地质破裂方法以及结果形成的破裂地质结构

申请号 CN201380014104.1 申请日 2013-01-14 公开(公告)号 CN104285123A 公开(公告)日 2015-01-14
申请人 洛斯阿拉莫斯国家安全有限责任公司; 发明人 J·L·马斯; C·R·布拉德利; D·W·斯蒂德曼; D·R·格瑞宁;
摘要 在一个示例性方法中,通过沿着钻孔的节段 定位 多个间隔开的装料来实现沿着地下钻孔的节段使地下地质形成物破裂。这些装料可以包括多个间隔开的非理想高 能量 爆炸物装料和/或推进剂装料。惰性材料(诸如卤 水 或低 密度 液体爆炸物)的一个或多个容器也可以被包括在一串间隔开的装料中,诸如在这些装料中间。所述装料的引爆可以是同时的或独立定时的。所述装料理想地被配置成产生包括沿着所述钻孔的节段的碎石化区的独特地下破裂 岩石 结构,该碎石化区包括径向向 外延 伸(诸如,以盘状样式)一个距离的多个间隔开的区,该距离大于所述间隔开的区之间的碎石化区的径向向外延伸的距离。
权利要求

1.一种沿着地下地质形成物中的钻孔的节段使地下地质形成物破裂的方法,所述方法包括:
沿着所述钻孔的节段定位多个间隔开的爆炸物装料;
引爆所述多个间隔开的爆炸物装料,其中所述爆炸物装料释放的总能量等于或大于
12kJ/cc,且其中爆炸物释放的能量的大于30%是在引爆的爆炸物装料的随后流动的泰勒波中释放的。
2.根据权利要求1所述的方法,其中定位的动作包括沿着所述钻孔的节段定位多个邻近的爆炸物装料;且其中引爆的动作包括从邻近的装料的邻近末端引爆多个邻近的爆炸物装料。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中定位的动作包括定位成对的邻近爆炸物装料,其中每一对爆炸物装料以端对端关系被布置,且其中引爆的动作包括通过将成对装料的每个爆炸物装料从其与成对爆炸物装料的另一个爆炸物装料的末端邻近的一个末端引爆,来引爆所述成对的邻近爆炸物装料。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法,其中定位的动作包括沿着所述钻孔的节段以端对端的关系定位相互联接的含有爆炸物装料的管,且其中引爆的动作包括在所述管的邻近末端处引爆所述含有爆炸物装料的管中的爆炸物装料。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法,包括将至少一种推进剂装料放置于多个爆炸物装料的中间并且启动所述推进剂装料的燃烧。
6.根据权利要求5所述的方法,包括与爆炸物装料的引爆同时或在爆炸物装料的引爆之前,启动所述推进剂的燃烧。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其中放置推进剂装料的动作包括将至少一对含有推进剂的管相对于第一爆炸物装料和第二爆炸物装料间歇地放置,且沿着所述含有推进剂的管的长度的一大部分启动该对含有推进剂的管中的每个含有推进剂的管中的所述推进剂的燃烧。
8.根据权利要求7所述的方法,包括从邻近于所述含有推进剂的管的两个末端的位置启动该对含有推进剂的管中的每个含有推进剂的管中的所述推进剂的燃烧。
9.根据权利要求4至7中的任一项所述的方法,包括将含有至少一种惰性工作液体的管放置于多个含有爆炸物的管中间,如果存在含有推进剂的管,则放置于多个含有推进剂的管中间,或放置于一个含有爆炸物的管和一个含有推进剂的管中间。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法,包括引爆所述爆炸物装料,以使地下地质形成物的节段破裂成:
一个第一破裂区,所述第一破裂区邻近于且围绕所述钻孔的节段并且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第一渗透深度;和
多个第二破裂区,所述多个第二破裂区相互间隔开并且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第二渗透深度,所述第二渗透深度大于所述第一渗透深度。
11.根据权利要求5至9中的任一项所述的方法,包括引爆所述爆炸物装料并启动每个推进剂装料的燃烧,以使地下地质形成物的节段破裂成:
一个第一破裂区,所述第一破裂区邻近于且围绕所述钻孔的节段并且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第一渗透深度;和
多个第二破裂区,所述多个第二破裂区相互间隔开并且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第二渗透深度,所述第二渗透深度大于所述第一渗透深度。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其中所述第二破裂区具有从所述钻孔径向向外延伸的分别间隔开的盘状破裂区的形式。
13.根据权利要求10、11或12所述的方法,其中所述第二渗透深度的平均值至少是第一渗透深度的平均值的六倍。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法,包括使用关于形成与所述钻孔的节段邻近的地下地质形成物的材料的本构模型、基于与该材料相关的数据执行数值/计算分析,执行所述材料的对来自爆炸物装料的爆炸压、如果有推进剂装料则还有来自推进剂装料的压力、以及如果有工作液体则还有来自工作液体的压力的反应的第一模拟;用所述爆炸物装料、如果有推进剂还用推进剂、以及如果有工作液体还用工作液体执行多个附加的这种模拟,其中所述爆炸物装料、所述推进剂、以及所述工作液体被模拟成定位在不同位置或处于不同布置;从这些模拟中确定一个导致在所述地质形成物中产生碎石化盘的模拟;选择对应于在理想位置和渗透深度处产生该碎石化盘的模拟的爆炸物装料的布置、以及如果有推进剂装料还有推进剂装料的布置;随后沿着待被破裂的钻孔的节段定位所选择的爆炸物装料的布置、如果有推进剂装料还定位所选择的推进剂装料的布置,以及如果有工作液体还定位所选择的工作液体的布置;并且引爆所选择的爆炸物装料的布置,且如果有推进剂则启动所述推进剂的燃烧,以产生具有碎石化盘的破裂的地质形成物。
15.一种破裂的地质岩石形成物,由权利要求1至14中的任一项所述的方法导致形成。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的方法,包括对相应爆炸物装料的引爆独立地定时。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的方法,包括对至少多个相应爆炸物装料的引爆独立地定时。
18.根据权利要求5至17中的任一项所述的方法,包括对相应推进剂装料的燃烧的启动独立地定时。
19.根据权利要求5至17中的任一项所述的方法,包括对至少多个相应推进剂装料的燃烧的启动独立地定时。
20.一种地质岩石形成物,具有由爆炸或者组合的爆炸和推进剂燃烧所创建的破裂的结构,邻近于所述结构中的一个先前已钻的钻孔的节段,所述钻孔在使所述结构破裂之前就存在,所述破裂的结构包括:第一破裂材料区,该第一破裂材料区从先前存在的钻孔的位置延伸远离第一距离;以及多个第二破裂材料区,所述多个第二破裂材料区相互间隔开并且从先前存在的钻孔的位置径向向外延伸到距所述钻孔一个第二半径,所述第二半径大于所述第一距离。
21.根据权利要求20所述的破裂地质岩石形成物,其中所述第二破裂材料区包括破裂的地质材料的多个间隔开的碎石化盘。
22.一种沿着地下地质形成物中的钻孔的节段在原位使所述地下地质形成物破裂的方法,所述方法包括:
沿着所述钻孔的节段定位多个间隔开的装料;
引爆所述多个间隔开的装料以产生与所述钻孔的节段邻近的一个第一碎石化区和从所述钻孔的节段径向向外延伸超出所述第一碎石化区的间隔开的多个第二碎石化区。
23.根据权利要求22所述的方法,其中所述定位的动作包括定位多个间隔开的装料,所述装料包括多个推进剂装料。
24.根据权利要求22或23所述的方法,其中所述定位的动作包括定位多个间隔开的爆炸物装料。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法,还包括将一个或多个工作液体容器定位在已定位的装料之间。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法,包括至少部分地基于所述地质形成物的结构沿着所述钻孔的节段配置所述装料,以在所述地质形成物中产生间隔开的盘状联合冲击波。
27.一种用于执行权利要求22至26中任一项的系统。

说明书全文

地质破裂方法以及结果形成的破裂地质结构

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本 申 请 要 求 享 有 2012 年 1月 13 日 提 交 的、标 题 为“EXPLOSIVE COMPOSITIONS,SYSTEMS AND METHODS OF USE THEREOF”的第61/586,576号美国临时专利申请的权益,该美国临时专利申请通过引用的方式被整体纳入本文。

技术领域

[0003] 本申请涉及用于在地质破裂中使用的系统和方法,诸如,涉及利用地质能量资源。
[0004] 政府支持的确认
[0005] 本发明是依据美国能源部授予的合同No.DE-AC52-06NA25396通过政府支持完成的。美国政府对本发明享有一定权利。
[0006] 联合研究协议当事人
[0007] 本文描述的研究工作是依据LANL-佛龙联盟根据洛斯阿拉摩斯国家试验室(Los Alamos National Laboratory,LANL)和雪佛龙(Chevron)之间的合作研发协议(CRADA)执行的,CRADA号码LA05C10518-PTS-21。

背景技术

[0008] 通过在地质形成物(geologic formation)中创建加撑破裂区(propped fracture zone),从而使得能够实现流体流动路径,可以从地质形成物(诸如,深页岩形成物)提取资源(诸如,油、气体、和矿物)。对于封在致密地质形成物中的基材料,通常通过已知为水破裂的过程实现此破裂过程。水力破裂是由存在的加压破裂流体导致的在岩层中的破裂的传播。此类型的破裂是由钻入储集层岩石形成物中的钻井孔完成的。从高度加压的破裂流体的注入而来的能量在岩石中创建新通道,该新通道可以增加提取速率并且增加最终的烃回收。在注入停止之后,通过将加撑剂(诸如,沙粒、陶瓷或其他颗粒物)引入到注入的流体中可以保持破裂宽度。尽管此技术有潜力提供对大量高效能量资源的利用途径,但是由于考虑到这样的实践对环境影响、健康和安全的顾虑,水力破裂的实践已经在国际上受到审查。针对水力破裂的环境顾虑包括地下水污染的可能性、对于空气质量而言的险、可能将气体和水力破裂化学物释放到地表、对废弃物的误处理,以及这些造成的健康影响。事实上,在一些国家已经暂停或甚至禁止水力破裂。
[0009] 因此,需要对困在地质形成物中的能量资源进行回收的替代方法。

发明内容

[0010] 公开了一种在想要进行破裂的地方对地下地质形成物进行这样的破裂的方法。一个具体的应用是沿着地下钻孔的一个或多个节段使岩石破裂以打开岩石中的裂缝或破裂,以便于收集困在形成物中的油和气体。
[0011] 因此,根据一个实施方案,可以沿着在待要破裂的岩石周围的钻孔的节段定位多个间隔开的爆炸物装料。爆炸物装料可以被放置在容器中,诸如管中,且多个管可以被一起组装在爆炸物组件中。中间的推进剂装料可以被放置在多个爆炸物装料之间以及在一个或多个组件的复数个爆炸物装料之间以协助破裂。推进剂装料可以被放置在容器中,诸如管中,且一个或多个组件的复数个推进剂装料可以被定位在多个爆炸物装料之间或多个爆炸物装料组件之间。此外,带有工作液体(诸如,卤水——作为一种理想的实施例)的、惰性材料的容器(诸如,管)可以被放置于多个爆炸物装料中间或多个爆炸物装料组件中间。此惰性材料也可以被定位于多个推进剂装料中间以及被定位于这样的推进剂装料组件中间。这些推进剂装料组件的容器或管中的一个或多个可以含有低能量密度爆炸物,诸如液体爆炸物,而不是惰性材料。
[0012] 在一个具体方法途径中,一串间隔开的爆炸物装料组件和推进剂装料组件(如果使用的话),沿着待要破裂的所述钻孔的节段以端对端的关系被布置。可以选择爆炸物装料和推进剂装料、以及中间的含有惰性材料或工作流体的管或容器的数量和间隔以增强破裂。
[0013] 根据沿着地下地质形成物中的钻孔的节段使地下地质形成物破裂的方法的一个实施方案,该方法包括:沿着钻孔的节段定位多个间隔开的爆炸物装料;以及引爆所述多个间隔开的爆炸物装料,其中所述爆炸物装料释放的总能量等于或大于12kJ/cc,且其中爆炸物释放的能量的大于30%是在引爆的爆炸物装料的随后流动的泰勒波(Taylor Wave)中被释放的。
[0014] 根据另一个方面,定位的动作可以包括沿着所述钻孔的节段定位多个邻近的爆炸物装料;以及其中引爆的动作包括从邻近的装料的邻近末端引爆多个邻近的爆炸物装料。
[0015] 作为一个实施方案的另一方面,定位的动作可以包括定位成对的邻近爆炸物装料,其中每一对爆炸物装料以端对端关系布置;以及其中引爆的动作包括通过将成对装料的每个爆炸物装料从其与成对爆炸物装料中的另一个爆炸物装料的末端邻近的一个末端引爆,来引爆所述成对的邻近爆炸物装料。
[0016] 作为一个实施方案的又另一个方面,定位的动作可以包括沿着所述钻孔的节段以端对端的关系定位相互联接的含有爆炸物装料的管,且其中引爆的动作可以包括在所述管的邻近末端处引爆所述含有爆炸物装料的管中的爆炸物装料。
[0017] 作为一个实施方案的一个附加方面,该方法可以包括将至少一种推进剂装料放置于多个爆炸物装料中间并启动所述推进剂装料的燃烧。
[0018] 作为一个方法的另一方面,启动所述推进剂的燃烧可以与所述爆炸物装料的引爆同时或在所述爆炸物装料的引爆之前。
[0019] 作为一个方法的又另一个方面,放置推进剂装料的动作可以包括将至少一对含有推进剂的管相对于第一爆炸物装料和第二爆炸物装料间歇地放置,并沿着所述含有推进剂的管的长度的一大部分启动该对含有推进剂的管中的每个含有推进剂的管中的推进剂的燃烧。此外,启动该对含有推进剂的管中的每个含有推进剂的管中的推进剂的燃烧的动作可以包括从邻近于所述含有推进剂的管的两个末端的位置启动。
[0020] 作为一个方法的一个附加方面,该方法可以包括将至少一种含有惰性工作液体的管放置于多个含有爆炸物的管中间,如果有含有推进剂的管,则放置于多个含有推进剂的管中间,或放置于一个含有爆炸物的管和一个含有推进剂的管中间。作为一个替代方案,一个或多个含有惰性物的管可以包括含有非高能量爆炸物的管,诸如可以被引爆的液体爆炸物,诸如在高能量爆炸物装料之前和/或与高能量爆炸物装料同时被引爆。
[0021] 作为一个实施方案的另一方面,该方法可以包括:引爆所述爆炸物装料,以使地下地质形成物的节段破裂成一个第一破裂区和多个第二破裂区,所述第一破裂区邻近于且围绕所述钻孔的节段且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第一渗透深度,所述多个第二破裂区相互间隔开且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第二渗透深度,所述第二渗透深度大于所述第一渗透深度。
[0022] 作为一个实施方案的另一方面,该方法可以包括:引爆所述爆炸物装料并启动每个推进剂装料的燃烧,以使地下地质形成物的节段破裂成一个第一破裂区和多个第二破裂区,所述第一破裂区邻近于且围绕所述钻孔的节段且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第一渗透深度,所述多个第二破裂区相互间隔开且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段第二渗透深度,所述第二渗透深度大于所述第一渗透深度。
[0023] 根据一个方法的一方面,其中所述第二破裂区具有从所述钻孔径向向外延伸的分别间隔开的盘状破裂区的形式。此外,所述第二渗透深度平均值可以至少是第一渗透深度平均值的六倍。
[0024] 根据一个方法的又另一方面,所述方法可以包括:使用关于形成与所述钻孔的节段邻近的地下地质形成物的材料的本构模型(constitutive model)、基于与该材料相关的数据执行数值/计算分析,执行所述材料的对来自爆炸物装料的爆炸压力、如果有推进剂装料还有来自推进剂装料的压力,且如果有工作液体还有来自工作液体的压力的反应的第一模拟;用所述爆炸物装料、如果有推进剂装料还用推进剂装料、以及如果有工作液体还用工作液体执行多个附加的这种模拟,所述爆炸物装料、所述推进剂装料以及所述工作液体被模拟为定位在不同位置或处于不同布置;从这些模拟中确定一个导致在所述地质形成物中产生碎石化盘的模拟;选择对应于在理想位置和渗透深度处产生这样的碎石化盘的模拟的爆炸物装料的布置以及推进剂装料的布置(如果有推进剂装料的话);随后沿着待被破裂的钻孔的节段定位所选择的爆炸物装料的布置,如果有推进剂装料还定位所选择的推进剂装料的布置,且如果有工作液体还定位所选择的工作液体的布置;以及引爆所选择的爆炸物装料的布置,并且如果有推进剂则启动所述推进剂的燃烧,以产生具有碎石化盘的破裂的地质形成物。
[0025] 尽管根据该方法的另一些方面,可以使用装料的同时引爆,但也可以实现对装料的引爆的独立定时以进一步增强破裂。因此,在多个方面,所述方法可以包括下述一项或多项:对相应爆炸物装料的引爆独立地定时;对至少多个相应爆炸物装料的引爆独立地定时;对相应推进剂装料的燃烧的启动独立地定时;和/或对至少多个相应推进剂装料的燃烧的启动独立地定时。
[0026] 本公开内容的发明方面还包括将所公开的方法应用到地下岩石破裂而结果形成的独特的破裂地质岩石形成物。
[0027] (通过装料的引爆)人工创造的地下破裂地质岩石形成物也在本公开内容的发明方面的范围内。根据一个实施方案,地质岩石形成物具有爆炸或组合式的爆炸和推进剂燃烧所创建的破裂的结构,邻近于该结构中的一个先前所钻的钻孔的节段,所述钻孔在将所述结构破裂之前就存在,所述破裂的结构包括:第一破裂材料区,所述第一破裂材料区从所述先前存在的钻孔的位置延伸远离第一距离;和多个第二破裂材料区,所述多个第二破裂材料区相互间隔开且从所述先前存在的钻孔的位置径向向外延伸到距所述钻孔一个第二半径,所述第二半径大于所述第一距离。
[0028] 根据破裂地质岩石形成物的另一方面,所述第二破裂材料区包括破裂的地质材料的多个间隔开的碎石化盘。
[0029] 另一个实施方案的方法包括沿着地下地质形成物中的钻孔的节段在原位使所述地下地质形成物破裂。该实施方案包括:沿着所述钻孔的节段定位多个间隔开的装料;以及引爆所述多个间隔开的装料以产生与所述钻孔的节段邻近的一个第一碎石化区和从所述钻孔的节段径向向外延伸超出所述第一碎石化区的间隔开的多个第二碎石化区。
[0030] 根据一个方法的另一方面,所述定位的动作包括定位多个间隔开的装料,所述装料包括多个推进剂装料。
[0031] 作为一个方法的另一方面,所述定位的动作包括定位多个间隔开的爆炸物装料。
[0032] 作为一个方法的另一方面,该方法还可以包括将一个或多个工作液体容器定位于已定位的装料之间。
[0033] 作为一个方法的一个附加方面,该方法可以包括至少部分地基于所述地质形成物的结构沿着所述钻孔的节段配置所述装料,以在所述地质形成物中产生间隔开的盘状联合冲击波。
[0034] 作为本公开内容的另一方面,公开了一种用于执行本文公开的任一种方法的系统。
[0035] 应注意,本文中所公开的发明包括本文中所公开的所有新颖的和非显而易见的方法例。此外,本文中所公开的发明包括本文中列举的方法的所有新颖的和非显而易见的组合以及子组合。因此,本发明包括但不限于在发明内容以及在随后的具体实施方式和附图中提及的实施方案的多个方面的所有组合以及子组合。
[0036] 从下面参照附图说明的具体实施方式中,本公开内容的上述和其他特征以及优点将变得更明了。

附图说明

[0037] 图1是通过钻井孔获得的地质形成物的截面视图。
[0038] 图2是图1的一部分的放大视图,示出正在被插入到钻井孔中的示例性工具串(tool string)的近侧部分。
[0039] 图3是定位在钻井孔的弯曲部分中的工具串部分的截面视图。
[0040] 图4是工具串的远侧部分的截面视图,该远侧部分具有用于拉动通过钻井孔的牵引器机构。
[0041] 图5是完全插入到钻井孔中且准备引爆的工具串的截面视图。
[0042] 图6是垂直于纵向轴线所取的、在钻井孔中的工具串的一个示例性单元的截面视图。
[0043] 图7是一个示例性工具串部分的立体视图。
[0044] 图8A-8G是替代示例性工具串部分的示意图。
[0045] 图9是工具串的示例性单元的立体视图。
[0046] 图10是图9的单元的一部分的局部截面立体视图。
[0047] 图11是图10的一部分的放大视图。
[0048] 图12是示例性爆炸系统的分解视图。
[0049] 图13和14A是沿着纵向轴线所取的图12的系统的截面视图。
[0050] 图14B-14D是示出替代的机械联接系统的截面视图。
[0051] 图15是表示一个示例性引爆控制模的示图。
[0052] 图16A-16C是引爆控制模块的一个实施方案的立体视图。
[0053] 图17是表示一个示例性引爆控制模块的电路图。
[0054] 图18是例示本文中所公开的一种示例性方法的流程图
[0055] 图19是由引爆的工具串产生的理论冲击图案的局部截面立体视图。
[0056] 图20和21是沿着孔轴线穿过地质形成物的垂直截面视图,示出由引爆导致的碎石化图案。
[0057] 图22A是表示引爆之后短时间在地质形成物中的高应力区域和低应力区域的示意图。
[0058] 图22B是示出引爆之后短时间在地质形成物中的碎石化程度的示意图。
[0059] 图22C是例示碎石化区中存在的不同地质层的示意图。
[0060] 图23是对于一个示例性引爆而言压力与距孔的距离之间的函数关系的曲线图。
[0061] 图24是使用不同破裂方法对于不同孔位置而言气体产生速率与时间的函数关系的曲线图。
[0062] 图25是使用不同破裂方法对于不同孔位置而言总气体产生量与时间的函数关系的曲线图。
[0063] 图26A例示由成对的含有推进剂的管沿着其整个长度的大体同时点燃以及一对中间的含有高爆炸物的管从其相邻末端的点燃所导致的引爆平面。
[0064] 图26B例示互连交替的成对含有推进剂的管和含有高爆炸物的管的一个示例性布置。
[0065] 图27是包括可移动仪器车辆和可移动命令中心车辆的命令和控制系统的示意图。
[0066] 图28是包括仪器中心和命令中心的命令和控制系统的一个示例性实施方案的示意图。
[0067] 图29是用于在命令中心处监测的开关和通信系统的示例性逻辑的流程图。
[0068] 图30是用于在仪器中心处通信系统监测和状态更新的示例性逻辑的流程图。
[0069] 图31是在仪器中心处用于由计算硬件执行的通信过程的示例性逻辑的流程图。
[0070] 图32是在仪器中心处用于通过计算硬件执行物理信号处理的示例性逻辑的流程图。
[0071] 图33是在命令中心处用于软件接口的示例性逻辑的流程图。
[0072] 图34是可操作以监测元件(诸如,联接到系统的仪器中心的仪器)的状态的中断管理器的示例性逻辑的流程图。
[0073] 图35A是在命令中心处的一个示例性显示器的示意图。
[0074] 图35B是命令中心和仪器中心之间的多个任务的功能组织的一个实施例的示意图。
[0075] 图35C是可以由命令和控制中心执行的功能的示意图。
[0076] 图36A是示例性计算硬件的示意图,该计算硬件既可以被用在命令中心处又可以用在仪器中心处,用于实施命令和控制系统功能。
[0077] 图36B是提供命令中心处的计算硬件和仪器中心处的计算硬件之间的通信的通信网络的示意图。

具体实施方式

[0078] I.介绍
[0079] 尽管出于激发烃储集层中的渗透性的目的先前已经研究了高能量密度(HED)源(诸如,爆炸物)的使用,但用这样的技术得到的从钻孔起计的破裂半径从未扩展到超过径向远离该钻孔数英尺。致密形成物中的渗透性激发目前由已知为水力破裂的过程主导。使用水力破裂,已被化学处理过的水经由穿孔的钻井孔被送到该储集层中,以水力地破裂岩石,提供加撑破裂的有限网络以使氢化合物流到生产井中。该方法中使用的化学物和所产生的水会被认为对环境有害。
[0080] 激发致密形成物中的渗透性的先前研究和目前实践都没有充分利用从对形成物性质和HED系统定制的详细分析中获得的信息来创建经济的且环境友好的最大的渗透性区。本文中公开的一些系统考虑到对特定地质形成物中的冲击波行为的最佳估计,并且这些系统可以在几何学上被配置以及在引爆时间方面被调整,以增强来自多个源的多个冲击波的有益混合,从而将岩石的损坏/碎石化扩展到经济距离。取决于物理地质性质,冲击波以不同速度和不同衰减行进。这些性质包括强度、孔隙率、密度、烃含量、水含量、饱和度以及许多其他材料属性。
[0081] 因而,本文中公开了被设计成用于使地质形成物破裂以提供对能量资源(诸如,地热和烃储集层)的利用的爆炸系统、组成物和方法,而不要求向地下注入数百万加仑的水或与常规水力破裂相关联的其他化学添加剂或加撑剂。一些公开的方法和系统(诸如,用于增强致密地质形成物中渗透性的那些方法和系统)涉及HED源的有益的间隔和定时,HED源可以包括爆炸物和专配制的推进剂。在一些实施例中,所公开的方法和系统包括高爆炸物(HE)系统、推进剂(PP)系统和其他惰性物系统。出于渗透性增强的设计目的,HED源的有益的间隔和定时提供了冲击波在地质形成物中的被设计的联合。
[0082] 可以通过设计用于将该冲击递送到感兴趣的地质形成物的工程系统实现HED源的有益的间隔。可以采用一种公开的高保真度机动引爆物理实验室(HFMDPL)来控制一个或多个爆炸物装料的点火和/或来控制一个或多个推进剂装料的启动,诸如,在渗透性增强系统中的。
[0083] 优于常规水力破裂的一些优点(其可以归功于HED组合物)包含下列:(1)与传统水力破裂相比,在被激发的钻井孔周围的作为结果的碎石化区可以包括在该钻井孔周围的大体360°的区,而传统水力破裂在岩石中沿最大主应力方向在从钻井孔起的单个平面内传播或沿着预先存在的破裂延伸;(2)有用的碎石化区可以从孔延伸到相当大的半径,诸如,被预期为相对于相同产率的连续装料具有至少三倍提高(诸如,六倍提高)的半径或平均半径;(3)所公开的HED组合物和系统具有环境无害的剩余副产物;以及(4)生成适合于特定地质剖面(geologic profile)的爆炸的能力,从而引导爆炸力径向地远离该孔以释放出想要的能量资源而不导致紧邻钻井孔的地质材料的大量粉碎,地质材料的大量粉碎会阻塞流动路径并且浪费能量。
[0084] 本文中描述了爆炸设备、系统、方法和组合物的多个示例性实施方案。下面的描述在本质上是示例性的,而不旨在以任何方式限制本公开内容的范围、适用性或配置。可以在不脱离本发明的范围的前提下,在本文中所描述的元件的功能和布置方面对所描述的实施方案做出多种变化。
[0085] II.术语和缩写词
[0086] i.术语
[0087] 如本文中所使用的,术语“引爆”(及其语法变体)不限于传统定义,而是还包含爆燃以及其他形式的燃烧和高能化学反应。
[0088] 如本文中所使用的,术语“引爆器”被广泛地使用且包含被配置成导致化学反应的任何设备,包含爆炸物引爆器和推进剂启动器、点燃器和类似的设备。此外,术语“引爆”被广泛地使用以同样包含引爆、启动、点燃和燃烧。因此提到“引爆”(例如,在短语引爆控制信号中)包含:引爆爆炸物装料(如果爆炸物装料存在),诸如响应于点火控制信号,以及启动推进剂装料(如果推进剂装料存在),诸如响应于点火控制信号。
[0089] 此外,与项目列表有关提到的“和/或”包含单独的项目、组合中的所有项目以及这些项目的所有可能的子组合。因此,例如,提到的爆炸物装料和/或推进剂装料意味着“一个或多个爆炸物装料”、“一个或多个推进剂装料”以及“一个或多个爆炸物装料和一个或多个推进剂装料”。
[0090] 如在本申请中所使用的,单数形式“一”“一个”“该”包含复数形式,除非上下文另有明确规定。此外,术语“包含”意味着“包括”。另外,术语“联接”一般意味着电学地、电磁地和/或物理地(例如,机械地或化学地)联接或链接,且在没有明确相反语言的情况下不排除在联接的或关联的项目之间存在中间元件。
[0091] 还应理解,所有尺寸、距离和量是近似的,并且被提供用于描述。尽管与本文中所描述的那些方法和材料类似的方法和材料可以被用在本公开内容的实践或测试中,但下文描述了适合的方法和材料。本文所提及的所有出版物、专利申请、专利以及其他参考文献都通过引用的方式被整体纳入本文。在有冲突的情况下,包含有术语解释的本说明书将是决定性的。
[0092] ii.缩写词
[0093] Al:
[0094] CL-20:2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷
[0095] DAAF:二化偶氮呋咱
[0096] ETN:赤藓糖醇四硝酸
[0097] EGDN:乙烯乙二醇二硝酸酯
[0098] FOX-7:1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯
[0099] GAP:缩水甘油基叠氮化物聚合物
[0100] HMX:奥克托金,八氢-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四唑辛,
[0101] (Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine)
[0102] HNS:六硝基芪
[0103] HE:高爆炸物
[0104] HED:高能量密度
[0105] HFMDPL:高保真度机动引爆物理实验室
[0106] LAX-112:3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪-1,4-二氧化物
[0107] NG:硝酸甘油
[0108] NTO:3-硝基-1,2,4-三唑-5-
[0109] NQ:硝基胍
[0110] PETN:季戊四醇四硝酸酯
[0111] PP:推进剂
[0112] RDX:旋风炸药(cyclonite),黑索金(hexogen),
[0113] 1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷
[0114] (1,3,5-Trinitro-1,3,5-triazacyclohexane),
[0115] 1,3,5-三硝基六氢-均三嗪
[0116] (1,3,5-Trinitrohexahydro-s-triazine)
[0117] TAGN:三氨基胍硝酸盐
[0118] TNAZ:1,3,3-三硝基吖丁啶
[0119] TATB:三氨基三硝基苯
[0120] TNT:三硝基甲苯
[0121] III.示例性系统
[0122] 公开了用于增强地质形成物的渗透性的系统,诸如,在地质形成物的紧密连结中。在一些实施例中,用于增强渗透性的系统包含至少一个高爆炸物(HE)系统。例如,HE系统可以包含一个或多个HE,诸如,浇注可固化的HE。HE系统的理想特性可以包含下述内容中的一个或多个:该HE系统是环境友好的;该HE在所有要求的配置中以及在工业化的钻井孔环境中是操作、储存和使用安全的;该HE具有高的总储存能量密度(例如,总储存化学能量密度),诸如,至少8kJ/cc、至少10kJ/cc、或至少12kJ/cc;以及该HE是高度非理想的。
非理想的HE可以被定义为例如一种HE,其中在爆燃泰勒波中的引爆前沿(冲击前沿)之后,30%至40%或更多的亚稳定储存化学能量被转换为HE热产物气体。下文描述了HE化学组合物的更多细节(例如,见第VIII部分)。
[0123] 用于增强渗透性的一些示例性系统包含一个或多个推进剂(PP)系统,诸如,在HE系统之间沿着孔在轴向空间中的一个或多个PP系统,该PP系统可以将更多可用的能量添加到该系统和/或帮助将能量从HE系统径向地而不是沿着该孔轴向地引导到地质形成物中,但并不使通过装料的轴向空间分离寻求波相互作用的目标落空。所述PP系统可以使孔加压和/或在HE系统之间的孔中添加不可压缩材料或低压缩性材料,这些不可压缩材料或低压缩性材料有助于使来自HE系统的高压能量免于沿着孔轴向地行进。该PP系统可以进一步增加或维持在HE系统的外部和孔壁之间的孔的环形区域中的高压力。维持孔中的高压力有助于支持径向向外行进的能量波,导致显著破裂的区域径向延伸。如本文中所使用的,孔是出于探测或提取自然资源(诸如,水、气体或油)的目的在地质形成物中形成的任何洞。术语孔可以与钻井孔、钻洞、钻孔和本申请中的其他类似的术语互换使用。
[0124] 由限制在孔中的PP的燃烧产物生成的压力是增加HE能量波径向行进的贡献因素。示例性PP系统的理想特性包括下述内容中的一个或多个:该PP系统是环境友好的;该材料在所有要求的配置中以及在工业化的钻井孔环境中是操作、储存和使用安全的;以及在分别定时的特定几何形状和特定材料的HE的背景中,PP爆燃且不转变成引爆。PP系统中的活性材料可以包含以下多种材料中的一种或多种,包含:惰性材料,诸如,卤水、水和泥浆;以及含能材料,诸如爆炸物、可燃烧的和/或化学反应性材料。这些材料可以是环境友好的,以及在要求的配置中和在工业化的孔环境中操作、储存和使用安全的。设想PP材料本质上可以是流体、半流体或固体。理想地是,PP系统包括或产生具有低压缩性的产物。
下文描述了示例性推进剂的另一些细节(例如,见第VIII部分)。
[0125] 所公开系统的优化的特定几何结构和特定材料的配置使得能够在孔环境中沿着HE-PP串实现仔细定时的多个引爆事件。所公开的系统优化了周围形成物中的多个冲击波和稀疏波的相互作用,从而产生360度的碎石化区,该碎石化区至少可以是由相同HE的连续引爆列的等量半径产生的半径的三至四倍。此外,孔壁和HE-PP串的径向外表面之间的优化的材料层可以使浪费在对孔/震中附近的地质材料的压碎/粉碎上的能量的量最小化,从而以一种使有用碎石化效果最大化和使通过碎石化材料的流动通道最大化的方式优化可用能量到地质材料中的传递。
[0126] 图1示出示例性地质形成物10的截面图,其包括包含能量资源的目标区12,该目标区12位于另一个地质层或覆盖层14下面。一个示例性的孔16从地表处的钻探设备(rig)18延伸出,穿过覆盖层14,进入到目标区12中。该孔16可以基于地质形成物的形状以多种配置形成,诸如通过使用已知的定向钻井技术。在例示的实施例中,孔16从钻探设备18大致垂直地延伸通过覆盖层14,然后弯曲且大致水平地延伸通过目标区12。在一些实施方案中,孔16可以延伸通过两个或更多个目标区12和/或延伸通过两个或更多个覆盖层14。在一些实施方案中,该孔可以是大致垂直的、在垂直和水平之间成度的、在一个或多个部分处局部弯曲的、分叉成两个或更多个子孔和/或能够具有其他已知的孔配置。在一些实施方案中,目标区可以在表面处或在表面附近且不被覆盖层覆盖。目标区12被示为具有水平定向,但是可以具有任何形状或配置。
[0127] 如图2中所示,在孔16形成之后,爆炸工具串20可以被插入到该孔中。串20可以包括经由一个或多个连接器24串联联接的一个或多个单元22。单元22可以包括爆炸物单元、推进剂单元、惰性物单元和/或其他单元,如本文中其他地方所描述的。单元22和连接器24可连同其他部件以多种组合方式端对端联接,以形成细长的串20。串20可以进一步包括近侧部分26,该近侧部分26将该串联接到表面结构和控制单元,诸如,以支持该串的轴向重量、以沿着孔向下推动该串和/或以电学地控制所述单元22。
[0128] 如图3中所示,连接器24中的一个或多个可以包括柔性连接器28,并且连接器24中的一个或多个可以包括刚性连接器30。柔性连接器28可以允许该串弯曲或屈曲,如图3中所示。在图3的实施例中,每隔一个连接器是柔性连接器28,而其余连接器是刚性或半刚性连接器30。在其他串20中,柔性连接器和刚性连接器的数量和布置可以改变。柔性连接器28可以被配置成允许邻近单元22在任何径向方向上彼此离轴(off-axis)枢转,而刚性连接器30可以被配置成将邻近单元22维持为大体轴向对准。柔性连接器28的柔韧性程度可以具有不同幅值。在一些实施方案中,串20可以包括至少一个柔性连接器、或转环连接器,且被配置成贯穿一个具有小于500英尺的曲率半径的弯曲的孔部分。以更小的间隔彼此分开的柔性连接器的其他实例可以进一步减小该串可贯穿的最小曲率半径。此外,沿着该串的每个接合处可以形成有给定量的游隙(play),以允许该串的额外的挠曲。可以在邻接单元和连接器之间使用螺纹连接来形成接合,且该接合被设计成允许每个接合处的小程度的离轴运动,如下文进一步描述的。
[0129] 如图3中所示,串20的远侧末端可以包括鼻锥32或有助于该串以最小阻力从远侧行进通过孔16的其他物体。在一些实施方案中,如图4中所示,串20的远侧末端可以包括牵引器34,该牵引器34被配置成经由与单元22远侧的孔的相互作用主动地拉动该串通过该孔16。
[0130] 图5示出完全插入到孔16中的示例性串20,以使得单元22已经通过该孔的弯曲部分且大致以水平轴向对准方式定位在目标区12中。在此配置中,串20可以准备引爆。
[0131] 图6示出定位在孔16中的示例性单元22的截面。单元22含有材料36,材料36可以包括高能量爆炸物材料、推进剂、卤水和/或其他材料,如本文所描述的。流体材料38(诸如,卤水)可以填充串20(在图6中由单元22表示)的外表面和孔16的内壁之间的空间。单元22的内径D1、该单元和串20的外径D2、以及该孔的直径D3可以如本文所描述地改变。
例如,D1可以是大约6.5英寸,D2可以是大约7.5英寸,以及D3可以是大约10英寸。
[0132] 每个单元22可以包括HE单元、PP单元、惰性物单元或其他类型的单元。两个或更多个邻近单元22可以形成一个系统,该系统还可以包含一个或多个邻接的连接器。例如,图7示出一个示例性串20,该串包括多个HE单元40和多个PP单元42。每一对邻近的HE单元40和中间连接器24可以包括HE系统44。每一对邻近的PP单元42和三个邻接的连接器24(中间的连接器和在PP单元的相对末端处的两个连接器)可以包括PP系统46。在其他实施方案中,任意数量的给定类型的单元20可以被连接在一起以形成该类型的系统。
此外,在不同的实施方案中,这样的系统中的连接器的数量和位置可以改变。
[0133] 连接器24可以将邻近单元机械地联接在一起以支持串20的重量。此外,连接器24中的一些可以包括电气联接件和/或用于控制该邻近HE或PP单元中的一个或多个的引爆的引爆器控制模块。下文描述了示例性引爆器控制模块的细节。
[0134] 在一些实施方案中,串中的一个或多个HE系统可以包括一对邻近的HE单元和一个连接器,该连接器包括被配置成控制该系统的两个邻近HE单元的引爆的引爆器控制模块。在一些实施方案中,一个或多个HE系统可以包括单个HE单元和一个邻近的连接器,该连接器包括被配置成仅控制该单个HE单元的引爆的引爆器控制模块。
[0135] 每个单元可以被独立地引爆。每个单元可以包括一个或多个引爆器或启动器。一个或多个引爆器可以位于该单元中的任何位置,诸如,在该单元的一个或两个轴向末端处或在所述轴向末端中间。在一些实施方案中,所述单元(诸如,HE单元)中的一个或多个可以被配置成从单元的一个轴向末端引爆,仅在该单元的一个轴向末端处具有单个引爆器,该引爆器被电联接到邻近的连接器中的引爆器控制模块。
[0136] 在一些单元(诸如,PP单元)中,该单元被配置成同时或几乎同时从该单元的两个轴向末端被引爆或点燃。例如,一个PP单元可以包括两个引爆器/点燃器/启动器,在该PP单元的每个末端处各一个引爆器/点燃器/启动器。该PP单元的引爆器中的每个可以被电联接到邻近的连接器中的相应的引爆器控制模块。因此,在一些实施方案中,串中的一个或多个PP系统可以包括一对邻近的PP单元和三个邻近的连接器。所述三个邻近的连接器可以包括一个中间连接器,该中间连接器包括一个引爆器控制模块,该引爆器控制模块被电联接到两个引爆器并且控制该两个引爆器,所述两个邻近PP单元中的每个各有一个引爆器。在该PP系统的任一末端处的两个连接器每个可以包括一个引爆器控制模块,该引爆器控制模块被电联接到在该PP系统的那一末端处的仅一个引爆器并且控制该引爆器。在具有三个或更多个PP单元的PP系统中,所述中间连接器中的每个可以包括引爆器控制模块,所述引爆器控制模块控制两个引爆器。在仅具有单个PP单元的PP系统中,该PP系统可以包括两个连接器,在该PP单元的每个末端各有一个连接器。在该单元的两个轴向末端中间具有引爆器的实施方案中,该引爆器可以被联接到一个联接至该单元的任一轴向末端的引爆控制模块,使用穿过材料和端帽的电线以到达该引爆控制模块。
[0137] 图8A-8G示出以不同方式布置的多个示例串20,其中HE单元引爆器被标记为De,且PP单元引爆器被标记为Dp。图8A示出串的一部分,该串类似于图7中示出的串,包括交替的多对HE系统44和PP系统46。图8B示出串的一部分,该串具有HE系统44和PP系统以及位于其间的惰性物单元48。沿着串20可以使用任何数量的惰性物单元48以将HE单元和PP单元定位在相对于给定的地质形成物的理想位置中。代替惰性物单元48(例如,含有水、卤水或泥浆),或除了惰性物单元48之外,在串中,定位在HE单元和/或PP单元之间的单元可以包括含有非高能量爆炸物(例如,液体爆炸物)的单元。惰性物单元和非高能量单元的任何组合可以被包含在串中位于HE单元和/或PP单元之间的位置,或者在串的近侧末端和远侧末端处。
[0138] 图8C示出串20的一部分,该串20包括与单个单元PP系统52交替的复数个单个单元HE系统50。在此布置中,每个连接器被联接到一个HE单元的一个末端和一个PP单元的一个末端。这些连接器中的一些包括引爆控制模块,该引爆控制模块被配置成控制仅一个PP引爆器,而这些连接器中的其他连接器包括引爆控制模块,该引爆控制模块被配置成控制一个PP引爆器且还控制一个HE引爆器。图8D示出一个示例性单个单元PP系统52,其包括位于任一末端处的一个连接器。图8E示出一个示例性单个单元HE系统50,其包括位于一个末端处的一个单个连接器。单个单元系统50、52,双单元系统44、46,和/或惰性物单元48能够以任何布置组合在串20中。在一些实施方案中,所述连接器中的一个或多个不包括引爆控制模块。
[0139] 图8F示出一串若干邻近的单个单元HE系统50,每个系统在该系统的相同末端处布置有引爆器。在此布置中,每个连接器控制其左边的引爆器。图8G示出直接连接在一起的双单元HE系统44的一个串。在此布置中,每个双单元HE系统44被直接联接到下一个双单元HE系统,而没有任何中间连接器。以此方式,串中的一些连接器可以被消除。当在该串中包含惰性物单元48时,也可以移除或不需要连接器。
[0140] 在一些实施方案中,用于增强渗透性的系统包含一个或多个HE系统(诸如1个至12个或更多个HE系统)和一个或多个PP系统(诸如1个至12个或更多个PP系统),它
们沿着串20被布置成条/列。在一些实施例中,每个HE系统通过一个或多个PP系统(诸如,1至8个或更多个PP系统)与另一个HE系统隔开。在一些实施方案中,串20可以包括在长度上是大约20英尺至大约50英尺(诸如,大约30英尺至大约50英尺)的大致圆柱
形的条/列。在一些实施例中,每个HE系统和每个PP系统在长度上是大约2英尺至大约
12英尺,诸如,长度是大约3英尺至大约10英尺。
[0141] 单元20中的每个可以包括一个管套,诸如大致圆柱形的管套22,如图6中的截面所示。在一些实施例中,该管套被设计成含有HE、PP或惰性物材料。该管套还可以使所含的材料与填充该管套外侧的孔16的流体38隔开。在一些实施例中,该管套完全地围绕所含的材料以将它与填充所述孔的流体完全地隔开。在一些实施例中,该管套仅部分围绕所含的材料,从而仅部分地将它与填充所述孔的材料隔开。
[0142] 在一些实施方案中,PP单元可以先于HE单元被点燃。这可以导致PP点燃的产物(例如,气体和/或液体)迅速膨胀并且填充HE单元外侧的孔的所有区域,包含该孔的未填充有其他流体的区域。迅速膨胀的PP产物可以在HE单元引爆之前进一步迫使该孔中的其他流体进一步进入目标区的固体材料之间的更小且更远的裂缝和空间中。在HE单元引爆之前以此方式用PP产物和/或其他流体填充该孔,可以缓解由HE爆炸导致的直接邻近于孔的岩石的碎裂,因为HE单元和孔壁之间的流体起作用以将爆炸的能量从孔的中心线径向转移更远,而不会猛烈地冲击紧邻的孔壁。避免孔壁材料的碎裂是理想的,因为它减少了砂和其他细小颗粒物的产生,所述颗粒物可以阻塞渗透性路径,因此是与从远离该孔的目标区的区域释放能量资源的目的起相反作用的。此外,减少在孔附近的碎裂和粉碎降低了这些过程中的能量损失,允许更多的能量进一步随冲击波径向地向外流动,从而为扩展的区域中的破裂做贡献。
[0143] HE单元和PP单元以及连接器的尺度(尺寸和形状)和布置可以根据地质形成物的类型、孔尺寸、想要的碎石化区以及与预期用途相关的其他因素而改变。在一些实施例1 1 3
中,管套22可以是大约1/4英寸至大约2英寸厚,诸如,1/4、1/2、3/4、1、1/4、1/2、1/4和2英寸厚。在一些实施例中,管套22和孔壁16之间的材料可以是大约0英寸至大约6英寸厚。管套22可以在一些位置处接触该孔壁,而在与管套的相对侧留出较大的间隙以免与孔接触。在所述管套和孔壁之间的孔中的材料厚度因此会沿着串20的轴向长度差别很大。在一些实施例中,在管套22内,HE(诸如,非理想HE)的直径是大约4英寸到大约12英寸。例
1
如,一种公开的系统包含直径为6/2英寸的HE、1/2英寸金属管套(诸如,铝管套)以及管
1 1
套和孔壁之间的平均厚度为1/4英寸的材料(诸如,1/4英寸厚的卤水和/或PP层),以用于在10英寸的孔中使用。这样的系统可被用来产生的碎石化区域的半径相对于相同产率的连续装料具有至少三倍提高,诸如,六倍提高。例如,爆炸物装料可以被引爆和/或每个推进剂装料的燃烧被启动,以使所述地下地质形成物的节段破裂成一个第一破裂区域和多个第二破裂区域:所述第一破裂区域邻近于且围绕所述钻孔的节段并且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段的第一渗透深度,所述多个第二破裂区域彼此间隔开并且向该地下地质形成物中延伸到远离所述钻孔的节段的第二渗透深度,所述第二渗透深度大于所述第一渗透深度,其中所述第二破裂区具有从所述钻孔径向向外延伸的分别间隔开的盘状破裂区的形式和/或所述第二渗透深度平均值是第一渗透深度平均值的至少三倍(诸
1
如,至少六倍)。在一些实施例中,一个所公开的系统包括直径为9/2英寸的HE(诸如,非理想HE)、1/4英寸的金属管套(诸如,铝管套)以及在管套和孔壁之间的平均厚度为1英寸的材料(诸如,1英寸厚的卤水和/或PP层),以用于12英寸的钻孔中。设想该系统的尺度可以根据孔的尺寸而改变。
[0144] 在一些实施方案中,用于增强渗透性的系统还包括HE单元和PP单元之间的工程键控联接机构和连接器。这样的联接机构可以包括机械联接机构、高电压电气联接机构、通信联接机构、高电压引爆器或启动系统(平台)和/或监测系统。在一些实施例中,可以包括分别用于每个HE和PP区段的独立定时的高精度引爆平台和启动平台。这样的平台可包括定制的可编程逻辑,以执行对于由包括安全性和安稳性部件的平台运行的系统而言专门的任务,且每个平台可以包括仔细地键控的联接机构以用于机械联接(包括将引爆器/启动器联接到该HE/PP中)、高电压联接和通信联接。
[0145] 在一些实施例中,浇注固化的HE和PP区段设计(包括高电压系统、通信系统、引爆器或启动系统、以及监测系统)是这样的,使得它们可以被制造(诸如在HE生产服务供应商公司),然后被安全地储存和/或“及时”运到具体点火位置,以用于迅速组装成加固的HE-PP列,测试且监测,并且部署到孔中。采用的具体配方以及部署HE和PP系统的几何和材料配置可以是用于在每个具体地质形成物中原位产生理想的碎石化效果的核心。在一些实施例中,可以经由专门校准的数值模拟能力产生这些优化的几何和材料配置,所述数值模拟能力可以包括将模型实施成商业代码ABAQUS的许多方式。在另一些实施例中,可以通过使用高保真度机动引爆物理实验室(HFMDPL)来开发/更新任何公开的系统,如在本文中详细地描述的(例如,参见第IX部分)。
[0146] IV.示例性高爆炸物和推进剂单元和系统
[0147] 图9示出一个示例性单元100,该单元可以包括HE单元、PP单元或惰性物单元。该单元100包括大致圆柱形的管状管套102,该管套102具有至少一个内部腔室,用于容纳材料150,诸如HE材料、PP材料、卤水或其他材料。单元100包括第一轴向末端部104和相对的第二轴向末端部106。每个轴向末端部104、106被配置成联接到一个连接器、联接到另一个HE、PP或惰性物单元,或者联接到孔插入串的其他部分。管套102可以包括一种或多种金属、金属合金、陶瓷和/或其他材料或这些材料的组合。在一些实施方案中,管套102包括铝或铝合金
[0148] 轴向末端部104、106可以包括机械联接机构,用于沿着串支持所述单元的重量。所述机械联接机构可以包括外部螺纹部分108、110,板附接部分112、114,和/或任何其他适合的联接机构。例如,图14A-14D示出有代表性的适合的机械联接机构。轴向末端部104、
106可以进一步包括电气联接件,诸如一个或多个电线116,该电气联接件将该单元电联接到邻近连接器、该串中的其他单元和/或联接到该孔外面的控制系统。电线116可以轴向通过单元100的长度且从两末端中任一末端延伸出以联接至邻近的部件。
[0149] 如图10中详细示出的,单元100可以进一步包括第一端帽118和/或第二端帽120,第一端帽118联接到管套102的轴向末端部106,第二端帽120联接到管套102的相对的轴向末端部108。端帽118、120可以包括一个环形主体,该环形主体具有的周边部分是管套102的轴向末端或者可以被联接到管套102的轴向末端。端帽118、120可以被固定到管套102,诸如用焊接、粘结剂、固件、螺纹或其他手段。端帽118、120可以包括任何材料,诸如一种或多种金属、金属合金、陶瓷、聚合物材料等。在端帽被焊接到该管套的实施方案中,可以使用全熔透焊接(full penetration weld),以排除金属对金属的薄间隙,在该薄间隙中化学组分的迁移会变得对不想要的点燃敏感。在具有聚合物端帽的实施方案中,薄接触间隙可以存在于所述帽和管套之间,具有较少或没有不想要的点燃风险。聚合物端帽可以经由螺纹和/或聚合物固位环固定到该管套。此外,密封构件(诸如O型环)可以被定位在该端帽和该管套之间,以防止泄漏或材料150离开该单元。在其他实施方案中,可以将金属端帽与定位在所述端帽和该管套之间的环形聚合物材料一起使用,以排除金属对金属间隙。
[0150] 所述单元和/或连接器的外直径可以至少部分地覆盖有摩擦减少层和/或表面处理层、或者用摩擦减少层和/或表面处理层来处理。此处理层或处理可以包括下述至少之一:固体润滑剂,诸如石墨、含有PTFE的材料、MoS2或WS2;液体润滑剂,诸如石油或合成类似物、油脂;或水基润滑剂。表面处理可以包括附接材料层,诸如WS2(商标名);MoS2,具有高润滑性的金属,诸如(Sn),展现高润滑性的聚合物涂层诸
如含氟聚合物、聚乙烯、PBT等;物理沉积的、电的、涂绘的、粉末涂层;或其他材料。
[0151] 电线116(诸如,用于对含能材料的引爆的控制、供电和触发)穿过或至少一直到每个单元100。可以包括任何数目的电线116,诸如,一个、两个、四个或更多个。电线116中的至少一些可以穿过每个单元的末端上的端帽118、120中的至少一个,如图10中所示。所述端帽中的贯穿部(penetration)和贯穿电线116可以没有金属对金属的薄间隙,在该间隙中化学组分的迁移可以变得对不想要的点燃敏感。
[0152] 在一些实施方案中,端帽118、120可以包括一个或多个贯穿压盖(penetration gland)122,贯穿压盖122被设计成通过消除或减少金属对金属的薄间隙来避免不想要的点燃,并且防止材料150泄漏出单元100。贯穿压盖122可以被配置成提供聚合物和金属表面贯穿洞之间的薄间隙。聚合物对金属或聚合物对聚合物的薄间隙的顺应性可以防止用于敏感化学组合物点燃的充分压缩和摩擦。
[0153] 如图11中更详细地示出的,每个贯穿压盖122可以通过穿过端帽118、120中的洞126的聚合物护套124接收电线116。可以用顺应密封件(诸如,O型环128)密封电线116。通过聚合物紧固件130将该密封件压缩就位,该聚合物紧固件130被固定到该端帽,诸如经由螺纹,且被拧紧以压缩该密封件。紧固件130可以包括一个通过其轴线的洞,电线
116穿过该洞。
[0154] 在其他一些实施方案中,贯穿压盖可以包括具有肩部的带螺纹的洞、具有同轴通孔的压盖螺钉,所述螺钉具有一个肩部,该肩部压缩一个密封件(诸如,O型环)以密封穿过它的线缆。同轴线缆可以允许两个导体穿过每个密封压盖,以及该单元的内侧和该单元的外侧之间具有有效密封。
[0155] 单元100可以进一步包括至少一个引爆器保持器140和至少一个引爆器142和该单元的至少一个轴向末端,如图10中所示。术语“引爆器”包括用于引爆或点燃该单元中的材料150、或启动或导致材料150引爆或点燃或爆炸、或启动或导致材料150的化学反应或爆炸的任何设备。在HE填充单元中,该单元可以包括在该单元的一个末端处(诸如,在末端部106处)的单个引爆器142,在该单元的相对末端处没有第二引爆器。在PP填充单元中,该单元可以在该单元的两个轴向末端部处各包含一个引爆器142,每个引爆器在结构和功能上大致类似。
[0156] 如图10中所示,对于HE单元或PP单元,引爆器保持器140可以包括杯形结构,该杯形结构被定位在端帽118中的中心开口中。保持器140可以被固定到且被密封到端帽118,诸如,经由螺纹144和O型环146。保持器140轴向地延伸通过端帽118进入管套102内的腔室中,以使得保持器140可以与材料150接触。保持器140可以包括位于凹入该管套中的一个位置处的中心开口148,且引爆器142可以被固定在开口148中。可以用接触促动机构(contact urging mechanism)保持该引爆器的内部末端152与材料150接触,以确保该引爆器不失去与材料150的直接接触,从而确保材料150的可靠点燃。该促动机构可以包括弹簧元件、粘结剂、紧固件或其他适合机构。
[0157] 引爆器142可以进一步包括被定位在保持器140的凹陷部中的电气接触部分154。该电气接触部分154可以被定位成未轴向地延伸超出保持器140的周缘的轴向延伸范围,以防止或减少与引爆器142的非期望接触。电气接触部分154可以经由电线被电联接到邻近的连接器中的引爆控制模块。
[0158] 在一些实施方案中,一个单元可以包括该管套的一个轴向末端部上的右旋螺纹和在该管套的另一个轴向末端部上的左旋螺纹。如图12中所示,每个单元的带相反螺纹的末端可以便于用中间连接器将两个单元联接在一起。在图12-14A中示出的实施例中,可以通过用示例性连接器206将示例性第一单元202和示例性第二单元204联接在一起来形成系统200。图13和14A示出沿处于组装状态的系统200的纵向轴线截取的截面视图。第一单元202和第二单元204可以与图9-11中示出的例示单元100相同或类似,或可以包括单元的替代变体。例如,单元202、204可以包括HE单元,HE单元是类似的或相同的,但定向在相反的轴向方向上,使得它们独自的引爆器都面向连接器206。
[0159] 连接器206可以包括管状外主体208,该外主体208在一个末端处具有第一内螺纹210且在相对的第二末端具有第二内螺纹,如图12中所示。可以通过相对于单元202、204旋转所述连接器206(诸如,单元202、204静止)来实现单元202、204和连接器206的机械联接,以使得内螺纹210、212分别螺纹安装到单元202、204的外螺纹214、216。连接器206的旋转可以表现得像套筒螺母以将邻近的单元202、204拉在一起。螺纹210、212、214、216可以包括用于轴向强度的锯齿螺纹。
[0160] 在邻近的一对单元202、204被拉在一起之后,定板218、220可以被附接到每个单元末端部和接合槽222、224,分别在连接器外主体208的每个末端中以防止接合处的非故意的旋松。锁定板218、220通过紧固装置(例如,螺钉240、242和单元管套中的螺钉洞244、246)被附接到每个单元。所述紧固装置优选地不穿过管套的壁,以避免允许所含有的材料250逸出,且使得该系统保持密封。锁定板218、220防止连接器206从单元202、204旋松,以确保该组件保持完整。
[0161] 所描述的在所述单元和所述连接器之间的带螺纹的联接件可以向彼此提供工具串的节段的轴向约束,并且还可以在由于螺纹空隙造成的离轴弯曲中提供顺应性。这可以允许工具串在每个带螺纹的接合处稍微离轴弯曲,以使得它可以被插入到具有非直线轮廓的孔中。所描述的锁定板配置的一个优点是消除了在现场组装期间将联接螺纹扭转到指定紧密度的需要。在实践中,不需要将连接器肩部(图12中的226、228)拧紧以轴向地紧密邻接单元肩部(图12中的230、232),但可以在连接器和单元肩部之间留出一定量的空隙,以确保扭矩在该系统上不提供任何轴向预应力或仅提供最小的轴向预应力。此最小空隙还可以结合螺纹空隙增强工具串的离轴弯曲顺应性。
[0162] 连接器206可以进一步包括包含在外主体208中的引爆控制模块260。该引爆控制模块260可以被配置成绕该连接器的中心轴线相对于外主体208可自由旋转,诸如经由该外主体和该引爆控制模块之间的旋转轴承。引爆控制模块260可以包括电气部分264被安装到的结构部分262。下文更详细地描述引爆控制模块260的电气部分264。
[0163] 在将连接器260组装到单元202、204期间,引爆控制模块206可以被保持相对于单元202、204静止,而外主体208被旋转以执行机械联接。为了保持引爆控制模块260相对于单元202、204静止,所述单元中的一个或二者可以包括一个或多个突出部,诸如,插销266(参见图13),所述突出部轴向突出远离相应的单元,诸如,轴向突出远离所述端帽,且进入引爆控制模块260的结构部分262中的一个或多个接收孔268。(一个或多个)插销
266可以将引爆控制模块260保持成相对于单元202、204静止,以使得引爆控制模块260和单元之间的电连接不被扭曲和/或不被损坏。在一些实施方案中,单元202、204中仅一个包括一个轴向突出物,该轴向突出物被联接到引爆控制模块260的结构部分262,以在外管套旋转时保持相对于所述单元静止。
[0164] 单元202、204可以包括与关于图9-11中示出的示例性单元100所描述的结构类似的结构。如图13和14A中所示,单元202包括电线270,电线270延伸通过该单元中的材料250且通过端帽274中的压盖272。单元202进一步包括延伸通过端帽272的引爆器保持器276和延伸通过保持器276的引爆器278。单元204还包括类似的特征。引爆器的电气连接件280和电线270的电气连接件282可以被电联接到引爆控制模块260,如下文所描述的,然后将该连接器螺纹安装到两个单元202、204。
[0165] 图14B-14D示出用于将所述单元附接到所述连接器的替代机械联接机构的截面视图。在图14B-14D的每个图中,所述设备的某些部分被省略。例如,未示出引爆控制模块、引爆器、电线以及填充材料。还可以从这些图中省略引爆器保持器和/或所述单元的端帽。
[0166] 图14B示出一个示例性组件300,该组件300包括单元302(诸如,HE或PP单元)和连接器304。单元302包括一个管套和/或端帽,该端帽包括径向凹陷部306和轴向末端部308。连接器304包括被定位在径向凹陷部306周围的轴向延伸部310和邻近轴向末端部308定位的内凸缘312。一个或多个紧固件314(例如,螺钉)以轴向和径向之间的角度被插入通过连接器304。紧固件314在该连接器中可以是埋头的,以维持该组件的平滑外径向表面。紧固件314可以延伸通过该连接器的内凸缘312且通过该单元的轴向末端部308,如所示,以将该单元和该连接器机械地固定在一起。密封构件316(诸如,O型环)可以被定位在内凸缘312和轴向末端部308之间,或在连接器-单元的接合处的其他位置,以密封该接合处并防止该组件中含有的材料逸出且防止材料进入该组件。
[0167] 图14C示出另一个示例性组件320,该组件320包括单元322(诸如HE或PP单元)、连接器324以及一个或多个锁定板326。单元322包括管套和/或端帽,该端帽包括径向凹陷部328和轴向末端部330。连接器324包括邻近径向凹陷部328定位的轴向延伸部
332和邻近轴向末端部330定位的内凸缘334。密封构件336(诸如O型环)可以被定位在内凸缘334和轴向末端部330之间,或在连接器-单元的接合处的其他位置,以密封该接合处且防止该组件中含有的材料逸出且防止材料进入该组件。(一个或多个)锁定板326包括第一凸338和第二凸耳340,该第一凸耳338径向地向内延伸到单元322中的凹槽中,且第二凸耳340径向地向内延伸到连接器324中的凹槽中。第一凸耳338和第二凸耳340防止单元322和连接器324轴向地彼此分开,将它们锁定在一起。可以用一个或多个紧固件342(诸如,螺钉)将(一个或多个)板326径向地固定到该组件,所述紧固件342径向地延伸通过板326且延伸到连接器324中(如所示)或延伸到单元322中。
[0168] 图14D示出又另一个示例性组件350,该组件350包括单元352(诸如,HE或PP单元)、连接器354以及一个或多个锁定板356。单元352包括管套和/或端帽,该端帽包括径向凹陷部358和轴向末端部360。连接器354包括邻近所述径向凹陷部358定位的一个轴向延伸部362和邻近所述轴向末端部360定位的内凸缘364。密封构件366(诸如,O型环)可以被定位在内凸缘364和轴向末端部360之间,或在该连接器-单元的接合处的其他位置,以密封该接合处且防止该组件中含有的材料逸出且防止材料进入该组件。(一个或多个)锁定板356包括径向向内延伸到单元352中的凹槽中的第一凸耳368,和径向地向内延伸到连接件354中的凹槽中的第二凸耳370。第一凸耳368和第二凸耳370防止单元352和连接器354彼此轴向地间隔开,将它们锁定在一起。可以用一个或多个弹性带或环(诸如,弹性体带)372将(一个或多个)板376径向地固定到该组件,所述弹性带或环372在组件350周围周向地延伸以将(一个或多个)所述板保持到连接器354,从而保持到单元352。(一个或多个)带372可以被定位在环形凹槽中以维持组件350的齐平外表面。
[0169] 图14A-14D中示出的组件只是可以被用在本文所描述的系统和组件中的许多不同的可能的机械联接件的实施例。可想要的是,所述机械联接件允许该单元和该连接器之间的某些程度的离轴枢转,以适应非直线孔,和/或所述机械联接件在串上赋予最小的轴向预应力或不赋予轴向预应力,同时提供足够的轴向强度,从而当在孔中时在其自身重量下且借助由于摩擦等施加在该串上的附加轴向力,将该串轴向地保持在一起。
[0170] PP单元和系统可以在结构上与HE单元和系统类似,且二者都可以通过图9-14中示出的示例性结构在一些实施方案中被描述。然而,尽管HE单元可以仅包括单个引爆器,但在一些PP单元和PP系统中,该PP单元可以包括两个引爆器/点燃系统,在该单元的每个末端各定位有一个引爆器/点燃系统。该PP点燃系统可以被配置成从该单元的两个末端同时点燃PP材料。两个相对的PP点燃系统可以包括例如陶瓷喷射点燃系统。所述PP点燃系统可以沿着PP单元的轴向长度迅速地点燃PP材料,以帮助以更瞬时的方式点燃PP材料,而不是首先点燃该单元的一个末端然后等待反应沿着PP单元的长度向下行进到相对末端。PP材料的迅速点燃可以是理想的,以使得PP点燃产物材料可以快速膨胀,从而在点燃HE材料之前填充孔。
[0171] V.示例性引爆控制模块和电气系统
[0172] 图15是例示了一个示例性引爆控制模块700的框图。引爆控制模块700由触发输入信号701激活且输出功率脉冲702,功率脉冲702触发一个引爆器。在一些实施方案中,输出功率脉冲702触发多个引爆器。触发输入信号701可以是共同的触发信号,该共同的触发信号被提供给多个引爆控制模块以大体同时地触发多个引爆器。引爆器可以引爆爆炸物、推进剂或其他物质。
[0173] 引爆控制模块700包括定时模块703。定时模块703在受控的时间提供一个信号,该信号激活发光二极管704。发光二极管704(其在一些实施方案中是激光二极管)将光触发二极管模块706中的光触发二极管705照明,导致光触发二极管705导电。在一些实施方案中,当光触发二极管705被激活时,其进入雪崩击穿模式,允许大量电流流动。当光触发二极管705导电时,高电压模块708中的高电压电容器707以输出功率脉冲702的形式释放储存的能量。在一些实施方案中,多个高电压电容器被用来储存输出功率脉冲702所需要的能量。
[0174] 图16A例示示例性引爆控制模块709。引爆控制模块709包括定时模块710、光触发二极管模块711以及高电压模块712。连接器713和714将定时模块710与各种输入信号(诸如,输入电压、地、触发输入信号以及其他输入信号)连接。定时电路715包括多个电路部件716。示例性电路部件包含电阻器、电容器、晶体管、集成电路(诸如,555定时器或556定时器)以及二极管。
[0175] 定时模块710还包括发光二极管717。定时电路715控制发光二极管717的激活。在一些实施方案中,发光二极管717是激光二极管。发光二极管717被定位以照明且激活光触发二极管模块711上的光触发二极管718。光触发二极管718被联接在高电压电容器
719和引爆器(未示出)之间。
[0176] 如图16A中所示,定时模块710经由连接器720和721被机械地连接到高电压模块712。光学二极管模块711经由连接器722既被机械地又被电连接到高电压模块712,且经由连接器723被机械地连接。
[0177] 图16B例示光触发二极管模块711。当光触发二极管718被激活时,则在导电元件724和导电元件725之间形成导电路径。该导电路径经由电气连接器722将具有连接器的高电压电容器719(图17中示出)连接到引爆器(未示出)。
[0178] 图16C例示高电压模块712。连接器726和727将高电压电容器719连接到两个引爆器,“Det A”和“Det B”。在一些实施方案中,连接器726和727中的每个将高电压电容器719连接到两个引爆器(总共四个)。在另一些实施方案中,引爆控制模块709控制单个引爆器。在又另一些实施方案中,引爆控制模块709控制三个或更多个引爆器。高电压电容器719经由连接器726和727向至少一个引爆器(未示出)提供输出功率脉冲。连接器728和729提供用来对高电压电容器719充电的高压电源和高电压地。高电压模块712还包括泄放电阻730和无源二极管731,如果高压电源和高电压地与连接器728和/或729断开,则泄放电阻器730和无源二极管731一起允许电荷从高电压电容器719安全地排尽。
[0179] 图17是详述实施引爆控制模块(诸如图16A-16C中示出的引爆控制模块709)的示例性引爆控制模块电路732的示意图。引爆控制模块电路732包括定时电路733、光触发二极管734以及高电压电路735。定时电路733包括晶体管736。触发输入信号737通过分压器738被联接到晶体管736的栅极。在图17中,晶体管736是场效应晶体管(FET)。具体地,晶体管736是金属氧化物半导体FET,但是还可以使用其他类型的FET。FET(包括MOSFET)具有对噪声提供一些抗干扰性的寄生电容,且与其他晶体管类型相比还要求更高的栅电压电平来激活。例如,双极结型晶体管(BJT)通常用0.7V的基极-射极电压(类似于具有0.7V的栅电压的晶体管736)被激活。然而,FET在更高的电压电平下(例如,用约
4V的栅极电压)激活。较高的栅极电压(激活电压)还针对噪声提供一些抗干扰性。例如,可以触发BJT的2V的杂散信号可能不会触发FET。还可以使用降低由杂散信号激活的可能性的其他晶体管类型。术语“晶体管”的使用意在包含所有晶体管类型而非指具体类型的晶体管。
[0180] 齐纳二极管739保护晶体管736免于高电压尖峰。许多电路部件(包括晶体管736)具有在损坏该部件之前该部件能够承受的最大电压电平。齐纳二极管739在特定电压电平下开始导电,该特定电压电平取决于该二极管。齐纳二极管739被选择以在晶体管
736能够忍受的电压电平下导电,以防止破坏性电压电平到达晶体管736。这可以被称为“钳位”。例如,如果晶体管736可以承受约24V,则齐纳二极管739可以被选择以在12V下导电。
[0181] “高”触发输入信号737接通晶体管736,导致电流从电源电压740流经二极管741和电阻器742。一组电容器743被电源电压740充电。如果电源电压740被移除,则二极管741和电容器743充当临时电源电压。当电源电压740被连接时,电容器743充电。当电源电压740被断开时,二极管741防止电荷向电阻器742流回,而是允许储存在电容器743中的电荷被提供给其他部件。电容器743可以具有一个范围的值。在一个实施方案中,电容器743包括三个25μF的电容器、一个1μF的电容器和一个0.1μF的电容器。具有不同值的电容器允许以不同的速度从电容器743汲取电流,以满足其他部件的要求。
[0182] 存在其中电源电压740可以变为断开但却仍希望保持电源电压的多种情况。例如,引爆控制模块732可以是其中在引爆爆炸物之前引爆推进剂的系统的一部分。在这样的情形下,控制被连接到爆炸物的引爆器的定时电路系统可能需要继续运行,即使由于先前推进剂爆炸而导致电源电线变为短路或开路。由二极管741和电容器743提供的临时电源电压允许正常由电源电压740供电的部件继续运行。电路可以继续运行的时间长度取决于储存在电容器743中的电荷的量。在一个实施方案中,电容器743被选择以提供至少100至150微秒的临时电源电压。电源电压740可以变为断开的另一种情形是如果爆炸是按一个时间段错开的话。在一些实施方案中,电源电压740是6V直流电且电阻器742是3.3kΩ。可以根据要求调节电容器743的值和数量。
[0183] 定时电路733还包括双定时器集成电路(IC)744。双定时器IC 744在图17中被示出为“556”双定时器IC(例如,LM556)。其他实施方案使用单定时器IC(例如,“555”)、四定时器IC(例如,“558”)、或被布置以执行定时功能的其他IC或部件。双定时器IC 744中的第一定时器提供点火延迟。通过向第二定时器输入746(IC引脚8)提供第一定时器输出745(IC引脚5)来完成该点火延迟。第二定时器充当提供一个波形脉冲作为第二定时器输出747(IC引脚9)的脉冲整形定时器。在分压器748之后,该波形脉冲被提供给MOSFET驱动器输入749,以驱动MOSFET驱动器IC 750。MOSFET驱动器IC 750可以是例如MIC44F18 IC。
[0184] 定时器IC(诸如,双定时器IC 744)、以及用于运行双定时器744而选择的部件(诸如电阻器751、752、753、754和755以及电容器756、757、758和759)是本领域已知的,且在本申请中未详细讨论。所选择的部件值至少部分地取决于想要的延迟。在一个实施方案中,使用下列值:电阻器751、752以及753等于100kΩ;以及电容器756和759等于0.01μF。还可以使用其他部件和部件值来实施双定时器IC 744。
[0185] 通过二极管761和电阻器762由电源电压760为MOSFET驱动器IC750供电。在一些实施方案中,电源电压760是6V直流且电阻器762是3.3kΩ。电源电压760可以是与为双定时器IC 744供电的电源电压740相同的电源电压。一组电容器763由电源电压760供电。二极管761和电容器763用于当电源电压760断开或短路时提供临时电源电压。如上文所讨论的,在电源电压760和MOSFET驱动器IC 750的功率输入引脚(引脚2)之间的二极管761被正向偏置。电容器763被并联连接在功率输入引脚和地之间。电容器763可以具有一个范围的值。
[0186] MOSFET驱动器输出764激活驱动器晶体管765。在一些实施方案中,驱动器晶体管765是FET。MOSFET驱动器IC 750提供一个适于驱动晶体管765的输出,而第二定时器输出747并不被设计用于驱动电容性负载,诸如晶体管765的寄生电容(当晶体管765是FET时)。
[0187] 电阻器766和齐纳二极管767将到驱动器晶体管765的输入钳位,以防止电压尖峰损坏晶体管765。当驱动器晶体管765被激活时,电流从电源电压768流出,经过二极管790和电阻器769,并且激活发光二极管770。在一些实施方案中,驱动器晶体管765被省略,从而MOSFET驱动器输出764直接激活发光二极管770。
[0188] 在一些实施方案中,发光二极管770是脉冲激光二极管(诸如,PLD905D1S03S)。在一些实施方案中,电源电压768是6V直流电且电阻器769是1kΩ。电源电压768可以是与分别为双定时器IC 744和MOSFET驱动器IC 750供电的电源电压740和760相同的电
源电压。一组电容器771由电源电压768充电。当电源电压768被移除时,二极管790和电容器771用于提供临时电源电压(参见上文关于二极管741和电容器743的讨论)。电容器771可以具有一个范围的值。
[0189] 当发光二极管770被激活时,它产生一个光束。发光二极管770被定位以照明且激活光触发二极管734。在一些实施方案中,光触发二极管734是PIN二极管。当光触发二极管734接收足够通量的光子时,它被反向偏置且进入雪崩击穿模式。在雪崩击穿模式中,高电压、高电流脉冲被从高电压电容器772传导到引爆器773,触发引爆器773。在一些实施方案中,附加的引爆器也由高电压、高电流脉冲触发。
[0190] 通过二极管775和电阻器776由高压电源774为高电压电容器772充电。在一个实施方案中,高压电源774是大约2800V直流电。在另一些实施方案中,高压电源774的范围在大约1000V到3500V直流电之间。在一些实施方案中,多个高电压电容器被用来储存在高电压电容器772中储存的能量。二极管775防止反向电流流动,并且即使高压电源774被断开(例如,由于推进剂或爆炸物的其他引爆)也允许高电压电容器仍然向引爆器773提供功率脉冲。如果高压电源774被移除,则泄放电阻器777允许高电压电容器772安全地放尽。在一个实施方案中,电阻器776是10kΩ,泄放电阻器777是100MΩ,且高电压电容器772是0.2μF。高电压电容器772、泄放电阻器777、电阻器776以及二极管775是高电压电路735的一部分。
[0191] 图18例示一种控制引爆的方法778。在过程块779中,使用至少一个定时电路激活激光二极管。在过程块780中,用已激活的激光二极管产生的束照明光触发二极管。在过程块781中,从高电压电容器向引爆器提供功率脉冲,该高电压电容器联接在该光触发二极管和该引爆器之间。
[0192] 图15-18例示一个引爆控制模块,在该引爆控制模块中,发光二极管激活光触发二极管,以释放高电压脉冲来触发引爆器。触发引爆器的其他方式也是可能的。例如,可以使用变压器磁性地耦合触发输入信号,以激活二极管且允许高电压电容器提供高电压脉冲来激活引爆器。光耦合器(例如,MOC3021)也可以被用作耦合机构。
[0193] 引爆系统可以包括间隔位于整个系统中的多个引爆控制模块,以将爆炸物的不同部分引爆。
[0194] VI.示例性使用方法
[0195] 本文中所描述的系统特别适合在对想要进行破裂的地下地质形成物进行这样的破裂时使用。一个具体的应用是在沿着地下钻孔的一个或多个节段破裂岩石时用于打开岩石中的裂缝或破裂,以便于收集困在该形成物中的油和气体。
[0196] 因此,理想地,沿着一个钻孔的一个节段(在该节段周围的岩石待要被破裂)定位多个间隔开的爆炸物装料。爆炸物装料可以被放置在容器(诸如,管)中且可以将多个管一起组装在一个爆炸物组件中。中间推进剂装料可以被放置在爆炸物装料之间,以及在多个爆炸物装料的一个或多个组件之间,以协助破裂。推进剂装料可以被放置在容器(诸如,管)中,且多个推进剂装料的一个或多个组件可以被定位在爆炸物装料或爆炸物装料组件之间。此外,作为一个理想的实施例,具有工作液体的容器(诸如,惰性材料的管)可以被放置于爆炸物装料中间或爆炸物装料组件中间。此惰性材料还可以被定位于推进剂装料中间以及被定位于这样的推进剂装料的组件中间。“工作流体”指大体不可压缩的流体,诸如水或卤水,其中盐水是一个具体的实施例。工作流体或液体协助将来自推进剂装料和爆炸物装料的冲击波能量沿着钻孔递送到岩石形成物中,随后启动推进剂装料的燃烧和爆炸物的爆炸。
[0197] 在一个具体的方法中,一串爆炸物装料组件和推进剂装料组件被以端对端的关系沿着待被破裂的钻孔的节段布置。可以选择爆炸物装料和推进剂装料的数量和间隔、以及包含中间惰性材料或工作流体的管或容器的数量和间隔以增强破裂。
[0198] 例如,可以使用利用形成与钻孔节段邻近的地下地质形成物的材料的构成模型(constituent model)和含有爆炸物的串的构成模型的数值/计算分析方法。这些分析方法可以使用有限元建模、有限差分方法建模或离散元方法建模。一般而言,沿着待被破裂的钻孔的节段或沿着整个钻孔,获得关于地下地质形成物的数据。可以通过任意多种方式(诸如,通过分析从钻孔获得的核心材料)获得此数据。此核心材料将指示分层的位置以及材料过渡(诸如,从砂岩到页岩)。钻孔记录和对来自钻孔的核心样品的材料测试,在它们被执行的情况下,提供关于地质形成物的岩层学和材料特性的数据。还可以使用X射线和其他测绘技术,以收集关于地下地质形成物的信息。此外,可以使用外插值方法,诸如,根据来自在地质学上类似的(例如,附近的)地质区域中钻的钻孔的地下地质形成物信息进行外插值。
[0199] 因此,使用有限元分析方法作为一个具体的实施例,有限元建模提供一种用于研究涉及例如求解数学方程(诸如,偏微分方程)的高度复杂、非线性问题的预测机制。已知有用于执行对地质形成物的分析的现有计算机程序。一个具体的模拟方法可以使用商业上可得到的软件程序,商标名称ABAQUS,且更具体地,此代码的一个可得到的版本实施完全联接的欧拉-拉格朗日方法论。
[0200] 该地质数据可以被用来在有限元建模代码中提供用于填充材料本构模型的变量。对于特定材料而言,本构模型是因果关系的数值表示。即,给定一个外力函数(forcing function),例如,由于爆炸物载荷造成的压力,本构模型估计材料的响应。例如,这些模型估计响应于施加的压力对地质材料的剪切应变或裂缝损坏。存在多种已知的用于地质材料的本构模型,它们可以被用在有限元分析中,以估计爆炸物诱发的冲击在地中的发展。这些模型可以包含与裂缝和渗透性直接相关的材料损坏和失效的估计。还存在用于其他材料(诸如,铝管)(如果爆炸物被封装在铝管中)和工作流体(诸如,卤水)的类似的本构模型。
[0201] 此外,存在用于包括非理想爆炸物和推进剂的爆炸物材料的状态方程(EOS)。一般而言,爆炸物EOS方程涉及由爆炸物(和推进剂,如果有的话)释放的能量和作为结果的体积膨胀的因果关系。当联接到地质形成物或介质时,膨胀体积形成推入介质且导致破裂的压力。
[0202] 综上所述,由获得的关于沿着待被破裂的钻孔的节段的地质材料的信息,可以确定材料的本构模型。可以确定此材料模型对爆炸物装料(和推进剂装料,如果有的话;以及工作流体容器,如果有的话)的布置的响应的一个或多个模拟。例如,可以执行材料对来自引爆爆炸物装料的爆炸压力、来自一个或多个推进剂装料(如果有的话)和工作流体(如果有的话)的压力的反应的第一次这样模拟。然后可以执行一个或多个附加的模拟(例如,多个附加的模拟),其中爆炸物装料、推进剂装料(如果有的话)和/或工作流体(如果有的话)被定位在不同位置处或被定位成不同布置。模拟还可以涉及推进剂和爆炸物中的变化。然后可以评估材料对多个受激爆炸物串的反应的多个模拟。然后可以选择导致理想破裂(诸如,沿着钻孔的破裂,其中间隔开的碎石化区域包括径向延伸的盘,如图21中所示)的模拟。然后,可以沿着待被破裂的钻孔的节段组装和定位爆炸物装料、推进剂装料(如果有的话)和工作流体(如果有的话)的所选择的布置。然后,此组件可以被引爆,并且推进剂装料(如果有的话)被启动,以产生具有理想碎石化区的破裂地质形成物。因此,可以在理想位置且以超出在紧邻该钻孔附近发生的破裂的扩展半径来获得碎石化盘。
[0203] 如上文关于示例性定时电路所描述的,可以独立地控制爆炸物的引爆和多个推进剂装料的燃烧的启动的时序。例如,所述爆炸物和推进剂启动可以同时发生,或在引爆爆炸物之前启动推进剂装料。此外,可以先于其他爆炸物装料引爆一个或多个爆炸物装料,且可以先于其他推进剂装料或先于爆炸物装料启动一个或多个推进剂装料,或以其他理想时间关系。因此爆炸物装料可以被独立地定时以用于引爆,或者一组或多组多个爆炸物装料可以被一起引爆。此外,推进剂装料可以被独立地定时以用于启动,或者一组或多组复数个推进剂装料可以被一起启动。理想地,当使用细长推进剂装料(诸如,管)时,推进剂装料的燃烧的启动被设计成沿着推进剂装料的整个长度或沿着推进剂装料的大部分长度同时发生。用此方法,当推进剂装料燃烧时,所形成的气体将从推进剂装料向外径向延伸。例如,为此目的可以使用定位在管状推进剂装料的相应末端处的陶瓷喷射启动器,以将热陶瓷材料或其他点燃材料轴向地喷射到推进剂装料中。在一个理想的方法中,一个或多个推进剂装料的燃烧是在装料的两末端处或在邻近于装料的两末端的位置处同时启动的。此外,在一个具体的方法中,包括成对爆炸物装料的组件是从爆炸物装料的邻近末端启动的。
[0204] 理想地,爆炸物装料是如先前所描述的非理想的爆炸物配方产品。在一个具体的理想实施例中,该装料释放的总储存能量(例如,化学储存能量)等于或大于12kJ/cc,且其中大于30%的由该爆炸物释放的能量在引爆(化学反应)的爆炸物装料的随后流动的泰勒波中被释放。
[0205] 在一种方法中,交替的成对含有推进剂的管和含有爆炸物的管(每个管的长度约三英尺)的组件被模拟。在该模拟中,爆炸物的引爆和推进剂装料的同时启动提供多个间隔开的碎石化盘的模拟结果,所述碎石化盘径向向外延伸超出邻近于且沿着钻孔的破碎节段的一个破碎区
[0206] 理想地,爆炸物装料被以间隔开的关系定位,以在爆炸物装料之间的位置处创建从钻孔径向向外延伸的联合冲击波前沿,以增强岩石破裂。
[0207] 可以不需要上文所述的地质建模而使用该系统。此外,不用建模,人们可以估计材料对爆炸物组件(该组件可以包括或不包括推进剂装料和工作流体容器)的反应,并且基于经验观察来调整爆炸物材料,尽管这将不那么精确。另外,人们可以简单地使用交替的成对的爆炸物装料和成对的推进剂装料组件的串。此外,还可以经验性地确定引爆和推进剂启动的时序。例如,如果地质材料示出在砂岩和页岩之间的过渡,则如果想要,人们可以将砂岩形成物的引爆相对于页岩区域中的爆炸物的引爆仅稍微延迟,以导致沿着砂岩和页岩之间的界面的地质形成物的破裂。
[0208] 可以使用本文所公开的方法创建独特的地下破裂地质岩石形成物。因此,例如,可以在地质岩石形成物或结构中先前所钻的钻孔的节段附近创建爆炸和/或推进剂气体(如果使用推进剂的话)创建的破裂结构。所形成的破裂结构包括从先前所钻的钻孔的位置延伸远离第一距离的第一破裂材料区。典型地该第一区从钻孔延伸第一距离且典型地完全围绕先前存在的钻孔(先前存在考虑到在爆炸期间钻孔可能坍塌的事实)。此外,还创建了彼此间隔开且从先前存在的钻孔径向向外延伸的多个第二破裂材料区。第二破裂区径向向外延伸超出第一破裂区。因此,从钻孔到第二破裂区的外周缘或边界的半径远大于从钻孔到第一破裂材料区的外周缘或边界的距离。更具体地,第二破裂区离先前存在的钻孔的平均最远径向向外距离远大于破裂区域沿着钻孔在间隔开的第二区之间的空间中的平均径向向外距离。
[0209] 更具体地,在一个实施例中,所述第二破裂区包括多个间隔开的破裂地质材料的碎石化盘。这些盘向外延伸的半径大于第一破裂区的半径。这些盘可以径向向外延伸的距离是第一区的距离的许多倍,诸如,六倍或更多倍远。
[0210] 通过使用非理想爆炸物配方,结果形成与先前存在的钻孔邻近的岩石的较少粉碎或粉化。粉状的粉碎岩石可以塞住想要的破裂且妨碍从这样的破裂回收石油产品(气体和油)。推进剂装料和工作流体(包括在钻孔中位于爆炸物装料外部的工作流体)的使用可以有助于这种粉碎的减少。
[0211] 下文描述了用于实施该方法学的具体示例性方法。这些具体实施例的任意和所有的组合和子组合都在本公开内容的范围内。
[0212] 因此,根据本公开内容,可以沿着待被破裂的钻孔的节段彼此邻近地定位多个间隔开的爆炸物装料。这些邻近的爆炸物装料可被定位成多对邻近的爆炸物装料,其中以端对端的关系布置每一对爆炸物装料。所述装料可以被一起引爆或在独立的时间被引爆。在一个理想的方法中,装料被引爆,使得引爆发生在邻近于同样被引爆的第二对装料的末端部的第一对装料的末端部处。在又另一个实施例中,爆炸物装料的引爆仅发生在成对装料的相应邻近末端处。可以将多对这些装料组装成一串,该串其间定位有或没有推进剂装料和工作液体容器。另外,细长的推进剂装料可以被从这样的推进剂装料的相对末端启动且可以被组装成多个推进剂装料管。这些推进剂装料管组件可以被定位于所述爆炸物装料或爆炸物装料组件中的至少一些中间。根据一个实施例的另一个方面,多对爆炸物装料可以被定位为通过其间的联接件以端对端的关系相互联接的装料。可以以相同的方式布置成对的推进剂装料。
[0213] 在一个替代实施方案中,尽管预期不那么有效,但也可以启动多个间隔开的推进剂装料和多个推进剂装料的组件,其间有或没有含惰性材料的管,其中爆炸物装料被消除。在此情况下,期望碎石化区与用爆炸物装料、以及用爆炸物装料和推进剂装料的组合(其间有或没有惰性材料容器)产生的碎石化区相比不太明显。
[0214] 方法动作和步骤的其他方面可见于本公开内容中的其他地方。本公开内容包括本文中所阐明的方法动作的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0215] VII.示例性引爆结果
[0216] 图19示出由地质形成物中的孔(未示出)内的示例性串502的引爆导致的示例性冲击图案500a、500b和500c。串502包括第一HE系统504a、第二HE系统504b和第三HE系统504c,以及定位在该三个HE系统之间的两个PP系统506。每个HE系统504在结构和功能方面与图12-14中示出的示例性HE系统200类似,且包括一对HE单元和一个连接器。PP系统506包括一对PP单元和三个邻近的连接器。HE系统504a以a为中心,导致冲击图案500a,HE系统504b以a为中心,导致冲击图案500b,而HE系统504c以a为中心,导致冲击图案500c。
[0217] 以HE单元504a以及它所形成的冲击图案500a为例,个体HE单元510、512中的每个分别导致几乎相同的冲击图案514、516,所述冲击图案514、516关于将HE单元接合的连接器518对称。注意,图19中例示的冲击图案仅示出由每个HE系统形成的冲击图案的一个中心部分,且排除不在两个HE单元的中心之间的部分冲击图案。示出的冲击图案的部分是人们感兴趣的,因为来自所述两个HE单元中的每个的冲击在如下一个平面彼此相互作用,该平面以所述两个HE单元之间的连接器518为中心,导致显著的协同冲击图案520,该协同冲击图案520与每个HE单元的个体冲击图案514、516相比延伸得更加径向远离所述孔和所述串。
[0218] 通过适当地间隔开HE装料,导致所述装料之间存在一个相互作用区,该相互作用区导致冲击和碎石化的更长的有效半径。当与单个大爆炸物引爆相比时,间隔的且定时的装料可以使影响半径增加3至4倍。代替所创建的以平面方式从钻井孔延伸的主导破裂,所公开的系统可以导致以完整的360度围绕钻井孔的整个体积碎石化。此外,可以导致延伸超出碎石化区的可能的径向破裂。
[0219] HE装料可以隔开由爆炸物材料的特性和周围的地质形成物特性确定的一段距离,该距离允许来自HE装料的释放波(即,发生在“波前”之后的卸载波)的发展和相互作用。释放波具有将材料的体积放置于张力中的效果,且来自邻近的装料的波的联合增强该张紧状态。考虑到岩石破裂在张力状态下有利的事实,一个示例性的多装料系统可以有利于最佳的岩石破裂,使得这些破裂将通过由于破裂表面中的粗糙造成的自身加撑而维持打开。
[0220] 此外,HE装料之间的空间包括PP系统。PP系统导致岩石中的附加的应力状态,以增强主爆炸物装料的效力。
[0221] 图20示出如本文中所描述的引爆的示例性模拟结果。两个2米长的HE单元(标记为600和602)通过一个中间连接器被连接在一个HE系统中,且具有3.5m的中心对中心的离距(separation)L1。HE系统在理论上均匀的岩石形成物中的孔604中被引爆。轮廓是岩石破裂水平,其中区20表示大体完全岩石破裂,而区X示出没有破裂或部分破裂。与每个装料直接相对的期望的损坏区域是明显的,且这些损坏区域从孔604径向地延伸到大约3米。然而,在两个装料之间的对称区域示出一个“碎石盘”606,该“碎石盘”从孔相当远地延伸到地质形成物中的距离R1(例如,大约10m)。此模拟例示通过利用冲击波传播作用和装料对装料的释放波相互作用可以实现的穿过岩石破裂的增进的渗透性的程度。另外,已设想到,后期形成物弛豫(late-time formation relaxation)将诱发碎石盘之间附加的破裂。图20实际上是穿过在装料的轴线附近创建的360°损坏体积的一个切割图。
[0222] 除了在两个邻近的装料之间的相互作用之外,通过使用具有多于两个串联的HE单元的HE系统可以进一步增进性能。例如,图21示出由四个隔开的HE单元A、B、C、D创建的三个碎石化盘。如同在图20中,图21中示出穿过360°碎石化区的一个切割图。
[0223] 在爆炸物模拟系统(诸如,本文中所描述的)的设计中的附加的考虑可以包括:HE单元容器(例如,铝管)的材料和配置,将推进剂单元包括在个体装料之间的轴向体积中的串内,以及引入卤水或其他钻孔流体以填充将爆炸物系统和宿主岩石形成物隔开的环状部。推进剂已经被示出在助推和延长更高岩石应力状态的持续时间从而延长破裂程度方面是有效的。HE单元容器可以被设计成不仅便于将该系统放置到钻井孔中,而且还连同钻井孔流体一起可以提供一种用于将爆发能量机械地联接到周围的岩石的手段。此外,将冲击通过铝或类似的材料的管套联接避免了短持续时间冲击,短持续时间冲击可以导致岩石在钻井孔附近压碎,并且伴随有可提供给理想的长范围张紧破裂过程的可用能量的缩减。该联接现象是与如本文中其他地方讨论的爆炸物的能量释放特性互补的。
[0224] 所公开的系统和数值模拟可以包括现场地质分层和其他特性的考虑。两种材料类型之间的地震阻抗对比可以在冲击环境中创建附加的释放波。例如,层间硬砂岩/软页岩现场可以被建模。图22A-22C中示出针对遭受双爆炸物刺激的假想的分层现场而预测的结果形成的环境。如在先前附图中,这些附图再次示出穿过360°碎石化区的一个切割图。
[0225] 图22A-22C未示出最终预测状态(即,不是充分程度的破裂),而示出一个被选择以例示与地质分层有关的现象的时间点。图22A是岩石应力的轮廓,具有高应力区域“a”和低应力区域“b”。图22B显示破裂的材料的体积,其中区“c”指充分破裂的岩石且过渡到区“d”,在“d”处材料在起始破裂状态,而区“e”处不存在破裂。图22C显示与图22B中相同的材料体积,但是示出在区“g”中的砂岩和区“h”中的页岩之间的材料变化。图22A-22C例示通过基于已知的地质特性适当地设计的装料长度和间隔可以在具体的地质位置中关于对应的地质层产生的碎石化盘。例如,在图22C中,碎石化的大部分被限制于页岩区“g”而远离砂岩区“h”。
[0226] VIII.示例性化学组合物
[0227] 本文中所公开的化学组合物被开发以优化圆柱能量。这样的组合物被开发以根据理想特性(诸如,根据在其中提取能量资源的地质形成物的具体特性)提供不同的化学环境以及温度和压力变化。
[0228] 本文中所公开的组合物可以包括爆炸物材料(还被称作爆炸物)。爆炸物材料是含有大量势能的反应性物质,该大量势能如果被突然释放,则可以产生爆炸,通常伴随着光、热、声音和压力的产生。该爆炸物装料是爆炸物材料的已测量的量。储存在爆炸物材料中的该势能可以是化学能量(诸如,硝酸甘油或颗粒灰尘)、压缩气体(诸如,气体圆柱或喷雾罐)。在一些实施例中,组合物包括高性能爆炸物材料。高性能爆炸物是一种生成爆炸冲击前沿的爆炸物,该爆炸冲击前沿以超音速传播通过材料,即导致引爆,与导致爆燃的低性能爆炸物形成对比。在一些实施例中,组合物包括一种或多种钝感爆炸物。本文公开的组合物也可以包括一种或多种推进剂。在一些实施例中,推进剂包括惰性材料(诸如,卤水、水和泥浆)、和/或含能材料(诸如,爆炸物、可燃物)、和/或化学反应性材料、或这些材料的组合。
[0229] 设想了公开的单元可以包含能够创建理想碎石化区的任何爆炸物。提供了可以在公开的单元中使用的组合物,但不限制于,美国专利Nos.4,376,083、5,316,600、6,997,996、8,168,016和6,875,294,以及USH1459(美国法定发明登记,1995年7月4
日,“High energy explosives”)。
[0230] 在一些实施例中,组合物包括高能量密度爆炸物,诸如包括至少8kJ/cc、至少10kJ/cc或至少12kJ/cc。在一些实施例中,爆炸物是浇注固化配方。在一些实施例中,爆炸物是压制火药(塑料结合的或以其他方式)、熔化浇注、水凝胶/浆料和/或液体。在一些实例中,由于某些地质形成物中的高温度,包括热稳定的爆炸物。在一些实施例中,非硝酸盐/硝酸酯爆炸物(诸如,AN、NG、PETN、ETN、EGDN)被用于这些配方,诸如,HMX、RDX、TATB、NQ、FOX-7和/或DAAF。在一些实施例中,爆炸物组合物包括粘结剂系统,诸如,基本无硝酸酯增塑剂的粘结剂系统。例如,适合的粘结剂系统可以包括含氟聚合物、GAP、基于聚丁二烯的橡胶或其混合物。在一些实施例中,爆炸物组合物包括一种或多种氧化物,诸如,具有阴离子(高氯酸根、氯酸根、硝酸根、二硝酰胺根(dinitramide)或硝仿根(nitroformate))和阳离子(诸如,铵根、甲基铵根、肼、胍基、氨基胍基、二氨基胍基、三氨基胍基、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr和Ba)的那些氧化物可以和爆炸物混合在一起,以帮助使引爆产物氧化。
在与富燃料粘结剂(诸如,基于聚丁二烯的系统)一起使用时,这些爆炸物组合物可以特别有用。
[0231] 在一些实施例中,所公开的化学组合物被设计以产出大于或等于8、10或12kJ/cc(理论最大密度)的能量密度,能量释放的时间标度在引爆阶段的两个时段内具有较大的量,大于25%,诸如,大于30%到40%,在泰勒膨胀波中,且产生的爆炸物是高密度浇注固化配方。
[0232] 在一些实施例中,公开的化学组合物包括一种或多种推进剂。可以由在本领域中通常使用的多种组合物生产推进剂装料,所述推进剂装料是浇注固化的、熔化浇注的、压制的或液体的、以及是单基、双基或三基或复合推进剂的一般族。例如,公开的推进剂单元包括一种或多种氧化物,诸如,具有阴离子(高氯酸根、氯酸根、硝酸根、二硝酰胺根或硝仿根)和阳离子(诸如,铵根、甲基铵根、肼、胍基、氨基胍基、二氨基胍基、三氨基胍基、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr和Ba)的那些氧化物。推进剂单元还可以包括一种或多种粘结剂,诸如,本领域普通技术人员通常使用的一种或多种,诸如基于聚丁二烯、聚尿烷、全氟聚醚、碳氟化合物、聚丁二烯丙烯腈、沥青、聚乙烯乙二醇、GAP、PGN,AMMO/BAMO的系统,该系统具有用于固化的多种官能基团诸如羟基、羧基、1,2,3-三唑交联或环氧树脂。用于燃烧率修改的添加剂(诸如,过渡金属盐)也可以被包括在推进剂单元中。在一些实施例中,包括一种或多种高能量爆炸物材料,诸如,来自硝胺、硝酸酯、硝基芳香化合物、硝基烷或呋咱/呋咱氮氧化物族的那些高能量爆炸物材料。在一些实施例中,推进剂单元还包括金属/半金属添加剂,诸如,能够以多各种颗粒尺寸和形态存在的Al、Mg、Ti、Si、B、Ta、Zr和/或Hf。
[0233] 在一些实施例中,化学组合物包括一种或多种高性能爆炸物(例如但不限于HMX、TNAZ、RDX或CL-20)、一种或多种钝感爆炸物(TATB、DAAF、NTO、LAX-112或FOX-7)、一种或多种金属/半金属(包括但不限于Mg、Ti、Si、B、Ta、Zr、Hf或Al)和一种或多种反应性浇注固化粘结剂(诸如,缩水甘油基叠氮化物(GAP)/硝酸盐(PGN)聚合物、聚乙烯乙二醇、或具有增塑剂的全氟聚醚派生物,诸如GAP增塑剂、硝酸酯或液态碳氟化合物)。虽然Al是公开的组合物的主要金属,设想了可以用其他类似的金属/半金属(诸如,Mg、Ti、Si、B、Ta、Zr和/或Hf)代替Al。在一些实施例中,用Si和/或B代替Al。与Al相比,Si被已知为降低组合物的敏感度,却具有几乎相同的燃烧热量。设想了还可以采用上述金属/半金属的合金和/或金属间混合物。进一步设想了金属/半金属添加剂的颗粒尺寸范围可以是从30nm至40μm,诸如从34nm至40μm、100nm至30μm、1μm至40μm或20μm至35μm。在一些实施例中,金属/半金属添加剂的颗粒尺寸是至少30nm、至少40nm、至少50nm、至少100nm、至少150nm、至少200nm、至少300nm、至少400nm、至少500nm、至少600nm、至少700nm、至少
800nm、至少900nm、至少1μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少30μm、包括30nm、
40nm、50nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、
2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、31μm、32μm、33μm、
34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm或40μm。设想了颗粒的形状可以改变,诸如,原子化的球体、薄片或海绵形态。设想了可以根据想要的特性改变高性能爆炸物、钝感爆炸物、金属/半金属和/或反应性的浇注固化的粘结剂的百分比或组合。
[0234] 在一些实施例中,公开的配方包括大约50%至大约90%的高性能爆炸物,诸如,大约60%至大约80%,包括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%或
90%的高性能爆炸物;大约0%至大约30%的钝感爆炸物,诸如大约10%至大约20%,包括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%或30%的钝感爆炸物;大约5%至大约30%的金属或半金属,诸如,大约10%至大约20%,包括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%或30%的金属/半金属;以及大约5%至大约30%的反应性浇注固化粘结剂,诸如,大约10%至大约20%,包括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%或30%的反应性浇注粘结剂。
[0235] 在一些实施例中,公开的配方包括大约50%至大约90%的HMX、TNAZ、RDX和/或CL-20,诸如,大约60%至大约80%,包括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%或90%的HMX、TNAZ、RDX和/或CL-20;大约0%至大约30%的TATB、DAAF、NTO、LAX-112和/或FOX-7,诸如,大约10%至大约20%,包括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%或30%的TATB、DAAF、NTO、LAX-112、和/或FOX-7;
大约5%至大约30%的Mg、Ti、Si、B、Ta、Zr、Hf和/或Al,诸如,大约10%至大约20%,包括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%或30%的Mg、Ti、Si、B、Ta、Zr、Hf和/或Al;以及大约5%至大约30%的缩水甘油基叠氮化物(GAP)/硝酸盐(PGN)聚合物、聚乙烯乙二醇、和具有增塑剂的全氟聚醚派生物,诸如GAP增塑剂、硝酸酯或液态碳氟化合物,诸如大约10%至大约20%,包括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%或30%的缩水甘油基叠氮化物(GAP)/硝酸盐(PGN)聚合物、聚乙烯乙二醇、和具有增塑剂的全氟聚醚派生物,诸如GAP增塑剂、硝酸酯或液态碳氟化合物。
[0236] 在一些实施例中,公开的配方包括大约50%至大约90%的HMX,诸如,大约60%至大约80%,包括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%或90%的HMX;
大约0%至大约30%的Al,诸如,大约10%至大约20%,包括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%或30%的Al(其中颗粒尺寸的范围为30nm至40μm,诸如,34nm至40μm、100nm至30μm、1μm至40μm、或20μm至35μm。在一些实施例中,金属/半金属添加剂的颗粒尺寸是至少30nm、至少40nm、至少50nm、至少100nm、至少150nm、至少200nm、至少300nm、至少400nm、至少500nm、至少600nm、至少700nm、至少
800nm、至少900nm、至少1μm、至少5μm、至少10μm、至少20μm、至少30μm,包括30nm、
40nm、50nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、
2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、
16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、
37μm、38μm、39μm或40μm);大约5%至大约15%的缩水甘油基叠氮化物聚合物,诸如,大约7.5%至大约10%,包括5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%或15%的缩水甘油基叠氮化物聚合物;大约5%至大约15%的全氟聚醚基表面活性剂(Fomblin Fluorolink D),诸如,大约7.5%至大约10%,包括5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、
12%、13%、14%或15%的全氟聚醚基表面活性剂;以及大约0%至大约5%的亚甲基二苯基二异氰酸盐,诸如,大约2%至大约4%,包括,1%、2%、3%、4%或5%的亚甲基二苯基二异氰酸盐。
[0237] 在一些实施例中,公开的组合物包括至少一种高度非理想的HE,该高度非理想的HE被定义为这样的HE——其中30%至40%或更多的亚稳定储存的化学能量在爆燃泰勒波中的引爆前沿(冲击前沿)之后被转换成HE热产物气体。在一些实施例中,公开的组合物不包括理想HE。
[0238] 在一些实施例中,公开的组合物,诸如针对性能和热稳定性被优化的组合物,包括HMX、含氟聚合物和/或含能聚合物(例如,GAP)和Al。在一些实施例中,其他针对性能和热稳定性被优化的配方可以用RDX取代HMX,以获得降低成本的混合物,该混合物还含有含氟聚合物和/或含能聚合物(例如,GAP)和Al。
[0239] 在一些实施例中,公开的组合物包括69%的HMX、15%的3.5μm原子化的Al、7.5%的缩水甘油基叠氮化物聚合物、7.5%的全氟聚醚基表面活性剂和1%的亚甲基二苯基二异氰酸盐(在TMD下,具有12.5kJ/cc的机械能量)。
[0240] 在一些实施例中,以惰性代用品代替Al。在一些实施例中,氟化锂(LiF)是一种这样的材料,在某些配方中,该材料可以代替作为Al的惰性代用品。其他具有类似密度、分子量和形成非常低的热量使得它甚至在极端情况下也可被认为惰性的化合物可以代替Al。设想了,Al相对于惰性代用品的百分比的范围可以是从大约10%的Al相对于大约90%的惰性代用品,到大约90%的Al和10%的惰性代用品。这样的组合物可以被用来开发针对扩展超过现有模型中的当前温度和压力以外的金属反应的模型。
[0241] IX.引爆命令和控制系统
[0242] 如先前所描述的,可以使用任何适合的引爆系统或控制来完成爆炸物的引爆。如先前所提及的,引爆包括爆燃,且如果存在推进剂装料则还包括启动推进剂装料。在其中电容器被充电然后被放电来使引爆器引燃(set off)或来启动推进剂启动器的实施例中,通常使用高压电源来提供这种充电。此外,点火控制信号可以被提供给一个开关,该开关可操作使该电容器放电到引爆器或启动器以导致爆炸物的引爆。类似地,该点火控制信号可以控制推进剂装料的燃烧的启动。引爆器和推进剂燃烧启动器(如果使用推进剂装料)分别可被用来引爆爆炸物装料和启动推进剂燃烧。如上文解释的,可以控制任何一个或多个引爆器和启动器(例如,多个引爆器和启动器)对爆炸物装料和推进剂燃烧的启动,以在相同时间或不同时间响应于点火控制信号。尽管可以使用多种替代引爆控制系统,下文描述了一个示例性系统。此外,在下文讨论中提及的点火或引爆爆炸物同样适用于启动推进剂装料(如果推进剂装料与爆炸物一起使用)的燃烧。该示例性系统既可以被用在为了试验和现场测试而引爆爆炸物的场合下,诸如为了确定和评估来自多种爆炸物装料设计的爆炸结果;也可以用在商业应用中,诸如为了石油回收目的而引爆地下孔中的或以其他方式定位在地下用于破裂岩石的装料。一个这样的系统可以用短语“高保真度机动引爆物理实验室”(或由首字母缩略词HFMDPL)表示。术语“实验室”被用来表明该系统可以出于试验和评估目的而被用于引爆爆炸物,但是该系统不限于实验室用途或试验用途。因此,首字母缩略词HFMDPL的使用暗示一个系统不限于试验应用,且在下文讨论中所有提及的试验应用都仅是以实施例的方式。
[0243] 示例性HFMDPL适合于以下应用,诸如在远程区域以高度受控的方式执行密集诊断的高保真度引爆测试,并且运行以增强安全性、安稳性和成功的测试执行。在一些实施例中,该设施是机动的且可以被用于执行如由项目要求指定的小规模和大规模密集诊断HE(高爆炸物)测试。HFMDPL的理想形式可以被用来完成在多个不同的远程位置处的点火或引爆的复杂研究(例如,多个爆炸物装料)。安全性和安稳性控制可以连同高保真度诊断和数据获取能力被集成到该系统中。HFMDPL可以被用来开发/优化爆炸物组合物,该爆炸物组合物增强专用于特定地质形成物的渗透性系统(岩石破裂),从而允许更有效地获得能量资源(例如,来自裂缝中的油)。
[0244] 许多安全性要求是由适用于引爆测试的现有政府规定而设定的,例如针对HE处理、安全性、安稳性和测试执行的要求。许多附加的要求也可以适用于专用于HE系统表征测试的性质、矿用规模测试和现场规模测试的要求。HFMDPL的主要部件包括在使用期间彼此隔开的一个命令中心和一个仪器中心。该命令中心和仪器中心之间的通信通常无线地完成,诸如通过强加密的高速无线链路。一个确保质量的集成控制系统和多个高保真诊断系统可以被集成到该命令和控制系统中。
[0245] 在一个实施例中,HFMDPL包括两个机动车辆(诸如,两个拖车、一个命令中心拖车和一个仪器中心拖车),所述两个机动车辆被专门设计且被建造为便携式的设施结构,以用于在远程区域中以高度受控的方式执行密集诊断的高保真度引爆测试或商业爆炸(诸如,用于岩石破裂)。这些车辆系统可以被用于执行点火现场和现场规模HE测试。
[0246] HFMDPL还理想地包括点火设定和控制系统(FSCS)。该FSCS可以包括或被联接到高电压引爆器,诸如多个单独定时的高电压引爆器系统,其具有单个或共用的定时点火电路(其可以允许对爆炸物装料的引爆和推进剂装料的燃烧的启动进行独立定时控制)和验证反馈。该HFMDPL还可以包括个人安全性和安稳性系统特征,诸如,一个或多个互锁,如果不处于适当的状态则所述一个或多个互锁阻止引爆。因此,该系统可以具有用于HE处理、干运行(dry run)和测试执行的互锁利用控制。该系统还可以包括对主要控制点和测试执行的视频监视。标准化的诊断控制也可以被集成到FSCS中。这些诊断系统是常规的且可以被用来在引爆事件期间测量物理行为。这些数据集合可以被用于数值模拟工具以及用于测试结果的验证。
[0247] 该命令和控制系统还可以接收来自多个仪器(例如仪器1至N,其中N是对应于所使用的分立的数据产生仪器的数目的任意数)的输入。这些仪器可以被认为是该系统的一部分或更典型地虽然联接至该系统却与其分立。这些仪器可以例如包括摄像机系统(诸如,在诊断法中使用的快速分幅[(FF)]摄像机和大型太阳氙气照明系统);x射线系统;光子多普勒速度测量(PDV)系统;加速计;原位声学仪器(诸如,可以被用于测量损坏/碎石化),原位应力测量仪器(诸如,应变计),多种到达时间(ToA)测量系统;以及其他仪器。摄像机和照明系统可以使用可见光波长来在材料位置(表面和片段)期间产生高保真度快照,这有助于分析由于爆炸产生的冲击和稀疏波。PDV仪器系统(诸如,如从NSTech可商购获得的具有8个点的PDV系统)可以被用来产生对表面处的冲击和粒子运动的高保真度点测量,且有助于在探询下分析在表面处的冲击波和稀疏波。x射线系统(诸如,具有控制器扫描仪和线缆的双头450keV x射线系统)可以使用x射线波长来例如对通过材料阵列的材料位置(表面和片段)及时产生高保真度快照(根据衰减)。这些数据集合可以被用于分析响应于爆炸在系统中产生的冲击和稀疏波。另外,诊断控制可以被集成到该系统的仪器中心,以便于将定制诊断法集成到如由项目要求指定的每个测试中。另外,可以通过该系统(诸如,通过在控制中心处的计算机)完成数据处理,该控制中心可以使用商业上可得的分析软件来分析由在该仪器中心处的仪器响应于冲击波捕获的数据。
[0248] 该命令和控制中心也可以发送仪器控制信号,例如,从该系统的一个仪器中心在其仪器输出处(仪器输出可以是分立的或包括用于发送和接收来自仪器的数据的输入/输出)。因此,可以提供多个仪器输出,例如,其中每个输出被提供用于联接到一个相应的相关联的仪器,以用于发送仪器控制信号来控制相关联的仪器。
[0249] HFMDPL还可以包括在命令中心处的至少一个计算硬件装置,诸如下文解释的。此外,HFMDPL的仪器中心还可以包括处理器,诸如美国国家仪器公司(National Instruments)的基于FPGA的、用于控制数据流和引爆控制信号的控制系统。该命令中心还可以包括用于诊断测量的一个或多个示波器(诸如,从Textronix可商业获得的)。
[0250] 下文所描述的示例性HFMDPL可以被用来执行小型高爆炸物(HE)表征测试、HE系统测试以及矿用规模(Mine-scale)和现场规模(Field-scale)测试,以及控制商业爆炸引爆,诸如,关于爆炸物地下破裂。
[0251] 在一些实施例中,HFMDPL被用来表征具体的高能量密度非理想等级1.1HE配方的特性。例如,HFMDPL可以被用于冲击前沿表征、在该冲击前沿后面的产物气体的反应氛雾的表征、和HE制造商规格的验证。HFMDPL还可以被用于具体HE系统配置的表征。例如,该HFMDPL可以被用来表征含有HE、铝和卤水(或液体推进剂)的系统的特性;以及自足式高电压引爆系统(引爆飞机)的表征和验证[参见图26A和26B];和/或组合式的HE-推进剂系统的表征和验证。
[0252] 矿用规模测试可以使用常规诊断法以分析由测试爆炸生成的数据,以大体表征HE系统在复杂地质形成物中的影响而没有表面边界条件的影响,以及以验证或更新为设计这样的研究所要求的相关联的数值模拟能力。该矿用规模可以被用来将与HE系统设计和性能相关联的复杂问题和开发从复杂钻井孔工程问题/开发(一旦复杂钻井孔工程问题/开发被完善,则它可以采用这些HE系统)有效地分离。在一些实施例中,矿用规模测试可以包括下述:具体的诊断集合,用于表征HE系统功能和形成物中的波相互作用特征;声学技术,用于动态地估计在形成物中的损坏;后期诊断,用于验证该原位破裂技术;以及地震和/或微地震诊断。矿用规模测试可以被设计且被用来证明/验证针对特定地质形成物执行现场规模HE测试和/或商业规模破裂所要求的所有功能。从矿用规模测试得到的知识然后可以被用来更新/校正执行现场规模HE测试所要求的集成功能集合中的已识别的缺陷。完善的/验证的HE系统可以被转变到现场规模(井下)研究。然后,HFMDPL可以被用于将HE系统集成到工程化的钻井孔环境中,从而允许在(一个或多个)钻井孔中的原位破裂。
[0253] 理想形式的HFMDPL可以采用HE系统通过创建新的破裂网络和再移动现有破裂来放出待被释放的锁定在低渗透性地质形成物中的能量资源,而不需要与常规水力破裂相关联的向地下注入数百万加仑的水或其他化学添加剂或推进剂。此外,所公开的HFMDPL可以被用来设计具有根据具体土壤剖面而定做的装料的系统,从而向外引导爆炸力,远离钻井孔自身,由此放出想要的能量资源。
[0254] 参照图27,例示出一个示例性命令和控制系统800。该命令和控制系统包括仪器中心802,仪器中心802理想地是机动的且包括车辆,诸如,具有多组轮804、806的拖车。该拖车理想地容纳多个仪器控制和监测装置以及其他部件(诸如,下文所描述的)。例示的拖车802具有带有闩锁810的门808,该闩锁810可包括互锁,该互锁可操作以向拖车中的计算硬件发送信号来指示门808是否被闩锁。拖车802被示为与爆炸物待被引爆的区域810间隔一个距离D2。所例示的爆发区域810被示为由具有一个进入点的围栏812围绕,该进入点诸如是围栏的一部分中的闸814。也可以提供其他进入点。闸814包括闩锁816,并且诸如在该闸上的闩锁处的互锁从该闸向仪器拖车提供信号(诸如,经由无线通信或固线连接)以指示该闸是否被关闭。多种仪器可以被定位在该爆发区域中,以用于估计爆发或爆炸。根据仪器而定,它们可以被联接到拖车802中的计算硬件(诸如,通过固线连接或无线通信),以向仪器中心提供信息,诸如,在某些情况下(例如,该仪器已经用适当的设置被设定且它是操作性)的状态信号和对应于由所述仪器收集的数据的的数据信号,诸如由爆发或爆炸导致的数据。
[0255] 命令和控制系统800还包括命令中心820,该命令中心820理想地是机动的且可以包括车辆。在图27中,该命令车俩被示出为一个拖车,该拖车具有用于将该拖车从一个位置移动到另一个位置的轮822、824。轮804、806、822和824可以被永久性地附着(经由相应的轴)至它们各自的拖车或是可拆卸的,且仅在所述拖车从一个爆发位置向另一个爆发位置移动期间使用。命令中心820和仪器中心802的机动性允许将该命令和控制系统从一个爆发现场快速运输到另一个爆发现场。在图27中,命令中心820被示为与仪器中心802间隔一个距离D1。可以将仪器中心802放置成相对靠近爆发现场810,然而该命令中心通常被放置成离爆发中心更远得多,诸如离该爆发中心数英里。因此,命令中心820到爆发区域的距离理想地大于从仪器中心802到该爆发区域的距离。该命令中心被示为具有门822,如果想要,该门822也可以设置有互锁。然而,这是不那么重要的,因为该命令中心通常被定位成离爆发现场非常远。
[0256] 图28是一个示例性仪器车辆或仪器中心802和一个示例性命令车辆或命令中心820的示意图。总体而言,在一个实施方案中,该命令车辆包括多个引爆控制设备,所述多个引爆控制设备必须每个都在仪器拖车能够命令引爆发生之前产生一个引爆授权信号。在图28中,一个这样的控制设备可以包括键控制器840。通过手动地转动一个键以将开关从断开或非点火位置换档到点火授权位置来致动该键控制器840,该点火授权位置导致在该键控制器的输出842处生成第一点火授权信号。此外,还可以提供第二开关,诸如,由图28中的DMS控制器844指示的应急开关(dead man switch)。该应急开关可以是手动地致动的开关,诸如,踏板控制开关,当被换档且被保持在点火授权位置中时,该踏板控制开关导致在DMS控制器的输出845处提供另一个(例如,第二)点火授权信号。命令中心820还可以包括由编程指令配置的命令计算硬件846(诸如,程序化的计算机847),下文阐明该命令计算硬件的一个实施例,用于控制该命令中心的运行以向该仪器中心发送信号,导致响应于来自该仪器中心的点火控制信号而实现一个或多个爆炸物装料的点火和/或一个或多个推进剂装料的启动,如下文所描述的。该命令中心计算硬件(诸如,例示的计算机847)可以运行一个接口程序,以与该仪器中心且更具体地与该仪器中心的点火设置和控制系统计算硬件(FSCS计算硬件)900接口连接。该命令中心计算硬件可以包括至少一个输入/输出848,可以从该至少一个输入/输出848发送和接收信号。该输入/输出可以包括一个或多个分立的输入和多个输出。
[0257] 如下文解释的,计算硬件846可以包括显示器850。该显示器可显示联接到仪器中心的多个仪器和互锁的表示,以及直接连接或联接到命令中心的所有仪器和互锁设备的表示,例如图标形式的视觉表示。此外,还可以连同图标一起显示所述仪器的文本描述(若有的话)。另外,所述仪器和互锁(例如,仪器是否是运行的,门或闸是打开的还是关闭的)的状态可以被显示在显示器850上。此外,该命令中心计算硬件可以被配置成在显示器850上显示计算机实施的开关连同键控制器和DMS控制器的状态。这些显示器可以在单个公共屏幕上,使得在命令中心的操作人员可以容易地确定该命令和控制系统是否在一个导致爆炸物引爆的位置。
[0258] 在860处示出一个通信网络,该通信网络可以是有线网络,但在一种形式中理想地是无线通信网络。通信网络860可以包括在命令中心处的发射器/接收器(收发器)870和在仪器中心处的互补的发射器/接收器(收发器)872。该通信网络便于该命令中心和该仪器中心之间的数据或其他信号传输。该通信网络可以是极其安全的网络(例如,高度加密网络),以对爆炸物的引爆提供增强的安全性。因此,对应于第一、第二和第三引爆授权信号(对应于键控制器840被放置在其点火授权位置,DMS控制器844被放置且被保持在其点火授权位置,以及计算机846的开关被放置在其点火授权信号)的信号可以被从无线发射器接收器870通信到仪器单元的发射器接收器872。在该公开内容中,与信号相关的术语“对应”意味着一个信号与另一个信号相同或来源于另一个信号或是另一个信号的改型(诸如,通过信号整形、滤波和/或其他处理)。此外,响应于另一个信号发送或传输的信号还可以构成对应的信号。对应的信号总体表达或表示来自它对应的信号的信息内容。
[0259] 图28例示的实施方案中的仪器中心802包括键监测器890。该监测器可以是软件实施的且是该仪器中心处的计算硬件的一部分。该键监测器可以运行以监测来自收发器872的线路892上的输入信号,以确定命令中心处的键控制器840的状态是否已经被换档到已经生成第一点火授权信号的位置。因此,该键监测器正在寻找对应于该键控制器的定位的状态更新。此外,DMS监测器893被提供且可以运行以监测指示DMS控制器844输出的状态的线路892上的信号,DMS监测器893也可以是软件实施的或包括在仪器中心处的计算硬件的一部分。DMS监测器893确定该DMS控制器是否已经被换档以提供对应于在点火授权位置中的第二开关的第二点火授权信号。例示的DMS监测器893可以包括输入894,用于从线路892接收对应于DMS控制器844的状态的信号。该键监测器也可以包括输入891,用于接收对应于键控制器840的状态的信号。
[0260] 在例示的仪器中心802中还包括点火设定和控制系统(FSCS)计算硬件900。FSCS计算硬件900可以是计算机,比如计算机847以及其他形式的计算硬件,诸如被配置成执行下文所描述的功能的FPGA电路。该FSCS计算硬件包括输入/输出902,该输入/输出902被联接到线路892以向收发器872发送信号并且从收发器872接收信号。该输入/输出902可以包括一个或多个分立的输入和输出。该FSCS计算硬件接收对应于在命令中心处的软件实施的开关(如果被使用的话)的位置的点火授权信号,以及指示该键控制器和DMS控制器在它们的点火授权位置的信号,如通过键监测器890和DMS监测器893确定的,因此可以确定全部三个开关是否都在它们的点火授权位置。
[0261] 此外,FSCS计算硬件900可以包括集体标示在904处的多个输入,以用于接收对应于由仪器收集的数据的信号、互锁相关的信号和仪器状态信号。这些输入可以包括输入/输出和/或分立的输出,在所述输入/输出和/或分立的输出处可以将仪器控制信号(例如,为了设定仪器的操作条件)从该仪器中心发送到相应的相关联的仪器,该仪器与相应的输出相关联。
[0262] 该FSCS计算硬件不限于仅处理这些信号。
[0263] 在例示的实施方案中,提供了多个仪器用于监测爆发区810中的爆炸。在图28中,仪器1-N每个分别由仪器中心外部的相关联的块指示。应理解,根据仪器,它可以位于仪器中心结构内或在仪器中心结构上。此外,图28中示出标记为互锁1-N的块。典型地,包括至少一个这样的互锁,且更典型地包括多个分立的互锁。因此,附图28示出1-N个互锁。字母N指的是任意数目,因为可以使用任何数量的仪器和互锁。尽管多于一个仪器可以被联接到在仪器中心处的仪器输入,但在例示的实施方案中,每个仪器被示出为具有一个相关联的输入,其中在图28中所有这些输入由数字906集体地标示。为方便起见,互锁被示为通过共同输入908被连接到仪器中心,应理解,更典型地将使用多个互锁输入,一个这样的互锁输入被联接到每个互锁。输入906和908被联接到FSCS计算硬件。在该实施例中,这些输入被联接到中断管理器910的相应输入,中断管理器910可以包括FSCS计算硬件的一部分。该中断管理器(如果被使用的话)可以例如包括现场可编程门阵列(FPGA)电路,该现场可编程门阵列电路被编程或被配置成执行下文所描述的功能。
[0264] 一般而言,该中断管理器轮询所述仪器和互锁,以确认仪器是否在它们的理想运行状态中(例如,设置初始化、仪器被充分供电、建立应答、响应于测试信号)和互锁是否在它们的理想的状况或状态中,以用于在爆发区810中点火爆炸物。在可编程仪器的情况下,该中断管理器还可以发送编程信号,以例如设定仪器的参数,所述参数将所述仪器布置在它们的理想运行状态。此外,在远程可控互锁的情况下,该中断管理器可以经由输入/输出908向相关联的一个或多个互锁发送互锁控制信号,例如,以将所述互锁定位在理想状态中(例如,远程地关闭门且锁定它)。此外,当在爆发区中发生爆炸时,或在想要收集数据(例如,钻井孔中的温度数据)的其他时间,可以将对应于数据诸如作为爆发的结果而收集的数据的仪器数据信号从相应的仪器经由输入906通信到中断管理器,其中对应于这些数据信号的信号经由输入904传递到例如FSCS计算硬件的计算机。该数据可以在FSCS计算硬件处被处理或被传输到其他地方,诸如传输到命令中心或传输到另一个用于分析和处理的位置。
[0265] 假设条件适合点火(例如,在命令中心处从点火授权开关接收到所有点火授权信号、在点火时所有想要的仪器都处在可接受的状态中,且互锁处于它们的用于点火的理想状态中),从FSCS计算硬件输出的点火控制信号经由线路920(例如,沿着电导体或电线)被递送到充电控制器922。作为响应,充电控制器导致引爆器924的引爆和/或响应于点火控制信号启动用于推进剂装料的启动器且导致爆炸物926引爆(或如果926是推进剂装料,则导致推进剂装料启动)。在电容放电系统被用于引爆所述引爆器924的实施例中,FSCS计算硬件也可以提供沿着线路920的充电控制信号,以导致联接到充电电路922的高压电源将电路922中的电容器充电到一个电平,使得当点火被授权时,该电容器放电到引爆器924(如果该组件是启动器,则放电到启动器)中,导致引爆/启动。另外,在该具体的实施例中,耗尽电容器928被示出用于选择性地联接到电路922的电容器,以在如果点火控制信号之后的预定时间内未发生点火或如果系统被放置在安全模式时,排尽来自该电容器的电荷。点火设定和控制系统计算硬件可以生成沿着线路920的适当的信号,以导致该电容器放电,将该系统放置在安全模式中。因此,如果引爆器/启动器属于响应于电容放电单元(CDU)的放电而被引爆/启动的类型,则当多个仪器的任何一个或多个和至少一个互锁未在它们的授权点火状态中时,仪器单元可以提供CDU放电控制信号,以导致将CDU放电到地电势。如果点火授权信号不存在,或从点火授权状态变化到非点火授权状态,则也可以发送该放电控制信号。
[0266] 应理解,可以使用配置命令中心和仪器中心的计算硬件的多种方法来实施该命令和控制系统。下文描述了配置逻辑的具体实施例,该配置逻辑可以被实施为用于计算机的编程指令。应理解,本公开内容不限于这些实施例。
[0267] 参照图29,描述了用于将DMS控制器(或应急开关)844和键控制器(或键控开关)840的状态从命令中心通信至仪器中心的一个示例性方法的流程图。替代地,可以监测其他开关。此外,该流程图还例示了一种用于监测在命令和控制系统的命令车辆一方的通信链路的功能的方法。
[0268] 在下面这些实施例中,虚线指示经由通信网络860建立的通信链路(例如,以太网连接)。在例示中,提及的“监测器”指命令和控制系统的仪器中心一方,此外,术语“控制器”指命令和控制中心的命令中心一方。
[0269] 图29的过程始于块940,涉及经由通信网络860建立命令中心和仪器中心之间的连接。从块940,到达块942,在该块942处从控制中心820向仪器中心820发送随机生成的数据串(例如,测试数据包)。在块944处,该控制中心读取来自该仪器中心的响应性数据串(例如,响应性测试数据包),其中在块946处比较这些测试串。如果测试串不同,例如,该响应性测试包不是所期望的,则指示在通信链路860的功能方面有错误(该链路可以被认为在这样的错误存在时是不起作用的)。在测试串不同的情况下,分支948随后返回块940且该通信链路的测试继续。另外,如果在理想时间(该理想时间可以是预定的且可以是时间范围)内该命令中心未从该仪器中心接收到返回的数据串,则在块946处做出已经丢失连接的确定(该链路可被认为在连接丢失时是不起作用的)。在该情况下,线路948也随后返回到块940。因此,刚才描述的该流程图的部分(总体标示为950),从该系统的命令中心一方评估了通信网络的功能。如果通信网络不运行(被认为不起作用),则在该示例性实施方案中,将不引爆爆炸物。
[0270] 如果在块946处,测试数据包和响应性测试数据包如所期望地匹配,且在超时之前返回响应性测试数据包,则到达块952。在块952处,确定该状态是否被改变。更具体地,该块可以替代地包括分离块,在该分离块处,针对键控制器840的状态中的任何变化进行核查,DMS控制器844或计算机实施的开关(如果有的话)通过命令计算硬件846被实施。此外,在一个实施方案中,该命令计算系统软件可以被放置在测试模式中,在测试模式期间,阻止爆炸。在块952处,可以核查该状态中的到测试模式的变化。如果在块952处该状态未变化,则线路954随后返回到块942,并且监测该通信链路和寻找状态变化的过程继续。如果在块952处已经确定状态变化,则到达块956且具有变化的状态的组件的新状态被传输到命令和控制系统的仪器一方802。在块958处,就该新的状态是否已经被该系统的仪器控制一方接收进行核查。例如,仪器一方802可以将信号发送回到命令一方820,确认接收到状态变化。如果在块958处,回答是否定的,则线路960随后返回到956。另一方面,如果在块958处回答是肯定的,则状态变化已经被更新且线路996随后返回到块940,而该过程继续。
[0271] 在一个实施方案中,该命令和控制系统要求引爆授权信号中的每个都在引爆授权状态中(所有这些物品的状态都在授权点火状态中),作为向爆炸物引爆器提供点火控制信号的前提。另外,该系统理想地持续或周期性地寻找这些状态变化。
[0272] 图30例示用于该命令和控制中心的仪器中心一方802的示例性配置软件或流程图,涉及从该仪器一方监测通信系统的功能,且还涉及状态更新。该子过程始于块1000,在块1000处,该仪器中心尝试经由通信网络860连接到该系统的命令中心。在从块1000到达的块1002处,确定该连接是否失败。如果答案是肯定的,则到达块1004,在块1004处确定是否已经尝试达到长于超时的时段(诸如,三秒)。如果在块1004处的答案是否定的,则线路1006随后到线路1008且回到块1000,其中尝试连接继续。如果已经尝试达到多于超时的时段,则到达块1010将状态设定到误。在该块处,所述应急开关或键控开关输出中的一个或二者被认为在未授权点火状态中。因此,在通过仪器中心确定了从该系统的仪器一方到命令一方的通信将丢失(在这样的情况下,可以认为通信链路不起作用)的这些状况下,将没有点火控制信号被递送到爆炸物的(一个或多个)引爆器。
[0273] 如果在块1002处连接已经成功(未失败),则线路1012随后到块1014,且从该系统的控制一方读取一个数据串(例如,测试数据包)。在块1016处,从块1014到达块1016,确定是否已经达到超时。如果达到超时,则在理想时间内未接收到该数据串(例如,测试数据包)。在该情况下,“是”分支1017随后从块1016回到块1000且该过程继续。如果在达到超时时间之前已接收到该数据串,则到达块1018。另一个块(未示出)可以被放置在块1016和1018之间,作为用于确定是否已经实现数据串匹配的一种选项,且如果未实现,则线路1018可以随后返回块1000。在块1018处,就是否已经接收到新的状态做出确定。块
1018可以是多个块,例如,一个块与在该系统的命令中心一方的开关中的每个的状态相关联或监测在该系统的命令中心一方的开关中的每个的状态。如果在块1018处回答是否定的,则线路1020使该过程返回到块1014。如果在块1018处回答是肯定的,则所述开关中的至少一个已接收到一个新的状态(例如,从非点火状态换档到点火授权状态)。在该情况下,在块1022处更新状态。该过程然后经由线路1020继续到块1014。因此,图30的流程图例示了一种从命令和控制系统的仪器一方验证通信系统正在起作用的方法。该流程图还例示了一种如下方法,在仪器中心将发送点火控制信号以导致爆炸物装料的引爆之前,更新在命令中心处的多个点火授权开关的状态,其中在理想实施方案中所述多个点火授权开关必须被致动到点火授权状态。
[0274] 示例性FSCS计算硬件的配置还可以包括能够并行运行的多个过程。一个这样的过程可以解决逻辑(诸如,在FSCS计算机处运行的软件逻辑)之内的通信。另一个这样的过程可以处理与物理(例如,电)信号(诸如,来自互锁和仪器的信号)的通信。
[0275] 图31中示出用于FSCS计算硬件的示例性软件通信过程(该FSCS计算硬件也可以被实施为除了程序化的通用目的计算机之外的硬件,诸如可编程芯片)。图31的过程始于块1024,在块1024处,在FSCS计算硬件900和运行在命令中心的计算机847上的FSCS接口软件之间进行连接。在从块1024到达的块1026处,从命令中心读取数据串(例如,测试数据包)。在块1028处,确定在接收到该测试数据串之前是否已经达到超时。如果回答是肯定的,则在块1030处经由通信网络860的信号连接被认为丢失(当确定通信丢失时,可以认为通信链路不起作用)且该信号连接由图32的逻辑流程图使用,如下文解释的。在块1030中,“第二过程”指处理来自外部源的电信号或物理信号的过程,下文将关于图32解释所述外部源的一个实施例。从块1030,该过程返回到块1024且继续。如果在块1028处未达到超时,则到达块1034,在块1034处,就是否已经从命令中心接收到任何要求的设置做出确定。可以通过数据输入设备将这样的设置输入到在例示的命令中心处的计算机847的FSCS接口软件中。这些设置可以包括属性,诸如任何到点火的倒计数的定时、互锁和仪器的识别、以及在爆炸物被引爆之前它们的待被满足的设置和要求的状态。如果接收到任何新的设置,则到达块1036且更新第二过程中的设置(图32)。在从块1036到达的块1038处,确定是否应开始图32的第二过程。如果回答是肯定的,则开始如由块1040指示的第二过程。如果在块1038处的回答是否定的(不需要开始第二过程),则经由线路1044到达块1042。线路1044还将块1040连接到块1042。在块1042处,在仪器中心一方802处的软件告知收到来自命令中心一方802的数据串(数据包)且将该数据串(测试数据包)返回到该命令中心,在该命令中心处可以核查该数据串是否对应。从块1042,到达块1045,在块1045处,更新的状态信息被从仪器一方发送到计算机847的FSCS接口软件。该状态信息可以包括互锁的状态(例如,门和闸被关闭)和仪器的状态(例如,它们是运行的且设定有在爆炸发生时收集数据的适当设置)。从块1045,线路1046随后返回到块1026且该过程继续。
[0276] 参照图32,公开了用于FSCS计算硬件900的一个示例性逻辑以用于物理信号处理,该示例性逻辑可以是计算机实施的程序步骤或指令。
[0277] 图32例示的示例性过程始于块1050,在块1050处,该FSCS计算硬件导致该系统的组件被初始化到初始默认值。例如,如果零伏特对应于非点火条件,则点火控制信号线路的输出电压被设定到零。此外,如果电容器被用来引爆多个引爆器从而引爆它们关联的相应爆炸物,则可以发送控制信号(如果需要)以使所述电容器放电。从块1050,到达块1052且核查所述命令和控制系统的仪器中心是否被联接到在命令中心处的FSCS接口软件。这指回到与图31中的块1024相关联的过程。如果连接已经丢失,则在块1054处确定该连接是否已经丢失多于一个预定时间。例如,可以将该时间设为五秒。如果在块1054处的回答是否定的,则线路1056随后返回到块1052且该过程继续。
[0278] 如果该连接已经丢失多于如在块1054处设立的预定时间,则到达块1057,在块1057处,确定点火倒计数是否已经开始以及通信是否已经丢失多于一个预定时间(诸如,五秒)。如果在块1057处的答案是肯定的,则由于仪器中心和命令中心之间的连接已经丢失(例如,当发现该连接丢失时,认为该通信链路不起作用)并且该倒计数已经开始,该系统中断该倒计数以阻止点火。换言之,在该情况下,线路1058从块1057随后到块1060且开始一个安全模式序列。例如,在安全模式中,假设不存在点火信号时所述电容器不被自动地放电,则可以导致引爆电容器放电到地电势(而不是到引爆器),并且阻止点火控制信号。
从块1060,经由线路1062,到达块1064且禁用该系统的电源,使得在该实施例中当在安全模式中时,点火电容器不能够被充电。从块1064,经由线路1066,该过程返回到块1050且继续,如在此描述的。
[0279] 另一方面,如果在块1057处的回答是否定的,则:(i)命令中心和仪器中心的软件之间的通信已经丢失了太久且倒计数未开始;(ii)通信未丢失太久,但倒计数未开始;或(iii)通信未丢失太久且倒计数已经开始。在这些情况的任一个中,从块1057到达线路1070且随后到块1072且如果已经开始点火倒计数则暂停该点火倒计数。在块1072处,该过程继续,经由线路1056且回到块1052。在块1072处,如果倒计数未开始(例如,在开始倒计数之前通信丢失了太久),则在块1072处不暂停该倒计数,因为它还未开始。
[0280] 返回到图32的块1052,如果在该块处仪器中心的FSCS计算硬件和命令中心的FSCS接口软件之间的连接未丢失,则到达块1074,在块1074处,确定所有互锁是否清除(在用于点火的适当状态中)。例如,确定需要被关闭的所有门和闸是否在关闭状态中,以及命令中心处的DMS、键和软件开关是否在授权点火模式中。如果在块1074处的回答是否定的,则到达块1076且就倒计数是否已经开始做出确定。如果回答是否定的,则线路1077随后返回块1052且该过程继续。如果当到达块1076且互锁未清除(例如,应急开关已经断开)时该倒计数已经开始,则阻止引爆,因为肯定分支1078随后从块1076到块1060,以及在块1060处安全模式序列开始,如先前所描述的。如上文描述的,该过程从块1060继续。
[0281] 返回到块1074,假设所有互锁是已清除的。在该情况下,从块1074,到达块1080,在块1080处,就点火倒计数(以发送点火控制信号)是否已经开始做出确定。如果该倒计数未开始,则到达块1082且该倒计数开始。如果在1072处该倒计数被暂停而在块1052处的连接未丢失太久,则当到达块1082时,该倒计数可以例如在零处重新开始或在它被暂停时停止的地方开始。从块1082,该过程继续到块1084,在块1084处,确定所有中断是否清除。如果当在块1080处进行查询时确定该倒计数已经开始,则从块1080还到达块1084。在块1084处,确定中断是否在它们的理想状态中。因此,在块1084处进行确认,例如,确认引爆需要的仪器是否运行以及是否在它们的适当设置和适当状态中以在爆炸发生时获得数据。如果在块1084处的答案是否定的,则分支1086随后回到块1072,其中倒计数被暂停且该过程从块1072继续,如先前所描述的。可以根据信号(典型地是数字电信号,诸如来自图28的中断管理器计算硬件910的数字电信号)确定中断的状态。
[0282] 如果在块1084处确定所有的中断清除,则到达在块1087处的倒计数核查。如果该倒计数尚未到达零,则到达块1088且电源被设定(例如,如果引爆电容器未被充电,则使其充电)。该过程从块1088经由线路1090继续到块1052。这再次导致对互锁和中断的核查,因为该过程继续通过块1074和1084回到块1087。如果一切维持进行,则最终在块1087处该倒计数将到达零。从块1087,到达块1092且就是否已经接收到触发信号做出确定。在该实施例中,该触发信号可以对应于在命令中心处的第三引爆开关(诸如,通过触摸由在命令拖车处的FSCS接口软件使能的显示器按钮而致动的软件实施的开关)的激活。在该过程中的较早阶段时,该按钮可以已经被换档到点火状态中。如果在块1092处未接收到该触发信号,则到达线路1090且该过程继续回到块1052,如先前所描述的。如果在块1092处确定已经接收到该触发信号,则从块1092到达块1094且发送触发信号(点火控制信号)以导致一个或多个被控制的爆炸物的引爆和一个或多个推进剂装料的燃烧的启动。因此,例如,点火控制信号可以被发送到电容放电控制单元,导致电容器放电到一个或多个引爆器,以使与所述引爆器相关联的爆炸物装料爆炸和启动推进剂装料(如果有的话)的燃烧。在发送触发信号之后,在块1064处禁用电源(在该实施例中切断引爆电路的电力,以隔离它们)且该过程继续回到块1050。
[0283] 图33例示了一个示例性FSCS接口软件程序(或逻辑流程图),其适合于在命令中心的计算机847上运行,以用于与仪器中心的FSCS计算硬件900接口连接。参照图33,该过程始于块1100,在块1100处建立命令中心的FSCS接口软件与仪器中心的FSCS计算硬件900之间的连接。在块1102处,该过程暂停,以允许该系统的用户定义互锁、中断、倒计数时间和针对该系统想要的任何其他设置。例如,用户可以识别与具体的爆发区相关联的互锁,诸如,控制进入该区的不同闸、用于该系统的各种部件的门以及在该系统中使用的任何其他互锁。关于中断,用户可以定义在该系统中正在使用哪些仪器和在允许爆炸发生之前需要满足的这些仪器的所要求的状态和用于运行的设置。
[0284] 在块1104处,将在块1102处建立的设置从命令中心传输到仪器中心,诸如,更具体地,在该实施例中传输到仪器中心的FSCS计算硬件900。在块1106处,接口软件正等待来自已经接收到设置的FSCS计算硬件的告知收到。如果回答是否定的,则该过程循环回到块1104(且重新发送所述设置),其中该过程继续直到所述设置已经被告知收到。在经过超时之后,随后可以是逸出循环(escape loop)。从块1106到达块1108,对应于一个可选的测试模式操作。在这种本地测试模式操作中,在未允许点火爆炸物的前提下完成测试。在该测试模式中,从软件使得开关能够被致动到点火授权状态的时间,倒计数开始。如果该倒计数达到(例如,五分钟),则从块1108到达块1110且一个信号被发送到FSCS计算硬件,以开始图32的块1060的安全模式序列。例如,通过在到达本地倒计数之前致动该软件使能开关,可以重新开始该本地倒计数。该测试模式可以通过超驰(override)键控制器和DMS控制器设置来阻止点火。该测试模式确实允许多种仪器设置以及其他测试功能的测试。如果在该测试模式中,还未到达本地倒计数,则该过程可以继续测试该系统,其中爆炸物点火被阻止。
[0285] 如果该系统不在测试模式中,则从块1106,到达块1112。在块1112处,确定点火按钮(例如,软件实施的开关)是否已经被调到点火授权信号位置。如果回答是肯定的,则对应于该开关的位置的授权点火信号被从命令中心发送到仪器中心,如由块1114指示的。如果在块1112处的回答是否定的,则通过从命令中心向仪器中心发送心跳数据串(测试包)(如由块1116指示的)来继续对通信网络的核查。在块1118处,通过命令中心从FSCS计算硬件获得数据,诸如,仪器状态数据。如果在预定的时间内没有接收到数据,则从块1120的分支1122随后到块1124且进行另一次尝试以将接口FSCS软件重新连接到仪器中心的FSCS计算硬件。如果在块1120处在超时过去之前接收到数据,则从块1120到达块1126。在块1126处,确定该数据是否更新了仪器或互锁中的任何一个的状态。如果是,则到达块
1128且更新所显示的部件的状态的显示器或其他指示器(理想地是视觉指示器),以便于命令中心处的个人进行观察。在显示器更新之后,从块1128到达块1129;或者在未发生状态变化的情况下,从块1126到达块1129,在块1129处,确定该心跳串(例如,从仪器中心的FSCS计算硬件返回到FSCS接口软件的测试包)是否等于或以其他方式匹配或对应于在块1116处发送的心跳串(测试包)。如果回答是否定的,则假设通信链路已经出故障且该过程经由线路1122继续到块1124。如果在块1128处的回答是肯定的,则该过程跟随线路
1130回到块1108且从块1108处继续。
[0286] 图34例示一种用于监测联接到命令和控制中心的仪器中心处的计算硬件的互锁和仪器的示例性方法。在该情况下,出于该目的,可以使用在仪器拖车处的计算硬件的中断管理器部分。如果使用中断管理器,则该中断管理器可以是一个分立的模块或者是FSCS计算硬件的集成部分且可以用软件编程实施(如果想要的话)。
[0287] 在图34中,该过程始于块1140,在块1140处,定义在仪器中心处待被监测的系统(例如,仪器)和互锁。因此,所述仪器被识别且被设定到它们的理想状态。此外,待被监测的互锁被定义具有所设立的它们的理想状态。从块1140到达块1142。在块1142处,针对在仪器中心处待要监测的所有系统(例如,仪器和互锁),从FSCS计算硬件(诸如,从在该硬件的存储器中的储存器)获得对应于它们的当前状态的信号,如在块1144处指示的。然后在块1146处核查每个实际仪器和互锁的仪器状态(以及互锁状态),其中核查的或确定的状态导致储存的状态信息。在核查仪器状态的块处,新的仪器设置可以被应用到仪器。另外,状态核查可以涉及从仪器取回数据,诸如,在爆炸期间收集的数据(如果数据已经储存在所述仪器中)。在核查仪器状态的块期间执行的活动可以取决于FSCS计算硬件的状态,诸如,FSCS计算硬件的状态是被暂停、计数、被触发或在安全模式中。在块1148处,进行比较以查看状态或数据中的变化是否已经发生。如果未发生,则跟随分支1150到线路1152且该过程继续到块1142。如果在块1148处的回答是肯定的,则状态变化被指示,且跟随分支1154到块1156,其中在块1156处更新该状态。
[0288] 如果某一具体的仪器或互锁未通过命令和控制系统的仪器一方监测,而是在命令中心一方处被监测,则从块1142到达块1160,其中从另一个源(诸如,从命令中心的FSCS接口)获得状态数据。如果该数据未变化(且在块1160中可以进行比较,以确定变化是否已经发生),则从块1160跟随否定分支1162到块1152且该过程继续。如果该数据已经变化,则跟随分支1154到块1156,其中该过程如先前所描述的继续。
[0289] 此外,以实施例的方式提供了上文描述的用于配置命令和控制系统的软件和/或硬件实施的过程,因为其他配置也可以被用在该命令和控制系统中。还应注意,如果需要,则可以改变在上文的实施例中描述的步骤的顺序。
[0290] 在图35A中示出一个示例性的显示器850。在该显示器中,单一或共同的屏幕可以被用来同时显示多个仪器的状态(由块1170指示的)和一个或多个互锁的状态(如由块172指示的)。所述显示器可以是文本、图标或文本和图标的组合,且可以包括编码(诸如,红色圆点和绿色圆点,其中红色指示状态不适合将爆炸物点火,而绿色指示适合的状态),以向观察该屏幕的个人指示在引爆爆炸物之前需要进行什么。除了颜色之外,可以采用其他视觉区分器或指示器(诸如,不同的几何形状),以指示适当的状态。该例示显示器还可以包括软件实施的开关的显示,在图35A中被标记为“点火按钮”且被标示为1174。该点火按钮可以被致动到点火指示位置,诸如,通过将游标定位在该按钮上方且点击、触摸该按钮或在触摸屏应用中将该按钮从一个位置滑动到另一个位置,或该点火按钮是以其他方式可致动的以将显示器的开关换档到点火授权信号产生状态。指示器(诸如,上文关于仪器状态显示器描述的)可以被用来指示点火按钮的状态以及键和DMS显示块的状态,如下文讨论的。
[0291] 在该实施例中,所例示的显示器还可以包括显示键控制器840(图28)的状态的块1176和指示应急开关控制器844(图28)的状态的块1178。这些显示器是想要的,但是可选的,由于操作者可以容易地看到键和DMS位置而不需要查看该显示器,因为该键和DMS开关理想地被包括在命令中心处,该显示器也位于该命令中心处。
[0292] 还可以显示警报1180。该警报可以提供视觉、听觉、或视觉和听觉二者的警报信号,或当意外状况发生时警报。例如,所述仪器之一可以是用于感测爆发区中的运动的运动传感器和/或用于监测爆发区的摄像机,其中如果检测到运动则提供警报。警报状态可以与相应的点火授权信号(诸如,先前关于键和DMS状态信号描述的)相关联。如果警报状况不存在,则可以生成与警报相关联的点火授权信号。
[0293] 显示块1182可以被提供且被显示,以指示系统处于测试模式中。多个参数的状态也可以被指示(诸如,在块1192处)。这些参数可以是环境参数(例如,风状况、温度状况、其他天气状况),以及想要监测的其他状况。显示块1194可以被包括以显示充电状态和/或用于使引爆系统充电的充电源的状态。此外,显示块1196可以被显示以指示通信链路的状态,诸如,该通信链路是运行的还是不运行的。可以使用这些显示项目的组合和子组合。理想的是在一个屏幕上显示点火按钮、键状态、DMS状态、互锁和仪器状态,伴随有或不伴随有通信链路状态。在一个实施方案中,可以要求在从仪器中心发送触发或点火控制信号来引爆爆炸物之前对这些部件的点火状态授权。
[0294] 图35B是指示在命令和控制系统的命令中心820和仪器中心802之间的功能的一个适合的划分的高级图。作为安全性和安稳性系统的一部分,由政府实体建立的要求可以被构建到必须在引爆爆炸之前进行的核查中。在这些要求涉及仪器的监测的方面来说,它们可以如先前所描述地完成。在这些要求在命令和控制中心的运行以外的方面来说,诸如,对爆炸物存储的要求,它们可以由该命令和控制系统单独实施。
[0295] 图35C以功能方式例示了示例性命令和控制系统的运行的又另一个实施例。图35C中提及的“自主能力”和“任何点火现场”简单地指命令和控制系统的理想形式是机动的且可以在不同的点火现场之间移动以供使用。参照图35C,指示了道路块1250形式的互锁。这些互锁可以被手动地致动,诸如,通过道路块处的个人向仪器中心发送一个信号,指示该道路块清除。除通信网络之外,可以使用手持无线电收发机或其他通信设备,用于与命令和控制系统的仪器中心(如果有人操作的话)和命令中心部分通信,诸如,在1252处指示的。在1254处指示视频监视,诸如,通过摄像机或以其他方式(例如,卫星监视)实现的,且可将其用来监测爆发现场。安全性可以指上述系统的安全方面,以及指安全人员。运行性核查列表可以被实施为先前针对FSCS计算硬件和FSCS接口软件所描述的。短语“SSOP”指标准安全性操作程序,其可以是政府规定的。关于处理爆炸物,除由命令和控制系统提供的控制之外还遵循多种核查列表。
[0296] 用例示的命令和控制系统,单个团队领导(个人)可以控制是否触发爆炸,其中该领导位于命令中心处。该方法避免了需要依赖多个分散的个人就状况适合于引爆爆炸物进行通信。
[0297] 图35C中的HFMDPL上块1260指在理想位置处设置命令和控制系统,以用于执行在爆发现场处的引爆。点火爆破块1262指完成理想的爆炸。HFMDPL下块1264指将命令和控制系统运输到另一个位置。可以通过针对每个相应诊断的相应诊断团队领导实现爆炸的各种诊断。例如,一个人可以负责光子多普勒速度诊断,另一个人可以负责X射线诊断,另一个人可以负责应力和加速计诊断,且又另一个人可以负责视频相关诊断等。在命令中心处的计算机可以具有分析和提供与收集的数据相关的报告的能力。替代地,该数据可以简单地被收集和储存,然后储存的数据经由存储介质或电学地被转移至另一个位置处的另一个计算机以用于分析。
[0298] 用于实施所公开的技术的实施方案的示例性计算环境
[0299] 任何所公开的方法都可以被实施为计算机可执行的指令,所述计算机可执行的指令被存储在一个或多个计算机可读介质(例如,一个或多个光学介质的光盘、易失性存储器部件(例如,DRAM或者SRAM)、或者非易失性存储器部件(诸如,硬盘驱动器))上,且在计算机(例如,任何适合的计算机,包括台式计算机、服务器平板电脑、上网本或者是包括计算硬件的其他设备)上执行。在该情况下,计算机可包括一种通过编程指令被配置用于执行所描述的活动的计算硬件形式。任何用于实施所公开的技术的计算机可执行的指令,以及在实施所公开的实施方案期间创建和使用的任何数据可被存储在一个或多个计算机可读介质(例如,非暂时性的计算机可读介质)上。计算机可执行的指令例如可以是专用软件程序、或经由网页浏览器或其他软件应用(诸如,远程计算应用)访问或下载的软件程序的一部分。这样的软件可以例如,使用一个或多个网络计算机在单个本地计算机上或在网络环境(例如,经由因特网、广域网、局域网、客户端-服务器网络(诸如,计算网络)、分布式计算网络或其他这样的网络)中被执行。
[0300] 为了清楚起见,仅描述了基于软件的实施方式的某些选择的方面。省略了本领域公知的其他细节。例如,应理解,所公开的技术不限制于任何具体计算机语言或程序。例如,所公开的技术可以通过以C++、Java、Perl、JavaScript、Python或其他任何适合的编程语言写的软件被实施。同样地,所公开的技术不限制于任何特定计算机或硬件类型。适合的计算机和硬件的某些细节是众所周知的,从而没必要在本公开内容中详细阐明。
[0301] 此外,任何基于软件的实施方案(例如,包括用于导致计算机或计算硬件执行任何所公开的方法的计算机可执行的指令)都可以被上传、下载或通过适合的通信手段远程访问。这样的适合的通信手段包括例如因特网、万维网、内联网、软件应用、线缆(包括光纤线缆)、磁通信、电磁通信(包括RF、微波和红外线通信)、电子通信或其他这样的通信手段。
[0302] 替代地,可以通过被配置成执行任何公开的方法的专用计算硬件实施所公开的方法。例如,所公开的方法可以通过集成电路(例如,专用集成电路(“ASIC”)或可编程逻辑器件(“PLD”),诸如现场可编程门阵列(“FPGA”))来(完整地或至少部分地)实施。
[0303] 图36A例示了适合的计算环境1300的一个总体性实施例,在该实施例中,可以实施若干个所描述的实施方案。计算环境1300并非意在暗示与所公开的技术的使用范围或功能相关的任何限制,如在此所描述的技术和工具可以被实施在具有计算硬件的不同通用目的或专用目的的环境中。
[0304] 参照图36A,计算环境1300可以包括至少一个处理单元1410和存储器1420。在图36B中,该最基本的配置1300被包括在虚线中。处理单元1410执行计算机可执行的指令。
在多处理系统中,多个处理单元执行计算机可执行的指令,以增加处理能力。存储器1420可以是易失性存储器(例如,寄存器、缓存、RAM)、非易失性存储器(例如,ROM、EEPROM、闪存存储器)或者这两种存储器的某些组合。存储器1420可以储存实施一个或多个所描述的逻辑流程图的软件1480,以实现本文中所描述的爆炸物的引爆和控制技术。例如,存储器
1420可以储存用于实施本文中所描述的任何所公开的技术的软件1480和用户界面
[0305] 计算环境可以具有附加特征。例如,计算环境1300理想地包括储存器1440、一个或多个输入设备1460、一个或多个输出设备1450、和一个或多个通信连接1470。互联机构(未示出)(诸如,总线、控制器或网络)将计算环境1300的部件互联。典型地,操作系统软件(未示出)为在计算环境1300中执行的其他软件提供一个操作环境,且协调计算环境1300的部件的活动。
[0306] 储存器1440可以是可除去的或不可除去的,且可以包括磁盘、磁带或盒式录音带、CD-ROM、DVD或可以被用来储存信息且在计算环境1300中可以被访问的任何其他有形的非暂时性非易失性存储介质中的一个或多个。储存器1440还可以储存用于实施任何所描述的技术、系统或环境的软件1480的指令。
[0307] (一个或多个)输入设备1460可以是触摸输入设备,诸如,键盘、触摸屏、鼠标、笔、追踪球、声音输入设备、扫描设备或另一个向计算环境1300提供输入的设备。例如,第三引爆开关可以是软件实施且显示的下压按钮或滑动开关,该下压按钮或滑动开关可以被移动到点火授权位置,以导致提供引爆授权信号。(一个或多个)输出设备1450可以是显示设备(例如,计算机监视器、平板显示器、上网本显示器或触摸屏)、打印机、扬声器或另一个提供来自计算环境1300的输出的设备。
[0308] (一种或多种)通信连接1470使得能够通过通信介质与另一个计算实体通信。该通信介质传送信息,诸如计算机可执行的指令或其他数据,且可以是调制数据或信息信号。调制数据信号是如下的信号,即,使信号的特性中的一个或多个以这样一种方式被改变从而对信号中的信息进行编码。以实施例的方式而非限制,通信介质包括通过电、光、RF、红外线、声或其他载体实施的有线或无线技术。用于命令中心和仪器中心之间通信的适合的通信网络860(图28)的一个具体的实施例是具有特征码心跳(signature heartbeat)的安全双向无线通信(>802.11n)。
[0309] 如上所述,多种方法可以被描述为储存在一个或多个计算机可读取的介质上的计算机可读取的指令的一般背景中。计算机可读取的介质是在计算环境中或通过计算环境可访问的任何可用的介质。以实施例的方式而非限制,在计算环境1300中,计算机可读取的介质可以包括有形的非暂时性计算机可读取的介质,诸如存储器1420和/或储存器1440。
[0310] 本文中所公开的多种方法还可以被描述为在计算环境中通过处理器执行的计算机可执行的指令(诸如,包含在程序模块中的那些指令)的一般背景中。通常,程序模块包括例程、程序、库、对象、类、部件、数据结构等,它们执行特定的任务或实施特定的抽象数据类型。根据多个不同实施方案中的需要,可以组合或分拆程序模块的功能。可以在本地计算环境或分布式计算环境中执行用于程序模块的计算机可执行的指令。
[0311] 图36B中描绘了使用所公开的技术实施命令和控制系统的可能的网络拓扑的一个实施例。联网的计算设备1300例如可以是命令中心处的计算机847(图28)或运行连接到网络860的软件的车辆。计算硬件设备1300可以具有诸如图36A中示出的计算机架构,如上文所讨论的。计算设备1300不限制于传统个人计算机,而是可以包括其他被配置成连接到通信网络860并与通信网络860通信的计算硬件(例如,平板计算机、移动计算设备、服务器、网络设备、专用设备等)。在例示的实施方案中,示出的计算硬件设备1300在命令车辆或命令中心820处,且通过软件被配置成经由网络860与仪器车辆或仪器中心802处的计算硬件设备1300(计算硬件设备1300也可以是具有上文图36A的构架的计算机)通信。在例示的实施方案中,计算设备被配置成一个接一个地传输输入数据且被配置成实施任何所公开的方法且提供如上文所描述的结果。任何接收的数据可以被存储或被显示在接收计算设备处(例如,在计算设备处显示为图形用户界面或网页上的数据)。可以使用有线网络(例如,以太网IEEE标准802.3或其他适当的标准)或更理想地通过无线网络(例如IEEE标准802.11a、802.11b、802.11g或802.11n之一,其中802.11n标准是特别理想的)将例示的网络860实施为局域网(“LAN”)。替代地,且出于安全原因,不那么理想地,网络860的至少一部分可以是因特网或类似的公共网络且使用适当的协议(例如,HTTP协议)操作。
[0312] 下面的实施例被提供用于例示某些具体的特征和/或实施方案。这些实施例不应被认为将本公开内容限制到所描述的具体特征或实施方案。
[0313] 实施例
[0314] 实施例1
[0315] 爆炸物组合物
[0316] 该实施例公开了可被用于多个目的(包括环境友好破裂)的爆炸物组合物。
[0317] 背景:爆炸状态可以被划分成三个基本时间阶段:CJ平面中的反应(在引爆时非常迅速反应,纳秒至微秒),在引爆后早期膨胀阶段期间的反应(4-10μs)和晚期反应以有助于爆发效果(1-100ms)。对TNT和Al的混合物的研究(特里托纳尔,tritonals)早在1914年就开始且到二次世界大战为止,其中美国和英国研究人员发现在爆发的第三时间阶段的巨大效果,而对迅速引爆状态没效果或有不利效果。因为引爆波速度中缺少加速度,所以在能量学界中通常持有的看法是在C-J平面处没有Al参与。然而,一些研究已经证明与活性Al相比,用惰性代用品(NaCl)替代Al实际上增加了引爆速度,甚至远多于吸热阶段改变能够导致的,因此人们假定Al确实在C-J平面中有反应,然而,在动力学上限于吸热反应。与此相反,近期研究并未看到当在TNT/RDX掺合剂中用惰性代用品(LiF)代替Al时,引爆速度中的显著区别。然而该研究显示活性Al与代用品相比在对于后期膨胀的柱面壁速度方面增加55%,其中在通过C-J平面之后,Al贡献大致4μs。
[0318] 现代高性能军用品应用通常含有被设计成提供短暂高压力脉冲以用于迅速结构损坏或金属推动的爆炸物,诸如,PBXN-14或PBX9501。然而,另一类爆炸物包括被设计用于经由后期金属-空气或金属引爆产物反应的长时间爆发输出(增强的爆发)的那些爆炸物。增强爆发的爆炸物的一个实施例PBXN-109仅含有64%的RDX(环三亚甲基三硝胺),且包括Al粒子作为燃料,由16%的橡胶聚合物粘结剂粘结。低百分比的RDX导致缩减的引爆性能,而后期Al/粘结剂燃烧产生增加的空气爆发。几乎在一个分开的类型中,有“热压”型爆炸物,其中金属装载的范围可以从30%至甚至高达90%。这些爆炸物与本公开内容所要求的材料不同,因为具有这样高的金属装载,它们在与引爆产物的金属氧化方面远不是化学计量的,且附加地引爆温度和压力显著更低,这还影响金属氧化速率。因此,这样的材料非常适合于后期爆发和热效应,而不适合于泰勒膨胀波中的能量释放。结合有从引爆波的早期压力分布输出的有利的最初结果以及后期燃烧或爆发的配方是极其少见的,且依赖金属与爆炸物的比率以及金属类型/形态和粘结剂类型。已经证明通过组合小尺寸Al粒子、常规高爆炸物晶体和反应聚合物粘结剂以压制配方实现了高金属推动能力和高爆发能力。此组合被认为是有效的,因为小粒子Al增强与扩散受控的化学过程相关联的动力学速率,而且此外,发现Al与爆炸物的比率极其重要。经验性地发现在20wt%Al的水平,金属反应不贡献柱面壁速度。此结果不仅是违反直觉的,而且指示对于金属加速应用,大部分当前含有Al的爆炸物远非最佳的。为了充分优化此类型的爆炸物的组合效果,需要其中粘结剂全部是含能的/反应的或完全用高性能爆炸物替代的系统。此外,关于Si和B在引爆后环境中的反应所知甚少。
[0319] 测量:为了在时间反应结构中询问在迅速化学反应和Al燃烧之间的相互作用,如图R所描绘的,应用多种测量技术。以微秒时间范围在高温度和压力确定金属反应的程度的定量测量是有挑战性的,至今几乎尚未被研究过。一些技术诸如发射光谱已经成功地应用于观察后期金属氧化,但此研究中感兴趣的生化环境和亚微秒时间范围使得这些技术不能实行。然而,使用在武器试验部门中的多种先进技术,诸如,光子多普勒速度测量(PDV)和新型爆炸测量,探索这些新材料的启动和引爆/燃烧响应。使用现代热化学代码预测反应热量和引爆特征被用来引导配方,且理论值与测量值的比较可以给出对金属反应的动力学的准确估计。从对金属和爆炸产物气体的加速度分布的测量,可以拟合在等熵线上的压力-体积关系且一般形式以方程1表示,被表示为在一个压力范围内的功能的总和,一种形式是JWL,方程2。
[0320] PS=∑φi(v) (方程1)
[0321] (方程2)
[0322] 在JWL EOS中,术语A、B、C、R1、R2和ω都是标准化的常数,且V=v/v0(其是使用水文代码(hydrocode)建模的)。用热化学预测的EOS参数和来自测试测量值的校准EOS,金属反应的程度和时序被准确地估计,且被用于优化配方以及军用品设计。对金属反应的此间接观察的时间标度显著超过可能来自直接测量(诸如,光谱技术)的时间标度。然后,通过改变金属的量、类型和粒子尺寸来优化配方,以增强反应动力学以及调整能量输出的时间范围。传统的或微型版本的圆柱膨胀测试被应用于测量所选择的配方。与新型爆发测量技术结合,提出的测试将提供对在PAX和浇注固化爆炸物中的金属反应的定量、彻底理解,以提供与多种潜在应用结合的效果。
[0323] 配方:化学配方被开发以优化圆柱能量。这样的配方被开发以提供不同的化学环境以及温度和压力变化。化学配方可以包括高性能爆炸物(例如而非限于,HMX、TNAZ、RDX CL-20)、钝感爆炸物(TATB、DAAF、NTO、LAX-112、FOX-7)、金属/半金属(Al、Si或B)和反应性浇注固化粘结剂(诸如,缩水甘油基叠氮化物(GAP)/硝酸盐(PGN)聚合物、聚乙烯乙二醇、以及具有增塑剂的全氟聚醚派生物,诸如GAP增塑剂、硝酸酯或液态碳氟化合物)。虽然Al是所公开的组合物的主要金属,但是设想了,可以用Si和/或B代替Al。与Al相比,已知Si会降低配方的敏感度,但具有几乎相同的燃烧热量。
[0324] 为了验证在理论状态下或零Al反应下的热平衡计算,指定了Al的惰性代用品。氟化锂(LiF)是一种这样的材料,在某些配方中该材料可以作为惰性代用品代替Al。LiF-3 -3
的密度非常接近匹配Al的密度(LiF的密度为2.64gcm ,Al的密度为2.70gcm ),分子量-1 -1
(25.94gmol )非常接近Al的分子量(26.98gmol )且它具有非常低的热形成,使得甚至在极端环境中它也可以被认为是惰性的。因为这些特性,LiF被认为赋予配方几乎相同的密度、颗粒尺寸分布、产物气体分子量,且还赋予EOS测量中的惰性特性。最初的产物配方用
50%或100%的LiF替代Al。对在这些环境中反应速率的认识被用来开发扩展到现有模型中的当前温度和压力之外的金属反应的模型。
[0325] 结果形成的材料可以是浇注固化的,降低成本且免除为冲压或熔化浇注所要求的基础设施。
[0326] 具体爆炸物配方
[0327] 在一个具体实施例中,在理论最大密度下,生成的爆炸物配方具有大于或等于12kJ/cc的能量密度,能量释放的时间标度处于引爆阶段的两个时段中,其中大量(大于
30%)能量在泰勒膨胀波中且产生的爆炸物是高密度浇注固化配方。开发并且测试了一种配方,该配方含有69%的HMX、15%3.5μm原子化的Al、7.5%缩水甘油基叠氮化物聚合物、7.5%的全氟聚醚基表面活性剂和1%的亚甲基二苯基二异氰酸盐(在TMD下,具有
12.5kJ/cc的机械能量)。
[0328] 图23提供在流动的泰勒波之后的含有反应或未反应Al的爆炸物的引爆结构的图形描绘。该配方中的总机械能量等于或大于12kJ/cc。由于Al(或其他金属或半金属,诸如而非限制于Mg、Ti、Si、B、Ta、Zr、Hf)的反应导致在爆炸物反应的随后流动的泰勒波中有大于30%的能量被释放。在所展示的爆炸物中,30-40%的能量被释放在反应的泰勒波部分中。其他类似的配方类似于上述,但是具有基于HTBP的非反应粘结剂,未示出膨胀中的早期Al反应。此外,具有硝酸酯增塑剂和添加的氧化物的配方未能通过安全处理所要求的敏感度测试。
[0329] 实施例2
[0330] 使用环境友好和安全非理想的高爆炸物(HE)系统以创建地质形成物中的原位破裂
[0331] 该实施例展示了使用所公开的非理想HE系统创建地质形成物中的原位破裂的能力。
[0332] 该非理想HE系统的实验/理论特性得以实现。开发用于标称储集层的爆炸模拟的构思方法始于在钻井孔中的一对爆炸物装料,该对爆炸物装料间隔开一段距离,该段距离由爆炸物和周围储集岩石的特性确定。该间隔至少被要求以确保,初始向外的压力脉冲已经发展成释放波(衰减压力)、后部在两个波的交叉之前。紧接在(标称)圆形点位(交叉波恰经过此处)后面的材料的体积被荷载在张力下,有利于岩石的破裂。预测结果是破裂岩石的盘从钻井孔的位于所述装料之间的中途附近被生成。数值模拟支持该构思。图20呈现了该结果,如上文所讨论的。在中心处,沿着对称平面,看到两个波交叉的预测效果,使损坏径向向外突出更远。该图上的尺度是用于特定的计算试验,用于对典型气密储集岩石进行建模,且不被认为是不止例示性的。
[0333] 建立数值模型以呈现非理想HE系统。识别潜在的目标储集层,以及代表性形成物的地球物理学表征。实施呈现这些形成物的数值模型。计算指示由多个精确引爆事件产生的潜在碎石化区域的数值模拟。进行初始产物建模。初始模拟指示碎石化区域在半径上从钻孔延伸20-30英尺。
[0334] 图24和25例示了由常规破裂(实线)和碎石化区(虚线)从具有不同破裂传导率的250’破裂处或者具有半径20’、24’和30’的3个实例的碎石化区中产生的气体。
[0335] 这些研究展示了所公开的非理想HE系统是高能量密度系统,该系统通过采用相互作用的冲击/稀疏波环境中的能量中的“延迟”推动允许由多个定时引爆事件影响的区被扩展。此外,所公开的系统允许将致密形成物破裂,而无需水力破裂该形成物且不生成有害副产物。
[0336] 鉴于本文中公开的原理可以被应用到许多可能的实施方案,应认识到例示的实施方案仅是实施例且不应被认为对本公开内容的范围的限制。而是,本公开内容的范围至少和随附的权利要求的范围一样宽泛。因此,我们要求保护落入这些权利要求的范围内的所有方案。
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