества и окружающей горной породой коллектора. Потребовалось по меньшей мере разнесение для развития сзади волны сброса (падающего давление) посредством направленного наружу начального импульса давления до пересечения двух волн. Объем материала непосредственно сзади (номинально) округлого геометрического места точки, в которой только что прошли пересекающиеся волны подвергается растяжению, способствуя разрыву горной породы. Прогнозировавшимся результатом был диск разорванной горной породы, образовавшийся наружу от буровой скважине примерно посредине между зарядами. Численное моделирование подтвердило эту концепцию. Этот результат представлен на ФИГ. 20, как уже описывалось. В центре вдоль плоскости симметрии было видно прогнозное действие взаимодействия двух волн, распространяющее разрушение значительно дальше в радиальном направлении. Размеры на этой фигуре приведены для конкретной вычислительной пробы, моделирующей типичный непроницаемый коллектор газа, и не должны рассматриваться более чем иллюстративными.
Были построены численные модели для представления системы неидеального БВВ. Были идентифицированы целевые коллекторы вместе с определением существующих геофизических характеристик репрезентативных формаций. Были реализованы численные модели для представления этих формаций. Были рассчитаны численные моделирования, указывающие потенциальные области нарушения целостности, вызванной несколькими событиями точных взрывов. Было выполнено моделирование начальной добычи. Начальные моделирования указали на область нарушения целостности, проходящую на 20-30 футов (6-9 м) в радиусе от ствола скважины.
ФИГ. 24 и 25 иллюстрируют добычу газа при обычном разрыве (сплошные линии) и из зоны нарушения целостности (штриховые линии) из разрывов 250 дюймов (635 см) с варьирующей проводимостью разрывов или в 3 случаях зон нарушения целостности с радиусами 20, 24 дюймов и 30 дюймов (51, 61 и 76 см соответственно)
Эти исследования демонстрируют, что раскрытая система неидеального БВВ представляет собой систему с высокой плотностью энергии, позволяющую расширить зону, подвергшуюся нескольких хронированных событий взрывов, за счет использования "задержанного" толчка в энергии в среде взаимодействующих ударной волны/волны разрежения. Кроме того, раскрытая система позволила произвести разрыв формаций с ограниченным естественным притоком углеводородов без гидравлического разрыва формации и без образования вредных побочных продуктов.
Ввиду многих возможных вариантов осуществления, к которым могут быть применены принципы, раскрытые в настоящем описании, следует признать, что проиллюстрированные варианты осуществления представляют собой это лишь примеры и не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения. Напротив, объем изобретения является, по меньшей мере, столь же широким, как объем последующей формулы изобретения. Следовательно, мы притязаем на все, что попадает в объем этой формулы изобретения.
Первоначально поданная формула изобретения
Формула изобретения
1. Сборка зарядов взрывчатых веществ, содержащая:
первый взрывной модуль, имеющий первую продольную оконечную часть с первым элементом механического соединения;
второй взрывной модуль, имеющий вторую продольную оконечную часть со вторым элементом механического соединения; и
трубчатый соединитель, имеющий первую оконечную часть, механически соединенную с первым элементом механического соединения, и вторую оконечную часть, механически соединенную со вторым элементом механического соединения, таким образом, чтобы первый взрывной модуль, соединитель и второй взрывной модуль были соединены друг с другом встык вдоль общей продольной оси.
2. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что первый и второй взрывные модули содержат взрывчатую композицию.
3. Сборка по п. 2, отличающаяся тем, что взрывчатая композиция содержит неидеальное БВВ, разработанное имеющим плотность энергии, большую либо равную 12 кДж/см в качестве теоретически максимальной плотности при использовании, и при этом шкала времени высвобождения энергии находиться в двух периодах фазы детонации с высвобождением 30% - 40% энергии в волне расширения Тейлора.
4. Сборка по любому из пл. 2-3, отличающаяся тем, что взрывчатая композиция содержит по меньшей мере одно бризантное взрывчатое вещество, содержащее НМХ, ТНАЗ, RDX, CL-20 или их сочетание; по меньшей мере один металл или полуметалл, включая Mg, Ti, Si, В, Та, Zr, Hf, Al или их сочетание; и по меньшей мере одно из реакционноспособных литых отвержденных вяжущих, включая глицидилазидный полимер, полимер нитратных групп,
полиэтиленгликоль или производные перфторполиэфира с пластификаторами, при этом композиция разработана имеющей плотность энергии, большую либо равную 12 кДж/см в качестве теоретически максимальной плотности при использовании.
5. Сборка по п. 4, отличающаяся тем, что указанное бризантное взрывчатое вещество является НМХ, по меньшей мере один металл или полуметалл является А1 и по меньшей мере одно из реакционноспособных литых отвержденных вяжущих является глицидилазидным полимером.
6. Сборка по пп. 4 или 5, дополнительно содержащее по меньшей мере одно малочувствительное взрывчатое вещество, при этом по меньшей мере одно малочувствительное взрывчатое вещество является ТАТБ, DAAF, NTO, LAX-112, FOX-7 или их сочетанием.
7. Сборка по любому из пп. 2-6, отличающаяся тем, что взрывчатая композиция содержит 69% НМХ, 15% измельченного А1 с размером частиц 3,5 мкм, 7,5% глицидилазидного полимера, 7,5% Fomblin Fluorolink D и 1% метилендифенилдиизоцианата.
8. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что первый элемент механического соединения содержит первый участок с внешней резьбой, второй элемент механического соединения содержит второй участок с внешней резьбой, и соединитель содержит первую оконечную часть с внутренней резьбой, которая навинчена в первый участок с внешней резьбой первого взрывного модуля, и соединитель содержит вторую оконечную часть с внутренней резьбой, которая навинчена во второй участок с внешней резьбой второго взрывного модуля.
9. Сборка по п. 8, отличающаяся тем, что внешняя резьба первого взрывного модуля является левосторонней резьбой, а внешняя резьба второго взрывного модуля является правосторонней резьбой.
10. Сборка по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что вращение соединителя относительно первого и второго взрывных модулей заблокировано
посредством первой пластины, прикрепляющей первую оконечную часть соединителя к первой оконечной части первого взрывного модуля, и второй пластины, прикрепляющей вторую оконечную часть соединителя ко второй оконечной части второго взрывного модуля.
11. Сборка по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что соединитель содержит трубчатый наружный корпус и модуль управления детонацией, расположенный в трубчатом наружном корпусе.
12. Сборка по п. 11, отличающаяся тем, что модуль управления детонацией сконфигурирован для подачи силового импульса по меньшей мере на один детонатор первого или второго взрывных модулей.
13. Сборка по п. 12, отличающаяся тем, что модуль управления детонацией содержит оптически запускаемый диод, установленный между высоковольтным конденсатором и по меньшей мере одним детонатором, при этом высоковольтный конденсатор подает силовой импульс по меньшей мере на один детонатор, когда оптически запускаемый диод пропускает ток от высоковольтного конденсатора.
14. Сборка по п. 13, отличающаяся тем, что модуль управления детонацией дополнительно содержит лазерный диод, освещающий оптически запускаемый диод, пропускающий ток от высоковольтного конденсатора.
15. Сборка по п. 13 или п. 14, отличающаяся тем, что оптически запускаемый диод является диодом с обратным смещением перехода, и при этом ток от высоковольтного конденсатора вызван оптически запускаемым диодом в режиме лавинного пробоя.
16. Сборка по любому из пп. 11-15, отличающаяся тем, что модуль управления детонацией электрически соединен с первым детонатором первого взрывного модуля и вторым детонатором второго взрывного модуля, и сконфигурирован для осуществления детонации обоих взрывных модулей.
11.
17. Сборка по любому из пп. 11-16, отличающаяся тем, что модуль управления детонацией выполнен с возможностью вращения внутри трубчатого наружного корпуса соединителя.
18. Сборка по любому из пп. 11-17, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из первого и второго взрывных модулей содержит выступ, соединенный с модулем управления детонацией, при этом выступ фиксирует положение при вращении модуля управления детонацией относительно соответствующего взрывного модуля, в то же время, позволяя наружному корпусу соединителя вращаться относительно соответствующего взрывного модуля и модуля управления детонацией.
19. Сборка по п. 18, отличающаяся тем, что выступ является проходящим в осевом направлении штифтом.
20. Сборка по п. 18 или п. 19, отличающаяся тем, что каждый из первого и второго взрывных модулей содержит соответствующие выступы, соединенные с модулем управления детонацией, при этом выступы фиксируют положение при вращении модуля управления детонацией относительно соответствующего взрывного модуля, в то же время, позволяя наружному корпусу соединителя вращаться относительно первого и второго взрывных модулей и модуля управления детонацией.
21. Сборка по любому из пп. 1-20, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из первого и второго взрывных модулей содержит метательный заряд.
22. Сборка по п. 21, отличающаяся тем, что каждый из первого и второго взрывных модулей дополнительно содержит два детонатора метательных зарядов, по одному на каждом осевом конце каждого взрывного модуля.
23. Сборка по п. 22, отличающаяся тем, что детонатор метательных зарядов является керамическим струйным детонатором.
24. Взрывной модуль, содержащий:
трубчатый корпус, содержащий первую продольную оконечную часть, вторую продольную оконечную часть и внутреннюю камеру, сконфигурированную для вмещения взрывчатого вещества или метательного заряда, при этом первая продольная оконечная часть содержит первую внешнюю резьбу с первой ориентацией резьбы, а вторая продольная оконечная часть содержит вторую внешнюю резьбу со второй ориентацией резьбы, противоположной первой ориентации резьбы;
торцевую крышку, прикрепленную к первой продольной оконечной части корпуса; при этом торцевая крышка содержит центральное продольное отверстие и по меньшей мере один сальник, сконфигурированный для вмещения герметичным образом провода, проходящего через торцевую крышку; и
детонатор, проходящий через центральное продольное отверстие в торцевой крышке, при этом детонатор имеет первый участок, проходящий во внутреннюю камеру и сконфигурированный для поддержания в контакте с взрывчатым веществом или метательным зарядом в нем, и второй участок, сконфигурированный для электрического соединения с модулем управления детонацией.
25. Взрывной модуль по п. 24, дополнительно содержащий:
второй трубчатый корпус, содержащий первую продольную оконечную часть, вторую продольную оконечную часть и внутреннюю камеру, сконфигурированную для вмещения взрывчатого вещества или метательного заряда, при этом первая продольная оконечная часть второго корпуса содержит первую внешнюю резьбу с первой ориентацией резьбы, а вторая продольная оконечная часть второго корпуса содержит вторую внешнюю резьбу со второй ориентацией резьбы, противоположной первой ориентации резьбы;
вторую торцевую крышку, прикрепленную ко второй продольной оконечной части второго корпуса; при этом вторая торцевая крышка содержит центральное продольное отверстие и по меньшей мере один сальник, сконфигурированный
для вмещения герметичным образом провода, проходящего через вторую торцевую крышку;
второй детонатор, проходящий через центральное продольное отверстие во второй торцевой крышке, при этом указанный детонатор имеет первый участок, проходящий во внутреннюю камеру второго корпуса и сконфигурированный для поддержания в контакте с взрывчатым веществом или метательным зарядом в нем, и второй участок, сконфигурированный для электрического соединения с модулем управления детонацией; и
соединитель, навинченный на первую внешнюю резьбу трубчатого корпуса и навинченный на вторую внешнюю резьбу второго трубчатого корпуса для скрепления трубчатого корпуса и второго трубчатого корпуса друг с другом при продольном выравнивании, при этом соединитель дополнительно содержит модуль управления детонацией, электрически соединенный с первым и вторым детонаторами.
26. Способ соединения двух взрывных модулей друг с другом, включающий:
расположение соединительной муфты при осевом выравнивании между первым взрывным модулем и вторым взрывным модулем; и
вращение соединительной муфты относительно первого и второго взрывных модулей, таким образом, чтобы первая оконечная часть соединительной муфты навинчивалась на первую оконечную часть первого взрывного модуля, а вторая оконечная часть соединительной муфты навинчивалась на вторую оконечную часть второго взрывного модуля.
27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что вращение соединительной муфты включает прикрепление соединительной муфты к обоим из первого и второго взрывных модулей, одновременно.
28. Способ по п. 26 или п. 27, отличающийся тем, что соединительная муфта приводит первый и второй взрывные модули в движение в осевом направлении
27.
навстречу друг другу, когда соединительная муфта прикреплена резьбовым способом к первому и второму взрывным модулям.
29. Способ по любому из пп. 26-28, отличающийся тем, что вращение соединительной муфты включает не сообщающие движение осевые предварительные напряжения между первым и вторым взрывным модулем и соединительной муфтой.
30. Способ по любому из пп. 26-29, дополнительно включающий прикрепление соединительной муфты к первому и второму взрывным модулям посредством первой и второй пластин, соответственно, для предотвращения дальнейшего вращения между соединительной муфтой и первым и вторым взрывными модулями.
31. Способ по любому из пп. 26-30, дополнительно включающий выполнение внутри соединительной муфты электрического соединения модуля управления детонацией с соответствующими детонаторами первого и второго взрывных модулей.
32. Способ по любому из пп. 26-31, дополнительно включающий выполнение внутри соединительной муфты электрического соединения модуля управления детонацией с первым кабелем управления, полностью проходящим через первый взрывной модуль.
29.
29.
29.
29.
4/42
оэ \
1, -4-
-"3
OQ \ " \
Фиг. 8A
24 Dp 24 °P D:> 24
за Л-
Фиг. 8B
pr~pi" rxio^ ^ y\
ifi
Op aF Dp %
Фиг. 8C
. , > Up,- k Up J5i . , Гр Гр
Фиг. 8D
Фиг. 8E
Фиг. 8F
50 50
у 1 J1 *\
WO 2013/151604
7~ <ч||0|
\
i - "- __...
АКТИВИРУЮТ ЛАЗЕРНЫЙ ДИОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СХЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ
\ I
ОПТИЧЕСКИ ЗАПУСКАЕМЫЙ ДИОД ОСВЕЩАЮТ ЛАЗЕРНЫМ ДИОДОМ
С ВЫСОКОВОЛЬТНОГО КОНДЕНСАТОРА ПОДАЮТ СИЛОВОЙ ИМПУЛЬС НА ДЕТОНАТОР
Фиг. 18
PCT/US2013/021484
ДАВЛЕНИЕ
ICC г
¦VAHCELLIIS 0* да(tm)1 газа <млн-ст Ф1-куб-в/c> 'T(tm))
' MhRCEILUS 02 ДЕ(tm)1" ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки) PflnlwtUtriJW_U J ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
' 4F 'рЙОООПС! ЛЬЬИ Г ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
HF ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
Ц|#|> !ГМ1
iO 60 3D
ВРЕМЯ (сутки)
1Пч
8 L'U
Фиг. 24
о о
ю о н
Н К w
s и о
!§E+"F-I.4E+06 I2Е+06
гооээо
ашо№г-
MARCEILUS 01 ГАЗА (млн. ст фт. кто.в/ сутки)
МАЯСЕт.ШЗ 02, ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
.- идгт! | [К"{Л
ir. . lu.LLU^yu, ДЕБИТ ГАЗА (млн. стфт. куб.в/ сутки)
HF '64X0nd, ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
- HF ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/сутки)
---- HF mm ДЕБИТ ГАЗА (млн. ст фт. куб.в/ сутки)
1005 HOD
ВРЕМЯ (сутки)
Фиг. 25
<
о о
н о к о
м о а;
<9
."ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛИНИИ (ОБЫЧНО ЛОГИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ 5 В)
КАНАЛ СЕТИ ETHERNET z Г
Р" - -КАНАЛ СВЯЗИ (ETHERNET, USB, УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИНТЕРФЕЙСНАЯ ШИНА ПОГЛРЛОРАТРЛЬНЫЙ ...I
КИП 1
КИП 2
^Менеджер нрсрывиннй j
КИПЗ
КИП N
Гкомпь
> шьютер, выполняющий i / рограммл интерфейса ""ит
89'
снув : ^ГГТ"
342
зад
*0 j Юпочёвой орган управления 1_?
П J|W5'
.,-"._ ^
Беспроводной передатчик/ приемник
Предохр. выключатель 1 ^ \
8?0-
11 4 Щ
Центр управления
i \
928 326
Фиг. 28
802
Контроль подсистемы предохранительного выключателя и ключевого органа управления, системы связи (например, в транспортном средстве центра управления)
Отправка прои: из устройств
вольной строки а управления
Считывали контрольно!
е строки из I X) устройства I
¦v * Например, ETHERNET- i
¦¦ соединение I
-954
ЭЙ-
Передача нового состояния в контрольное устройство
Например, ETHERNET- j соединение i
Нет
Устройство управления относится к подсистеме транспортного средства центра управления
Контроль системы связи, обновление состояния (например, в транспортном средстве центра контрольно-измерительных приборов)
1;М§
1014-4.
Например, ETHERNET-соединение
¦¦;i7
док.
102К
Обновление состояния
I i
Электрический сигнал средства вычислительной техники системы СНУВ
1024
| Например, 1 ETHERNET -| соединение
Например. из ГГПВМ/внутренней
связи системы реального времени
Отправка обновленного состояния в программу
•Цифровые электрические
< сигналы к блоку 1
• управления
Средства вычислительной техники СНУВ Обработка физических сигналов
1066
"маю
Отключение источников питания
Программа интерфейса СНУВ
'11(c)
Менеджер прерываний
Специфическое для КИП соединение, например, ETHERNET
Проверка состояния КИП
1174 117* ¦ 117Б 118011821192' 11941196
Кнопка взрыва
Состояние ключевого органа управления
Состояние предохранительного выключателя
Сигнал тревоги
Тестовый режим
Состояние параметров
Состояние зарадки
Канал связи
Состояние КИП 1
Состояние КИП 2
Состояние КИП N
Состояние блокировки 1
Состояние блокировки N
¦1171
¦ 117П
11 i J
1172
-"72'
Фиг. 35А
41/42
Программное обеспечение для реализации раскрытой системы ''**ЧШЬ WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604
PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604
PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
115
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO/2013/151604 PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
1/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
1/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604 PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
3/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604 PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
3/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
6/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
6/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 6
Фиг. 6
WO 2013/151604
7/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
7/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
7/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
7/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
7/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
7/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
8/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
9/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
9/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
10/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
10/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
PCT/US2013/021484
16/42
WO 2013/151604
PCT/US2013/021484
16/42
WO 2013/151604
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
PCT/US2013/021484
19/42
PCT/US2013/021484
19/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
20/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
20/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
22/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
22/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
23/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
23/42
PCT/US2013/021484
24/42
WO 2013/151604
24/42
WO 2013/151604
WO 2013/151604
25/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
25/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
26/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
26/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
27/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
27/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
29/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
29/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
29/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
29/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
29/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
29/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
30/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
30/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
30/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
30/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
320
320
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
320
320
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
320
320
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
320
320
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
32/42
PCT/US2013/021484
320
320
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 29
Фиг. 29
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 29
Фиг. 29
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 29
Фиг. 29
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 29
Фиг. 29
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
33/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 29
Фиг. 29
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 30
Фиг. 30
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 30
Фиг. 30
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 30
Фиг. 30
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 30
Фиг. 30
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 30
Фиг. 30
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
34/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 30
Фиг. 30
WO 2013/151604
35/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
35/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 31
Фиг. 31
WO 2013/151604
35/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
35/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 31
Фиг. 31
WO 2013/151604
35/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
35/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 31
Фиг. 31
WO 2013/151604
36/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
36/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 32
Фиг. 32
WO 2013/151604
36/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
36/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 32
Фиг. 32
WO 2013/151604
36/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
36/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 32
Фиг. 32
WO 2013/151604
37/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
37/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 33
Фиг. 33
WO 2013/151604
37/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
37/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 33
Фиг. 33
WO 2013/151604
37/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
37/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 33
Фиг. 33
WO 2013/151604
38/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
38/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
38/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
38/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
38/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
38/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
40/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
40/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604 PCT/US2013/021484
WO 2013/151604 PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
42/42
PCT/US2013/021484
WO 2013/151604
42/42
PCT/US2013/021484
Фиг. 36В
Фиг. 36В