заряд для возбуждения сейсмических колебаний

Формула изобретения

1. Заряд для возбуждения сейсмических колебаний, включающий корпус, заполненный взрывчатым веществом, отличающийся тем, что он выполнен в форме усеченного конуса, при этом диаметр заряда со стороны инициирования детонации составляет 1,5 - 2,5 значения критического диаметра детонации взрывчатого вещества, диаметр противоположного конца заряда составляет не менее 4 значений критического диаметра детонации, а длина заряда составляет 3 - 5 значений большего диаметра.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что со стороны большего диаметра он дополнительно снабжен цилиндрической частью длиной 2,0 - 2,5 значений этого диаметра, при этом общая длина заряда должна составлять не более 5 значений наибольшего диаметра заряда.

Описание изобретения к патенту

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

Известен взрывной источник для возбуждения сейсмических колебаний, включающий корпус, в котором размещены заряд ВВ с кумулятивной выемкой и поддон из инертного материала с выемкой, симметричной кумулятивной и образующей с ней общую замкнутую полость, причем в верхней части заряда ВВ размещен промежуточный детонатор с отверстием для размещения капсюля-детонатора [1] . Взрывной источник используется главным образом для сейсморазведки с использованием приповерхностных шпуровых или скважинных зарядов в зоне малых скоростей (ЗМС). Источник обладает повышенной эффективностью за счет увеличения доли энергии взрыва, идущего на создание полезной сейсмической волны.

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

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

Недостатком заряда ЗС-70 является малая эффективность сейсмических исследований при использовании его для геофизических работ из-за малой доли энергии взрыва, идущей на создание полезной сейсмической волны.

Целью изобретения является повышение эффективности сейсмических исследований за счет увеличения доли энергии, идущей на образование полезной сейсмической волны, путем усиления ее направленности посредством регулирования скорости детонации и перераспределения плотности энергии взрыва ВВ по высоте заряда.

Указанная цель достигается тем, что в заряде для возбуждения сейсмических колебаний, включающем герметичный корпус, заполненный взрывчатым веществом, корпус выполнен в форме усеченного конуса, при этом диаметр заряда со стороны инициирования детонации составляет 1,5 - 2,5 значения критического диаметра детонации ВВ, диаметр противоположного конца заряда составляет не менее 4 значений критического диаметра детонации, длина заряда составляет 3 - 5 значений большего диаметра. Другой особенностью заряда для возбуждения сейсмических колебаний является то, что со стороны большего диаметра он дополнительно снабжен цилиндрической частью длиной 2 - 2,5 значений этого диаметра, при этом общая длина заряда должна составлять не более 5 значений наибольшего диаметра заряда.

Использование конического заряда для сейсморазведки с указанным выше профилем изменения диаметра по высоте с целью повышения эффективности действия за счет увеличения направленности в литературе не описано.

Сущность изобретения состоит в следующем. Известно, что стационарное распространение детонации возможно лишь для зарядов, диаметр которых больше критического (d_к). С увеличением диаметра заряда от d_к скорость детонации повышается, достигая своего максимального значения при некотором предельном диаметре, различном для различных ВВ [3, с. 212 - 214]. При выполнении заряда в виде усеченного конуса, диаметр которого со стороны инициирования близок к критическому, а диаметр с противоположной стороны составляет более 4 значений d_к, происходит нарастание скорости детонации, при этом пропорционально квадрату скорости увеличиваются амплитуда и направленность действия детонационной волны. Кроме того, уменьшение диаметра со стороны инициирования приводит к существенному снижению уровня волн-помех, увеличивает отношение сигнал/помеха и соответственно приводит к увеличению эффективности действия.

Диаметр заряда со стороны инициирования должен составлять 1,5 - 2,5 значения d_к. При диаметре, меньшем 1,5 d_к, могут возникнуть проблемы с инициированием детонации в заряде. Увеличение диаметра со стороны инициирования детонации сверх 2,5 d_к не целесообразно, так как, не увеличивая амплитуды сейсмической волны, увеличивает вес заряда и интенсивность волн-помех. Диаметр противоположного от инициирования конца заряда должен составлять не менее 4 значений d_к. При этом значении скорость детонации для большинства промышленных ВВ достигает предельного значения.

Эффективная длина конической части заряда составляет 3 - 5 значений большего диаметра заряда (d_б). При меньшей, чем 3 d_б, длине снижается значение отношения сигнал/помеха (табл. 1) и соответственно эффективность действия заряда. Увеличение длины заряда сверх 5 d_б не приводит к заметному увеличению эффективности, в то же время увеличивая вес (и стоимость) заряда.

Дополнительное увеличение эффективности заряда происходит в том случае, если со стороны большего диаметра заряд дополнительно снабжен цилиндрической частью того же диаметра. Длина цилиндрической части заряда должна составлять 2 - 2,5 этого диаметра. В этом случае в цилиндрической части происходит стабилизация максимальной для данных условий скорости детонации, максимальное выделение химической энергии, а за счет высокой направленности, обеспеченной конической частью заряда, существенное увеличение доли энергии, идущей в сейсмическую волну. Длина цилиндрической части заряда определяется тем, что основной вклад в сейсмическую волну осуществляется активной частью заряда. Под активной частью заряда понимают ту часть, продукты детонации которой разлетаются в заданном направлении [3, с. 312 - 313]. Предельное значение активной массы при заданном диаметре заряда достигается при длине заряда l = (9/4)d. Отсюда следует, что увеличение удельного импульса (а соответственно и мощности сейсмической волны) при увеличении длины заряда происходит лишь до известного предела. Поэтому минимальная длина цилиндрической части должна составлять не менее 2d_б. При меньшей длине не достигается предельное значение активной массы, а увеличение длины цилиндрической части сверх 2,5 d_б не приводит к увеличению эффективности, но увеличивает массу ВВ и соответственно стоимость заряда.

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

Предварительные испытания проводили с зарядами, выполненными в виде усеченного конуса (без цилиндрической части). Диаметр заряда со стороны инициирования составлял 20 мм, с противоположной стороны - 45 мм. Длина заряда составляла 100 - 250 мм. Заряды снаряжались аммонитом N6ЖВ (d_к = 13 мм). Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Основная серия испытаний проведена с зарядами, выполненными в виде усеченного конуса и снабженными цилиндрической частью. Диаметр заряда со стороны инициирования составлял 25 мм, d_б = 45 мм, длина цилиндрической части - 95 мм, общая длина заряда - 200 мм. Заряды снаряжались аммонитом N6ЖВ или Акваналом АМС (ТУ 2066498-03-91). Критический диаметр детонации последнего 10 мм.

Испытания проводили в ПО "Самаранефтегеофизика" на Крюковской сейсморазведочной площади. На пикетах взрыва по обе стороны от линии профиля (является одновременно и линией наблюдения) были разбурены линейные группы скважин глубиной 4,5 м в количестве 7 на базе 25 м. В группах скважин, расположенных по одну сторону от линии профиля, были на глубине 4 м размещены испытываемые заряды, в противоположных группах скважин для сравнения размещались цилиндрические заряды (прототип) диаметром 45 мм, длиной 160 мм. При проведении предварительных испытаний разбуривались линейные группы скважин глубиной 4 м в количестве 5 шт. на базе 20 м. Сравнения с прототипом в этом случае не проводилось.

Инициировались группы из 7 испытываемых зарядов, затем с целью сравнения сейсмического эффекта взрыва - группы из 7 зарядов прототипа. Регистрация возбуждаемых колебаний осуществлялась 98-канальной приемной расстановкой сейсмоприемников с группированием последних на базе 24 м в количестве 24 прибора на канал. База приема составляла 2375 м, максимальное удаление взрыв-прибор 1800 м. Запись колебаний производилась двумя спаренными 48-канальными ЦСС "Прогресс-1" на рабочих параметрах.

Результаты динамического анализа сейсмических записей приведены в табл. 2.

Полученные при возбуждении сейсмические записи были подвергнуты динамической обработке по программе RESOL (SDS-3) с оценкой параметров частоты максимума спектра возбуждаемого сигнала, его преобладающей частоты и разрешающей способности, энергии сигнала и помехи. В случае предварительных испытаний оценивали только параметр "отношение сигнал/помеха".

Значения параметров частоты максимума спектра сигнала, преобладающая частота сигнала, отношение сигнал/помеха, полученные при возбуждении упругих колебаний взрывами зарядов, изготовленных по изобретению, превышают значения аналогичных параметров, полученных при возбуждении упругих колебаний заряда, выполненного по прототипу - цилиндрический заряд. Использование предлагаемых зарядов для сейсморазведочных работ позволит увеличить эффективность геофизических исследований, сократить материальные и трудозатраты.

Литература

1. Патент СССР N 1670643, кл. G 01 V 1/13, 1991.

2. Заряды сейсмические сочленяющиеся в полиэтиленовой оболочке. Проспект ВДНХ СССР, изд. НПО "Рудгеофизика", 1982 (прототип).

3. Физика взрыва. Под редакцией К.П.Станюковича, М.: Наука, 1975.