專利名稱:爆破方法
爆破方法
本發(fā)明涉及用于引發(fā)爆炸物炸藥(explosive charge)的裝置,涉及包括該裝置的爆破系統(tǒng)且涉及使用該裝置的爆破方法。本發(fā)明被認為在商業(yè)爆破操作中例如在采礦中和在油氣井中具有特定的實用性。
發(fā)明背景
在商業(yè)爆破操作中，散裝的或包裝的爆炸物通常需要根據(jù)規(guī)定了爆破中的單個炸藥之間的引發(fā)時間和引發(fā)順序的預(yù)定爆破設(shè)計來被引發(fā)。在該上下文中，散裝的或包裝的爆炸物負責使巖石等破裂_其是"工作的"或主要的爆炸物炸藥。該爆炸物炸藥本身通常通過較小的爆炸物炸藥的點火來引發(fā)，較小的爆炸物炸藥總是以筒裝雷管的形式設(shè)置在重約束(heavyconfinement)下方。雷管與負責其點火的爆破控制設(shè)備信號通信。對通過開發(fā)所使用的爆破方法學和元件部分來增強商業(yè)爆破的性能存在持續(xù)的需求。本發(fā)明設(shè)法在這點上做出貢獻。
發(fā)明概述
因此，在一個實施方式中，本發(fā)明提供用于引發(fā)爆炸物炸藥的引發(fā)裝置，該引發(fā)裝置包括
收發(fā)器，其用于接收無線指令信號；
控制電路，其用于處理由收發(fā)器接收的無線指令信號；和光源，其適合于弓I發(fā)爆炸物炸藥且由控制電路激活。
在使用中，該引發(fā)裝置將與能夠通過光源來引發(fā)的爆炸物炸藥可操作地相關(guān)聯(lián)。因此，在另一個實施方式中，提供了包括根據(jù)本發(fā)明的引發(fā)裝置和相關(guān)聯(lián)的爆炸物炸藥的爆炸裝置，爆炸物炸藥被設(shè)置且適合于通過光源來弓I發(fā)。
本發(fā)明還提供使用本發(fā)明的引發(fā)裝置的爆破方法，和包括引發(fā)裝置和相關(guān)聯(lián)的爆破控制設(shè)備的爆破系統(tǒng)。
如將解釋的，本發(fā)明使無線通信能力與爆炸物炸藥的光引發(fā)相結(jié)合。該結(jié)合被認為對已知的爆破方法學和元件部分提供顯著的改進。
發(fā)明詳細論述
本發(fā)明中使用的引發(fā)裝置包括收發(fā)器，且其功能是接收從爆破控制設(shè)備發(fā)送的無線通信信號。因此，裝置可以遙控，而不需要物理連接(例如線)來傳送爆破操作中需要的指令信號。優(yōu)選地，收發(fā)器具有用于雙向通信的能力，使得在引發(fā)爆破之前可以進行諸如診斷和狀態(tài)檢查的事件。無線通信在爆破操作中的用途是本領(lǐng)域已知的，且可用于本發(fā)明的收發(fā)器是已知的和可得到的，或它們可以通過修改已知的元件部分來制造。
弓I發(fā)裝置還包括控制電路?？刂齐娐返幕竟δ苁翘幚碛墒瞻l(fā)器接收的無線指令信號，易于接收合適的指令信號，以激活相關(guān)聯(lián)的光源。在實踐中，控制電路可能具有另外的功能能力且將對由收發(fā)器接收的各種無線指令信號作出響應(yīng)。
控制電路還將通常包括一些形式的定時機構(gòu)，以當點火指令被所述收發(fā)器接收時能夠精確控制所述光源的激活?？刂齐娐穼⒖偸羌呻娐贰＿@樣的電路是本領(lǐng)域熟知的。它們例如用于電子雷管中以便控制雷管功能性和定時引發(fā)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將因此熟悉這樣的電路中需要的設(shè)計和元件部分。
引發(fā)裝置還包括光源，且光源的功能是引起爆炸物炸藥的引發(fā)，來自光源的光射到爆炸物炸藥中或上。特定裝置中使用的光源將基于待引發(fā)的爆炸物炸藥的類型來選擇-適當配對的光源和爆炸物炸藥對實現(xiàn)本 發(fā)明來說是重要的。通常，爆炸物炸藥將已經(jīng)以一些方式被敏化以使其對由給定光源進行的引發(fā)是敏感的。光源可以直接射到爆炸物炸藥中/上或來自該源的光可以通過合適的波導(dǎo)例如光纖或通過使用或不使用聚焦透鏡的直接輻射來傳送至爆炸物炸藥。
本發(fā)明的重要特征是每一個弓I發(fā)裝置具有其自己的光源，且在使用中光源將通常位于鉆孔(或井孔或類似物)中。光源通過裝置的控制電路來控制。裝置受到爆破控制設(shè)備的(無線)控制，但另外裝置也是自行控制的。這意味著例如單一點火指令可以被發(fā)送至引發(fā)裝置陣列，裝置隨后能夠根據(jù)編程入點火電路的時間延遲獨立地執(zhí)行點火。這提供增強的控制和可靠性。該布置還允許在爆破場中獲得燃燒前緣(burning front)，其中一個或多個特定的引發(fā)裝置已經(jīng)被(光)引發(fā)，而其他引發(fā)裝置在至(光)引發(fā)的時間過程中。
該布置應(yīng)與單一(集中的)光源用于通過單個光導(dǎo)纖維將光傳送至多個預(yù)期引發(fā)點的系統(tǒng)形成對比。該布置僅提供簡單的控制，原因是單一光源用于引發(fā)多個引發(fā)事件，且該光源僅可以是開的或關(guān)的。需要光開關(guān)來控制光經(jīng)由單個光導(dǎo)纖維的傳輸，因而這增加了操作復(fù)雜性和成本。對于這種類型的系統(tǒng)，還可能存在可靠性問題，因為存在以下可能性在通過光導(dǎo)纖維傳輸光之前或期間，光導(dǎo)纖維可能受到附近的炸藥的爆震損壞。本發(fā)明中使用的方法不會遭受這些缺點。
在本發(fā)明的一個實施方式中，引發(fā)裝置包括單一收發(fā)器和多個相關(guān)聯(lián)的控制電路和光源。在該實施方式中，收發(fā)器具有引導(dǎo)多個獨立的控制電路和與那些控制電路相關(guān)聯(lián)的光源的能力。這允許許多控制單元(和光源)被裝載在同一個爆破孔內(nèi)，且所有的控制電路與單一收發(fā)器通信。這使得每一個控制電路/光源能夠在獨立的延遲時間引發(fā)相關(guān)聯(lián)的爆炸物炸藥同時維持燃燒前緣。換句話說，該實施方式允許使用同一收發(fā)器的多層(multi-decking)爆破孔,在此注意,井下元件部分(控制電路和光源)被獨立地供電。在該實施方式中，收發(fā)器可以設(shè)置在地面水平的表面處，但是取決于無線指令的性質(zhì)，對于定位在地面下方的爆破孔中的收發(fā)器是可能的。
根據(jù)本發(fā)明，無線指令信號從爆破控制設(shè)備被發(fā)送至引發(fā)裝置的收發(fā)器?？梢砸揽恳粋€或多個機構(gòu)來確保指令信號合適地傳輸和接收。
在一個實施方式中，收發(fā)器可能需要被物理定位為使得無線指令信號可以被直接接收。例如，在該情況下，收發(fā)器可能需要被設(shè)置在爆破孔的頂部。在該情況下，通信可以使用標準射頻傳輸系統(tǒng)和協(xié)議來進行。
在另一個實施方式中，收發(fā)器可以定位在地面水平下方，且無線指令信號經(jīng)由低頻信號被傳輸通過地面。低頻通信在整個采礦工業(yè)中是常見的，且已經(jīng)存在許多控制爆破的系統(tǒng)。
另外的可能性可能包括使用從收發(fā)器延伸到無線指令信號可以被接收的點的天線系統(tǒng)。例如，如果引發(fā)裝置定位在鉆孔下面，那么天線可以從收發(fā)器沿著鉆孔的長度延伸到表面。
在本發(fā)明的又一個實施方式中，在爆破控制設(shè)備和一個或多個引發(fā)裝置之間直接通信對于成功實施并不是必需的。該實施方式包括通過形成低功率網(wǎng)絡(luò)在這些部件之間間接通信，其中一個或多個引發(fā)裝置起到將無線指令信號傳遞至特定引發(fā)裝置的作用，即使所述裝置在范圍之外或另外不能夠直接接收所述無線指令信號。在該實施方式中，不意圖對無線指令信號起作用的一個或多個引發(fā)裝置將信號傳遞至意圖對指令信號起作用的一個或多個弓I發(fā)裝置。將明白，在該實施方式中，弓I發(fā)裝置還將具有傳輸無線指令信號的能力。以該方式形成交叉通信網(wǎng)絡(luò)可以將范圍延伸遍及無線指令信號可以是有效的。該方法公開在標題為“Wireless detonatorassemblies, and corresponding networks，，的國際專利公布第WO 2006/076777號中，該專利公布的內(nèi)容通過引用并入。
使用引發(fā)裝置網(wǎng)絡(luò)來確保指令信號在整個爆破場的通信的明顯優(yōu)點是如果至特定裝置的通信"連接"喪失，那么可能能夠在喪失的連接周圍對通信路徑重新規(guī)定路線，由此維持可操作性。系統(tǒng)還可以配置成診斷通信問題，由此允許進行矯正作用。這應(yīng)與其中單一通信路徑的喪失將通常擊垮整個系統(tǒng)的常規(guī)直接通信系統(tǒng)相反。
采用低功率網(wǎng)絡(luò)來促進無線指令信號的通信的另一個優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)具有允許雙向通信的潛力。在該情況下，使用具有雙向通信能力的收發(fā)器。這允許例如引發(fā)裝置將關(guān)于裝·置網(wǎng)絡(luò)的當前狀態(tài)的信息發(fā)送至爆破控制設(shè)備，且允許爆破控制設(shè)備傳達單個引發(fā)裝置定時協(xié)議和點火指令。因此，爆破的控制、定時和點火可以使用具有雙向通信的遙控(無線)系統(tǒng)來進行，允許爆破操作員在發(fā)送點火指令之前評估爆破系統(tǒng)的狀態(tài)和性能。這增加了爆破操作的額外安全水平。另外的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)是低功率的，且因而其在操作中不應(yīng)干擾在爆破場所處的其他通信系統(tǒng)。此外，存在低功率網(wǎng)絡(luò)，可能不需要特殊經(jīng)營許可證。
在引發(fā)裝置中，需要收發(fā)器與控制電路信號通信。兩個部件可以設(shè)置在一起，例如在單一殼體中，或它們可以是單獨的但適宜地連接用于例如通過線、無線或光學通信裝置來信號通信。同樣地，需要控制電路與光源信號通信以便根據(jù)需要來激活光源?？刂齐娐泛凸庠纯梢栽O(shè)置在一起，例如在同一殼體內(nèi)，或它們可以是單獨的但適宜地連接的。引發(fā)裝置還將需要電源來給收發(fā)器、控制電路和光源供電。電源可以與裝置或其部件物理相關(guān)聯(lián)，但這不是必需的。在這點上，可能需要考慮關(guān)于井下單元上的電源供應(yīng)的安全性要求和規(guī)則。
電源的設(shè)計可以是常規(guī)的，例如低壓電池(可以位于光源部件中)或從電池充電的超級電容器。在后者情況下，超級電容器可以使用設(shè)置在表面的電池來充電，且超級電容器設(shè)置為井下元件部分的一部分。
在另一個實施方式中，裝置的一個或多個部件可以通過較不常規(guī)的方式來供電。例如，其可能能夠使用環(huán)境方式，例如太陽能?？梢源嬖谄渌赡苄裕@取決于在實踐中如何實施本發(fā)明。然而，可能期望的是，本發(fā)明的裝置在不需要使用常規(guī)電源例如電池的情況下起作用。
從前述段落中將明白，收發(fā)器功能和光源可以彼此物理上分開(控制電路可以與任一個相關(guān)聯(lián))。因此，收發(fā)器可以位于地面水平處或上方，且光源(裝置的點火功能)設(shè)置在鉆孔中的(工作爆炸物的)爆炸物導(dǎo)火線的附近或之上。這提供了如下許多優(yōu)點
用于接收無線指令信號的簡化設(shè)計。
在爆破期間和可能在爆破之后收發(fā)器可以用于傳輸爆破性能數(shù)據(jù)。例如，如果發(fā)射機和控制單元經(jīng)由線連接，那么線可以用于經(jīng)由電阻變化測量孔中的V0D，且該信息被傳輸回至控制中心。
井下元件部分的尺寸可以減小且這對于小鉆孔應(yīng)用將是有益的。在這點上，當前固態(tài)激光器可以具有非常緊湊的設(shè)計。
如所注意的，對于例如位于表面處的單一收發(fā)器通過具有允許連接許多單元的多個輸出點來控制許多井下點火單元的激活可能是可以的。這對于具有多個雷管的孔例如多層孔將是有益的。
根據(jù)本發(fā)明被光引發(fā)的爆炸物炸藥可以用于引發(fā)相關(guān)聯(lián)的"工作的"或主要的爆炸物炸藥。在該情況下，光引發(fā)的爆炸物炸藥是相對小的但被選擇為仍然有效用于爆震主要的爆炸物炸藥。在該情況下，光引發(fā)的爆炸物炸藥可以按照常規(guī)筒裝雷管設(shè)置在重約束下方。光可以直接或經(jīng)由光導(dǎo)纖維傳送入筒中。
在另一個實施方式中，光引發(fā)的爆炸物炸藥用于爆震相關(guān)聯(lián)的主要的爆炸物炸藥 但布置不含雷管。在該情況下，光爆炸物炸藥設(shè)置為與主要的炸藥的至少一部分直接接觸或兩者可以通過不會影響主要的爆炸物炸藥的爆震的膜來分開。該方法描述在標題為“Initiation ofexplosives materials” 的國際專利公布第 WO 2008/113108 號中，該專利公布的內(nèi)容通過引用并入本文。后者規(guī)定使用光學纖維來傳送光，但根據(jù)本發(fā)明，這不是必需的。
因此，在該實施方式中，本發(fā)明提供無雷管的爆破系統(tǒng)，該爆破系統(tǒng)包括
工作爆炸物炸藥；
約束爆炸物炸藥(confinedexplosive charge);和
根據(jù)本發(fā)明的引發(fā)裝置，其中引發(fā)裝置設(shè)置為將光傳送至約束爆炸物炸藥，且約束爆炸物炸藥適合于被光引發(fā)，且其中約束爆炸物炸藥的引發(fā)引起工作爆炸物的引發(fā)。
根據(jù)該實施方式，工作爆炸物炸藥通過約束爆炸物炸藥的爆震來引發(fā)。約束炸藥的按順序引發(fā)通過合適的光源輻射約束爆炸物來引起。因此，工作爆炸物不需要使用常規(guī)的雷管裝置來引發(fā)。
根據(jù)該實施方式，引發(fā)通過輻射約束炸藥直到其發(fā)生點火來實現(xiàn)。約束炸藥被約束成使得該初始點火波及全爆震。約束炸藥和工作炸藥彼此相對設(shè)置，使得約束炸藥的爆震引起工作炸藥的引發(fā)。在本發(fā)明的一個實施方式中，約束炸藥的一部分和工作炸藥的一部分可以直接接觸。然而，在其他實施方式中，這可能不是必需的，條件是保留在炸藥之間的預(yù)期操作關(guān)系。例如，在某些實施方式中，炸藥可以通過膜或類似物分開。在該情況下，可以包括膜或類似物以易于制造；膜(或類似物)不會影響工作炸藥的爆震。
被使用的工作爆炸物炸藥通常也是傳爆炸藥。本發(fā)明的爆破系統(tǒng)可以因此不含起爆藥。工作爆炸物炸藥可以與光引發(fā)的爆炸物炸藥相同或不同。當炸藥具有相同的爆炸物材料時，本發(fā)明可以通過適當約束散裝爆炸物的一部分來執(zhí)行。
該實施方式的重要方面是約束爆炸物炸藥被約束的方式，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，約束的幾何形狀對于工作爆炸物的成功爆震是關(guān)鍵的。因此，約束爆炸物炸藥應(yīng)以使得包含約束炸藥的初始點火并允許隨后波及全爆震的方式被約束。各種約束方式(幾何形狀和材料)可以用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式。
在一個實施方式中，約束爆炸物炸藥可以被約束在長形管狀構(gòu)件中。通常，這將具有圓形橫截面，但是這不是強制的。當使用長形管狀構(gòu)件時，管狀構(gòu)件的內(nèi)徑應(yīng)大于被約束的爆炸物的臨界直徑。當約束爆炸物炸藥被牢固約束時，例如，當約束裝置由金屬制成時，管狀構(gòu)件的內(nèi)徑可以比被約束的爆炸物的臨界直徑大高達3倍。
可用于本發(fā)明的具有圓形橫截面的典型管狀構(gòu)件通常具有約2至約5_，例如約3mm的內(nèi)徑和高達約110mm，例如20至IlOmm的長度。約束爆炸物炸藥的過渡所需要的管狀構(gòu)件的長度將在不同類型的爆 炸物之間變化。例如，對于PETN，管狀構(gòu)件的最小長度將是約30mm,而對于彭托利特炸藥,最小長度將是約90mm(對于約3mm的內(nèi)徑)。
約束裝置可以采用其他幾何形狀。因此，可以使用球形的或錐形的約束裝置。用于約束裝置的合適材料的實例包括金屬和金屬合金，例如鋁和鋼，以及高強度聚合材料。
為了闡述的目的，在下文中，本發(fā)明將結(jié)合作為約束裝置的具有圓形橫截面的管狀長形構(gòu)件來描述。
通常，工作爆炸物炸藥設(shè)置為與約束爆炸物炸藥的一部分(直接)接觸。當約束爆炸物炸藥被約束在長形管狀構(gòu)件中時，必要的接觸可以經(jīng)由管狀構(gòu)件的其中約束部分被約束的端部(該端部遠離管狀構(gòu)件的通過光導(dǎo)纖維將激光傳送至的端部)來實現(xiàn)。當采用約束裝置的其他幾何形狀時，重要的是，約束爆炸物炸藥的至少一部分與工作爆炸物接觸。
在一個實施方式中，光導(dǎo)纖維可以用于將來自光源的光傳送至約束爆炸物炸藥。這可以通過將(暴露的)光導(dǎo)纖維的一個端部設(shè)置為與約束爆炸物炸藥接觸或嵌入約束爆炸物炸藥中來進行。因此，光導(dǎo)纖維的一個端部可以被插入管狀構(gòu)件的其中爆炸物炸藥被約束的端部中。光導(dǎo)纖維將通常具有50至400 y m的直徑。
在本發(fā)明的相關(guān)實施方式中，光導(dǎo)纖維的暴露端部可以設(shè)置為鄰近但不接觸約束爆炸物炸藥(的外表面)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在(暴露的)光導(dǎo)纖維的端部和約束爆炸物炸藥之間設(shè)置(空氣的)間隙對傳熱至約束爆炸物具有影響，且因此對在當激光通過光導(dǎo)纖維被射出時和當約束爆炸物被引發(fā)時之間的延遲時間具有影響。更具體地，認為，該間隙充當通過最小化/避免反向傳導(dǎo)影響來促進有效傳熱至約束爆炸物的絕緣體。優(yōu)選地，光導(dǎo)纖維的暴露端部設(shè)置在遠離管狀構(gòu)件中的約束爆炸物的表面的短距離處。通常，該短距離是5 u m至 5. Omnin
光導(dǎo)纖維具有常規(guī)設(shè)計且設(shè)置有包覆層。當光導(dǎo)纖維相對于設(shè)置在管狀構(gòu)件中的約束爆炸物被定位時，這可以在光導(dǎo)纖維的一個端部除去。光導(dǎo)纖維的特征將基于被傳送至約束爆炸物的激光的波長以及其他來選擇。作為實例，波長通常是780至1450nm。
光導(dǎo)纖維的暴露端部通常借助于合適的連接器來保持在相對于約束爆炸物的適當位置。0形環(huán)可以用于夾緊光導(dǎo)纖維的暴露端部并防止氣體泄漏。
在其他實施方式中，不必使用光導(dǎo)纖維來將來自光源的光傳送至約束爆炸物炸藥。這可以簡化設(shè)計和制造，且是更經(jīng)濟的。在一個這樣的實施方式中，可能能夠?qū)碜怨庠吹墓庵苯觽魉椭良s束爆炸物炸藥。此處，光源的出口將設(shè)置為非常接近或甚至接觸約束爆炸物炸藥。例如，激光二極管的〃窗口 〃可以設(shè)置為鄰近或接觸爆炸物炸藥。在另一個實施方式中，透鏡可以用于將來自光源的光聚焦在爆炸物炸藥上。例如，可能能夠用將從二極管發(fā)射的光聚焦在爆炸物上的(藍寶石)透鏡代替激光器二極管的〃窗口 〃部分。該方法可以增強效率。
預(yù)期爆震的工作爆炸物炸藥通常設(shè)置為與約束爆炸物炸藥的至少一部分(直接)接觸。通常，該接觸將在管狀構(gòu)件的其中約束爆炸物被約束的端部出現(xiàn)，該端部遠離管狀構(gòu)件的與光導(dǎo)纖維相關(guān)聯(lián)的端部。取決于爆炸物炸藥被設(shè)置的形式，爆炸物炸藥還可以圍繞其中約束爆炸物被約束的管狀構(gòu)件。換句話說，管狀構(gòu)件可以嵌入爆炸物炸藥中。
在相關(guān)的實施方式中，待被光引發(fā)的爆炸物炸藥表現(xiàn)為傳爆藥的形式，例如彭托利特炸藥傳爆藥。在該情況下，約束爆炸物炸藥，優(yōu)選地PETN或彭托利特炸藥，設(shè)置在嵌入傳爆藥中的長形管狀構(gòu)件中。傳爆藥可以因此被設(shè)計為容納管狀構(gòu)件。因此，管狀構(gòu)件可以設(shè)置和固定在合適井中的傳爆藥中，和雷管引發(fā)的傳爆藥的情況一樣。另外，常規(guī)傳爆藥可以用于執(zhí)行該實施方式。
可選擇地，在本發(fā)明的另一個相關(guān)實施方式中，彭托利特炸藥傳爆藥可以在合適的管狀構(gòu)件周圍澆鑄且具有合適的管狀構(gòu)件。在該情況下，可能能夠使用包括殼/套管和延伸入由殼/套管界定的腔的整體形成的管狀構(gòu)件的一體式傳爆藥來執(zhí)行本發(fā)明。然后，合適的爆炸物材料可以被澆鑄到殼/套管和管狀構(gòu)件中。
涉及傳爆藥的本發(fā)明的這些實施方式可以在其中(彭托利特炸藥)傳爆藥用于在尋找油氣沉積物中產(chǎn)生用于分析的信號(沖擊波)以確定地質(zhì)特征的地震勘探中具有實際·應(yīng)用。因此，本發(fā)明擴展到本發(fā)明的該實施方式在地震勘探中的用途。
還可能的是，工作爆炸物炸藥表現(xiàn)為引爆線的長度的形式。在該情況下，引爆線的端部通常設(shè)置為與約束爆炸物炸藥的至少一部分直接接觸。任何合適的保持器或連接器可以用于確保在使用之前維持該直接接觸。撇開引爆線的引發(fā)，引爆線可以常規(guī)方式被使用。在預(yù)裂開和隧道周邊爆破操作中，跨過多個爆破孔的引爆線的瞬時爆震可以證明是有利的。在另一個實施方式中，引爆線本身可以用于引發(fā)傳爆藥，例如包括乳液炸藥的傳爆藥。在該情況下，根據(jù)本發(fā)明，引爆線的一個端部將嵌入傳爆藥爆炸物中，且線的另一個端部可用于光引發(fā)。
在另一個實施方式中，約束爆炸物炸藥和工作爆炸物炸藥可以是乳液爆炸物材料。在這點上，可以使用常規(guī)的乳液爆炸物材料。在該實施方式中，乳液爆炸物材料的一部分可以被約束在合適的長形管狀構(gòu)件中和浸入/嵌入工作炸藥乳液中。在該實施方式中(且對于所有其他的)，用于約束的裝置的性質(zhì)和尺寸可以被操縱以便優(yōu)化本發(fā)明的實現(xiàn)。
在另一個實施方式中，光引發(fā)的爆炸物炸藥本身可以足以實現(xiàn)所需的爆破效果。例如，在油或氣體勘探中，配置在合適的裝置配置中的爆炸物炸藥可以足以穿透井套管。
待通過光引發(fā)的爆炸物炸藥和光源基于所需要的效果來選擇，且兩者必須因此配對?？梢员皇褂玫墓庠吹膶嵗ü虘B(tài)激光器、激光二極管、LED和其他電子光源。緊湊設(shè)計和低功率消耗是光源的期望特征。作為實例，1-10W功率的激光器可以適合用于本發(fā)明中。激光器波長可以在近紅外區(qū)內(nèi)，且實際上這是優(yōu)選的，但可以使用其他波長?？赡苄枰鈱?dǎo)纖維和/或透鏡來引導(dǎo)和聚焦激光器輸出，但爆炸物炸藥的直接輻射將是優(yōu)選的，因為這將簡化總體設(shè)計。
通常，光引發(fā)的爆炸物是傳爆炸藥材料，例如PETN、特屈兒、RDX、HMX、彭托利特炸藥和類似物。PETN或彭托利特炸藥的使用傾向于是優(yōu)選的。然而，可能的是，爆炸物炸藥是常規(guī)的乳液爆炸物，例如油包水乳液爆炸物，或水_凝膠爆炸物材料。
取決于光源和爆炸物炸藥的特征，可能需要使用傳熱介質(zhì)來定量爆炸物炸藥，以增強從光源照射的光能和爆炸物炸藥的耦合。通常，傳熱介質(zhì)是在正被使用的光的波長中具有吸收帶的吸光材料。傳熱介質(zhì)的實例包括炭黑、碳納米管、納米金剛石和激光染料。這樣的材料是本領(lǐng)域中已知的且是商業(yè)上可得到的。
在本發(fā)明的一個實施方式中，可能能夠使用常規(guī)的閃光燈來引發(fā)爆炸物炸藥。已知的是，例如當來自標準閃光燈的光應(yīng)用到未純化的單壁碳納米管(SWCNT)時，可以造成它們點燃。這被認為是由于存在納米管的端部處和表面上的鐵納米微粒催化劑的氧化。
快速引發(fā)反應(yīng)不是特別猛烈的，因為僅納米管的小區(qū)域看來顯示出反應(yīng)。然而，如果納米鎂和/或納米鐵與納米鐵顆粒混合，那么可以導(dǎo)致更強烈的和猛烈的反應(yīng)，且釋放出顯著量的熱。通常，鐵和鎂顆粒的粒度將是2至4000 u m但優(yōu)選地在6至100 ii m左右。反應(yīng)可以是與所形成的氧化物的鋁熱反應(yīng)。與該反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的另外的熱可以能夠引發(fā)摻雜有納米管、或納米鐵和納米鎂顆粒的共混物的爆炸物炸藥?？赡艿氖牵嗤男Ч梢允褂酶邚姸萀ED或激光器而不是閃光燈來實現(xiàn)。
以相同的方式，用作熱源且積極地參與爆震反應(yīng)的其他添加劑可以被包括在約束爆炸物中。這樣的材料包括硝化的納米材料、硅納米線和其他光學敏感燃料。這樣的材料的量可以是按重量計高達約束爆炸物炸藥的10%。這樣的材料可以連同傳熱介質(zhì)一起使用或單獨使用。一種或多種傳熱介質(zhì)和/或光學敏感材料的使用可以允許爆震用低于當沒有使用這樣的介質(zhì)和/或材料時的輻射能數(shù)量級來實現(xiàn)。
本發(fā)明還涉及使用根據(jù)本發(fā)明弓丨發(fā)裝置的爆破方法。在該情況下，裝置的光源設(shè)置為與適合于通過裝置中使用的光源來光引發(fā)的爆炸物炸藥操作相關(guān)聯(lián)。該方法包括將合適的無線指令信號傳輸至裝置，指令信號被收發(fā)器接收并被控制電路處理?？刂齐娐芳せ罟庠矗疫@使得爆炸物炸藥將被引發(fā)。爆炸物炸藥通常與相關(guān)聯(lián)的工作爆炸物炸藥相關(guān)聯(lián)并引起相關(guān)聯(lián)的工作爆炸物炸藥的引發(fā)。
本發(fā)明還提供爆破系統(tǒng)，該爆破系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的引發(fā)裝置和適合于將無線指令信號傳輸至裝置的爆破控制設(shè)備。
本發(fā)明可以在油&氣(0&G)工業(yè)中具有特定的用途。在該工業(yè)內(nèi)可能的應(yīng)用包括在0&G井的完井中的用途，特別是在穿孔槍內(nèi)的爆炸物的引發(fā)。穿孔槍在0&G井的最終階段(完井)中用于擊穿在井制備過程期間沉積的混凝土(和/或其他材料)套管。穿孔槍 的另外的目的是使保持油的地層破裂以便刺激油和/或氣體流動。無論井套管是否完整，這都可以發(fā)生。0&G井的穿孔通常通過專用服務(wù)公司由專業(yè)人員來進行，但其他布置是可能的。
穿孔槍點火導(dǎo)火線中存在起爆藥(以及其他)意味著，一旦爆炸物導(dǎo)火線建立在0&G井工作平臺上(或附近)，各種各樣的活動必須停止，導(dǎo)致來自井的生產(chǎn)能力的顯著損失。除了為傳爆(對引爆)爆炸物所固有的實質(zhì)安全性優(yōu)點之外，從該環(huán)境除去起爆藥因此提供切實的經(jīng)濟益處。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)傳爆炸藥的直接光引發(fā)，且這將除去該危險并允許顯著更多的活動繼續(xù)進行。
0&G工業(yè)中的另外的應(yīng)用是通過地震探測來勘探0&G的用途。爆炸物是用于揭開能夠保留0&G的地下地質(zhì)特征的地震能量的重要來源。地震探測需要將一個或多個爆炸物炸藥以特定設(shè)計陣列埋至預(yù)定的深度(例如爆破孔)。地震檢波器(或其他測量裝置)陣列還被建立以檢測反射的(同樣在一些情況下，直接的)地震能量。爆炸物然后被引發(fā)，記錄所得到的(包括背景)地震能量的測量結(jié)果，且進行分析以設(shè)想相關(guān)聯(lián)的地質(zhì)特征。
爆炸物陣列通常是相對大的，由10個、100個或甚至1000個單個炸藥組成。這些炸藥通常由相對小的組的人來配置，且在裝載第一炸藥和最后炸藥之間可能消耗相當多的時間，導(dǎo)致有效爆炸物長期留在爆破孔中。由于在探測周圍的技術(shù)活動可以產(chǎn)生另外的延遲，所述活動包括但不限于，建立點火導(dǎo)火線、測量陣列或其他相關(guān)的活動。甚至可以由包括職員/設(shè)備的調(diào)度、天氣或其他季節(jié)性問題的非特定問題造成另外的延遲。合起來，這些延遲(和未說明的其他延遲)導(dǎo)致潛在長的爆炸物睡眠時間，即，在引發(fā)之前配置的爆炸物。地震探測應(yīng)用可以導(dǎo)致比大部分其他爆炸物應(yīng)用更長的睡眠時間，使得在該環(huán)境下除去起爆藥是特別優(yōu)選的。
如所提到的，本發(fā)明允許避免使用起爆藥材料。這在地震勘探中的安全性益處之一是，對由非特定裝置的爆震的總體靈敏度顯著地降低。這在探測期間是有利的，因為其減少非故意爆震的可能性。這在完成探測之后也是重要的，因為公認某些比例的所配置的炸藥將未能爆震。該比例可以高達10%，這取決于局部條件，但通常是相當較低的。由于在回收拒爆炸藥中涉及的危險，因此許多留在現(xiàn)場并被拋棄。在這些配置的炸藥中存在高度敏感的起爆藥意味著，沖擊或另一個事件可以由非特定的刺激物導(dǎo)致非故意的爆震。如果采用本發(fā)明以避免使用起爆藥，那么該爆震的機會被顯著減少。
盡管傳爆炸藥對多種刺激物的靈敏度下降，但光引發(fā)系統(tǒng)將僅響應(yīng)于特定刺激物而點火。產(chǎn)生該刺激物的已證明的安全系統(tǒng)存在且包括但不限于電子系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生點火、無火或無效信號。在意外被拋棄的炸藥的環(huán)境中將產(chǎn)生點火信號是高度不可能的。
除去起爆藥的另外的優(yōu)點是環(huán)境的，因為許多廣泛使用的起爆藥包括高度有毒的和環(huán)境穩(wěn)定的化合物。這樣的一個實例是疊氮化鉛在雷管中的廣泛使用一疊氮化物組分是高度有毒的毒物，且鉛是不能通過任何天然過程降解的公認環(huán)境污染物。雖然許多傳爆炸藥被歸類為難降解污染物，但自然界中確實存在用于它們的有效降解的天然機制，且對于所有的傳爆炸藥所報告的生物降解在廣泛使用中。
許多修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是明顯的，而不偏離本發(fā)明的范圍。
在整個本說明書和以下權(quán)利要求
中，除非上下文另外要求，否則詞〃包括(comprise) 〃和變化形式例如〃包括(comprises) 〃和〃包括(comprising) 〃將被理解為意指包括所述整數(shù)或步驟或整數(shù)或步驟的組但不排除任何其他整數(shù)或步驟或整數(shù)或步驟的組。
在本說明書中對任何先前出版物(或源自其的信息)的提及或?qū)σ阎娜魏挝镔|(zhì)的提及，不被且不應(yīng)被視為承認或認為或任何形式暗示該先前出版物(或源自其的信息)或已知的物質(zhì)形成本說明書涉及的嘗試領(lǐng)域中的普通常識的一部分。
權(quán)利要求
1.一種用于引發(fā)爆炸物炸藥的引發(fā)裝置，所述引發(fā)裝置包括 收發(fā)器，其用于接收無線指令信號； 控制電路，其用于處理由所述收發(fā)器接收的無線指令信號；和 光源，其 適合于弓I發(fā)所述爆炸物炸藥且由所述控制電路激活。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置，其中所述收發(fā)器具有雙向通信的能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置，其中所述控制電路具有另外的功能能力且對由所述收發(fā)器接收的各種無線指令信號作出響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置，其中所述控制電路包括定時機構(gòu)，以當點火指令被所述收發(fā)器接收時能夠精確控制所述光源的激活。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置，其中所述光源直接射到所述爆炸物炸藥中/上或來自所述源的光通過合適的波導(dǎo)被傳送至所述爆炸物炸藥。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置，包括單一收發(fā)器和多個相關(guān)聯(lián)的控制電路和光源。
7.一種無雷管的爆破系統(tǒng)，所述爆破系統(tǒng)包括 工作爆炸物炸藥； 約束爆炸物炸藥；和 根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置，其中所述引發(fā)裝置設(shè)置為將光傳送至所述約束爆炸物炸藥，且所述約束爆炸物炸藥適合于被所述光引發(fā)，且其中所述約束爆炸物炸藥的引發(fā)引起所述工作爆炸物的引發(fā)。
8.一種爆破系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置和爆破控制設(shè)備，所述爆破控制設(shè)備適合于將無線指令信號傳輸至所述裝置。
9.一種使用根據(jù)權(quán)利要求
I所述的引發(fā)裝置的爆破方法，所述方法包括將無線指令點火信號傳輸至所述裝置、由所述收發(fā)器接收所述指令信號和通過所述控制電路處理所述指令信號以及通過所述控制電路激活所述光源，由此引起所述爆炸物炸藥的引發(fā)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中單一無線指令點火信號被發(fā)送至引發(fā)裝置陣列，且所述裝置然后根據(jù)編程入相應(yīng)裝置的所述控制電路的時間延遲獨立地執(zhí)行點火。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中單一收發(fā)器接收所述無線指令信號，且多個相關(guān)聯(lián)的控制電路處理所述指令信號并激活多個相關(guān)聯(lián)的光源。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中所述收發(fā)器被物理地定位為使得無線指令信號可以使用標準射頻傳輸系統(tǒng)和協(xié)議來直接接收。
13.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中所述收發(fā)器被定位在地面水平之下，且無線指令信號經(jīng)由低頻信號被傳輸通過地面。
14.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中天線系統(tǒng)從所述收發(fā)器延伸到所述無線指令信號能夠被接收到的點。
15.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中形成低功率網(wǎng)絡(luò)，在所述低功率網(wǎng)絡(luò)中，一個或多個引發(fā)裝置起到將無線指令信號傳遞至特定引發(fā)裝置的作用，即使所述裝置在范圍之外或以其他方式不能夠直接接收所述無線指令信號。
專利摘要
一種用于引發(fā)爆炸物炸藥的引發(fā)裝置，其包括收發(fā)器，其用于接收無線指令信號；控制電路，其用于處理由收發(fā)器接收的無線指令信號；和光源，其適合于引發(fā)爆炸物炸藥且由控制電路激活。
文檔編號F42B3/113GKCN102971602SQ201180022909
公開日2013年3月13日 申請日期2011年5月9日
發(fā)明者R·J·古德里奇, R·W·阿普爾拜, D·O·約翰遜, 托馬斯·M·米勒 申請人:奧利卡國際私人有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan