СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПОДАЧИ ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА
METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING AND FEEDING EXPLOSIVE EMULSION

Предпосылки к созданию изобретения и связанная с ним область техники
Настоящее изобретение, в общем, относится к взрывчатым веществам и к системам для подачи взрывчатых веществ, а точнее к способу и к системе для изготовления, сенсибилизации и подачи эмульсионного взрывчатого вещества либо по месту в установке, либо к другому предназначенному для этого месту.
В области техники известны системы для изготовления и подачи взрывчатой эмульсии по месту. Эти системы используют различные ингредиенты, представляющие собой фазу в виде горючего и фазу в виде раствора окислителя совместно с различными сенсибилизирующими веществами, агентами, уменьшающими плотность, и другими ингредиентами для формирования эмульсионного взрывчатого вещества. Система, используемая для формирования эмульсии и для ее подготовки к подаче, обычно содержит различные сочетания механических насосов, смесителей и другие системы. Далее, как только эмульсия будет образована, потребуется механический подающий насос, например кавитационный насос поступательного действия, чтобы осуществлять подачу эмульсии. Механический подающий насос получает образованную эмульсию и функционирует таким образом, чтобы механически перемещать эмульсию к предназначенному для этого месту, например вниз в буровую скважину.
Обычно в месте подачи эмульсию сенсибилизируют или она становится сенсибилизированной в виде эмульсионного взрывчатого вещества. Следовательно, какое-либо механическое входное воздействие на эмульсионное взрывчатое вещество, например механическое входное воздействие со стороны подающего насоса, нежелательным образом увеличивает опасность, связанную с подачей. Кроме того, добавление подающего насоса значительно повышает стоимость транспортирования эмульсионного взрывчатого вещества к предназначенному для этого месту.
Краткое изложение сущности изобретения
В свете проблем и недостатков, свойственных известному уровню техники, в настоящем изобретении сделана попытка их устранения посредством создания системы для изготовления и подачи эмульсии, при этом для транспортирования или подачи конечного продукта в виде эмульсии используют безнасосную систему подачи.
Согласно настоящему изобретению, которое осуществлено и описано здесь в его широком смысле, оно отличается способом изготовления и подачи эмульсионного взрывчатого вещества, имеющего прерывистую фазу в виде раствора окислителя, непрерывную фазу в виде горючего и эмульсификатор, при этом способ содержит: (а) создание системы для изготовления эмульсии; (b) перемещение фазы в виде раствора окислителя к системе для изготовления эмульсии под заданным давлением; (с) перемещение фазы в виде горючего к системе для изготовления эмульсии под заданным давлением; (d) формирование эмульсии из фаз в виде раствора окислителя и горючего, используя только часть заданных давлений, чтобы обеспечить возможность использования остаточного давления после формирования эмульсии; (е) использование остаточного давления для немеханической подачи эмульсии к заданному месту.
Настоящее изобретение также отличается способом формирования и подачи эмульсионного взрывчатого вещества, имеющего прерывистую фазу в виде раствора окислителя, непрерывную фазу в виде горючего и эмульсификатор, причем предпочтительно как часть фазы в виде горючего, при этом способ содержит: (а) перемещение фазы в виде раствора окислителя к смесительной камере под заданным давлением; (b) перемещение фазы в виде горючего к смесительной камере также под заданным давлением; (с) обеспечение в смесительной камере эмульсификатора; (d) обеспечение немеханического столкновения друг с другом фазы в виде горючего и, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя с достаточной силой для формирования эмульсии при наличии эмульсификатора; (е) немеханическое сдвиговое воздействие на эмульсию в целях ее дальнейшего улучшения и получения желаемой вязкости; (f) немеханическую подачу эмульсии к заданному месту посредством использования остаточного давления от стадий перемещения, обеспечения столкновения и сдвига, при этом остаточное давление способно подавать эмульсию к заданному месту без необходимости дополнительного механического входного воздействия.
Точнее, настоящее изобретение отличается способом формирования и подачи эмульсионного взрывчатого вещества, имеющего прерывистую фазу в виде раствора окислителя, непрерывную фазу в виде горючего и эмульсификатор, при этом способ содержит: (а) перемещение фазы в виде раствора окислителя через первое сопло в смесительную камеру; (b) перемещение фазы в виде горючего через второе сопло в смесительную камеру; (с) обеспечение в смесительной камере эмульсификатора; ориентацию первого и второго сопел в противоположном положении, так что, по меньшей мере, часть фазы в виде раствора окислителя и фаза в виде горючего сталкиваются друг с другом с достаточной силой для формирования предварительно смешанной эмульсии при наличии эмульсификатора; (е) принудительную подачу предварительно смешанной эмульсии через третье сопло; (f) обеспечение столкновения эмульсии, выходящей из третьего сопла, со второй частью фазы в виде раствора окислителя, перемещаемой через четвертое сопло, с достаточной силой для формирования эмульсии, более уравновешенной в отношении кислорода; (g) принудительную подачу эмульсии через пятое сопло, чтобы загустить и улучшить эмульсию; (h) сдвиговое воздействие на эмульсии для обеспечения желаемой вязкости и формирования эмульсионного продукта, готового для подачи; (i) подачу эмульсионного продукта к заданному месту, при этом стадии перемещения осуществляют под достаточным давлением, так чтобы выполнить стадии ориентации, принудительной подачи и сдвигового воздействия, а также обеспечить остаточное давление, позволяющее подавать эмульсионный продукт к заданному месту без необходимости дополнительного механического входного воздействия.
Далее, настоящее изобретение отличается системой для изготовления и подачи эмульсии, содержащей: (а) систему для изготовления эмульсии; (b) первый источник давления, предназначенный для перемещения фазы в виде раствора окислителя к системе для изготовления эмульсии под заданным давлением; (с) второй источник давления, предназначенный для перемещения фазы в виде горючего к системе для изготовления эмульсии, при этом в системе для изготовления эмульсии используют только часть заданного давления для формирования эмульсии из фаз в виде раствора окислителя и горючего, так чтобы обеспечить возможность использования остаточного давления; (d) систему немеханической подачи, предназначенную для использования остаточного давления с целью подачи эмульсионного продукта к заданному месту.
Кроме того, настоящее изобретение отличается системой для формирования и подачи эмульсии, содержащей: (а) первый источник давления, предназначенный для перемещения фазы в виде раствора окислителя к первой смесительной камере; (b) второй источник давления, предназначенный для перемещения фазы в виде горючего к первой смесительной камере, при этом фаза в виде горючего включает в себя эмульсификатор; (с) средство для немеханического перемешивания, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя и фазы в виде горючего, при этом обеспечивают столкновения фазы в виде раствора окислителя и фазы в виде горючего внутри первой смесительной камеры с достаточной силой для формирования эмульсии при наличии эмульсификатора; (d) средство для немеханического перемешивания эмульсии со второй частью фазы в виде раствора окислителя, при этом обеспечивают столкновение эмульсии со второй частью фазы в виде раствора окислителя внутри второй смесительной камеры с достаточной силой и энергией для формирования эмульсии, более уравновешенной в отношении кислорода; (е) средство для улучшения и обработки эмульсии, чтобы сформировать эмульсионный продукт, готовый для подачи; (f) систему для немеханической подачи, предназначенную для подачи эмульсионного продукта к заданному месту, используя остаточное давление от первого и второго источников давления.
В одном из вариантов осуществления изобретения, взятом в качестве примера, средство для немеханического перемешивания, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя с фазой в виде горючего содержит: (i) первое сопло, предназначенное для прохождения фазы в виде раствора окислителя; (ii) второе сопло, предназначенное для прохождения фазы в виде горючего, при этом первое и второе сопла ориентируют в противоположных положениях по отношению друг к другу, чтобы обеспечить столкновение раствора окислителя с фазой в виде горючего.
Еще в одном варианте осуществления изобретения, взятом в качестве примера, средство для немеханического перемешивания, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя с фазой в виде горючего содержит статический смеситель.
Еще в одном варианте осуществления изобретения, взятом в качестве примера, средство для немеханического перемешивания, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя с фазой в виде горючего содержит сочетание статического смесителя и сопла, при этом фазы отклоняют от поверхности для косвенного перемешивания.
В одном из вариантов осуществления изобретения, взятом в качестве примера, средство для немеханического перемешивания эмульсии со второй частью фазы в виде раствора окислителя содержит: (i) третье сопло, предназначенное для прохождения эмульсии; (ii) четвертое сопло, предназначенное для прохождения второй части фазы в виде раствора окислителя, при этом третье и четвертое сопла ориентированы в противоположном положении, так чтобы обеспечить столкновение эмульсии со второй частью фазы в виде раствора окислителя внутри второй смесительной камеры. Подобно сказанному выше, средство для немеханического перемешивания эмульсии со второй частью раствора окислителя может содержать статический смеситель или комбинацию статического смесителя и сопла.
В одном из вариантов осуществления изобретения, взятом в качестве примера, средство улучшения содержит пятое сопло, предназначенное для получения эмульсии из второй смесительной камеры, при этом пятое сопло функционирует так, чтобы улучшить эмульсию с целью повышения ее вязкости для подачи.
В одном из вариантов осуществления изобретения, взятом в качестве примера, средство улучшения эмульсии содержит шестое сопло, предназначенное для примешивания агента, уменьшающего плотность, вводимого в эмульсию таким образом, чтобы сформировать в ней большое количество пузырьков. Агент, уменьшающий плотность, функционирует так, чтобы понизить плотность и сенсибилизировать часть эмульсии до и в течение подачи.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение можно будет лучше понять из приведенного далее описания и прилагаемых пунктов формулы изобретения при их рассмотрении совместно с прилагаемыми фигурами. Следует иметь в виду, что эти чертежи лишь изображают приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения, поэтому их не следует считать ограничивающими его объем. Будет вполне понятно, что компоненты согласно настоящему изобретению, в общем, описанные и представленные на чертежах, могут быть скомпонованы и сконструированы в виде широкого разнообразия различных конфигураций. Однако изобретение будет описано и разъяснено с дополнительным указанием его специфики и подробностей посредством использования прилагаемых чертежей, на которых:
На фиг.1 в общем виде представлена блок-схема системы для изготовления и безнасосной подачи эмульсии, выполненной согласно одному взятому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 в общем виде представлена схема системы для изготовления и безнасосной подачи эмульсии, выполненной согласно одному взятому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.3 представлена подробная схема системы для изготовления и безнасосной подачи эмульсии, выполненной согласно одному взятому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.4 представлен подробный схематический вид части системы согласно фиг.3 для изготовления и безнасосной подачи эмульсии;
на фиг.5 представлен подробный боковой вид с вырезом сопла, используемого для улучшения эмульсии согласно одному взятому в качестве примера варианту осуществления изобретения;
на фиг.6 представлено графическое изображение уровня давления в системе на каждой стадии изготовления, и остаточное давление, которое имеется непосредственно перед подачей эмульсионного продукта.
Подробное описание взятых в качестве примера вариантов осуществления изобретения
В последующем подробном описании взятых в качестве примера вариантов осуществления изобретения сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, которые формируют его часть и на которых иллюстративным образом показаны варианты изобретения, которые могут быть осуществлены на практике. Хотя эти взятые в качестве примера варианты описаны достаточно подробно для возможности осуществления изобретения на практике специалистами в этой области техники, следует иметь в виду, что могут быть осуществлены и другие варианты, и что без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения могут быть выполнены различные изменения изобретения. Таким образом, последующее подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения, которые представлены на фиг.1-6, не предназначено для ограничения объема заявленного изобретения, а представлено только в иллюстративных целях и без наложения ограничений, чтобы описать характерные особенности и отличия настоящего изобретения, указать наилучший способ работы изобретения и в достаточной степени обеспечить возможность осуществления изобретения на практике специалистами в этой области техники. Соответственно, объем настоящего изобретения определен только прилагаемыми пунктами формулы изобретения.
Последующее подробное описание и взятые в качестве примера варианты осуществления изобретения можно будет лучше понять при рассмотрении прилагаемых чертежей, при этом элементы и отличительные признаки изобретения по ходу описания обозначены соответствующими позициями.
В настоящем изобретении описаны способ и система для изготовления по месту или в установке продукта, представляющего собой взрывчатую эмульсию, при этом эмульсионное взрывчатое вещество содержит прерывистую фазу в виде раствора окислителя, непрерывную фазу в виде горючего и эмульсификатор. В настоящем изобретении дополнительно описаны способ и система для подачи изготовленной эмульсии посредством использования остаточного давления от изготовления эмульсии, обеспечивая при этом безнасосную систему подачи, в которой механический насос или другая конструкция будут исключены и не потребуются для подачи эмульсионного продукта к предназначенному для этого месту.
В настоящем изобретении обеспечено несколько значительных преимуществ по отношению к родственным системам для изготовления и подачи эмульсии, при этом некоторые из них перечислены здесь по ходу последующего более подробного описания. Каждое из перечисленных преимуществ будет очевидно в свете приведенного ниже подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи. Эти преимущества не носят ограничительный характер. Фактически квалифицированный специалист в этой области сможет оценить, что при практическом осуществлении настоящего изобретения могут быть реализованы другие преимущества, которые отличаются от преимуществ, специально перечисленных здесь. Одно из конкретных преимуществ заключается в способности подавать эмульсионный продукт посредством использования остаточного давления, остающегося после выполнения процессов изготовления и улучшения эмульсии. Это позволяет исключить дорогостоящие механические насосы и другое оборудование, используемое с такими насосами. Иначе говоря, в настоящем изобретении предусмотрена представленная здесь безнасосная система подачи.
Предварительно следует заметить, что термин «безнасосная», который здесь использован, следует понимать как означающий безнасосную систему подачи, а точнее систему подачи, в которой не используют отдельный механический насос для образованного эмульсионного продукта на стадии его подачи. Фактически под термином «безнасосная» следует понимать, что готовый эмульсионный продукт или эмульсионное взрывчатое вещество, готовое для подачи, не подводят или не перемещают к механической подающей системе, например, к насосу, а вместо этого подают посредством использования только остаточного давления, остающегося в системе, после того как произойдут все процессы изготовления и улучшения. Система подачи функционально предназначена для того, чтобы получать и использовать остаточное давление для подачи эмульсии. Таким образом, хотя первоначальные системы перемещения, используемые для перемещения разных фаз в виде раствора окислителя и горючего или в виде горючего к системе изготовления, могут содержать механические насосы или некоторые другие механические средства перемещения, такие насосы используют только в отношении сырьевых материалов (например, фаз в виде раствора окислителя и горючего) и, следовательно, фактическая система подачи не содержит какого-либо механического средства подачи, а вместо этого использует остаточное давление в системе.
Термин «столкновение», который здесь использован, следует понимать как означающий физическое схождение друг с другом двух или более входных потоков в целях соединения или смешивания. Следовательно, два или более входных потока могут непосредственным или косвенным образом сталкиваться друг с другом. Пример прямого столкновения может содержать два противоположно расположенных сопла, при этом сопла ориентируют таким образом, что потоки, выходящие из каждого сопла, будут сталкиваться друг с другом на выходе из отверстий сопел. Пример косвенного столкновения может содержать статический смеситель, в случае которого два или более потока будут смешаны друг с другом, когда они входят в контакт со статорами статического смесителя. Примеры потоков, которые могут сталкиваться друг с другом, включают в себя фазу в виде раствора окислителя и фазу в виде горючего, фазу в виде раствора окислителя и горючее при наличии непосредственно вводимого эмульсификатора, эмульсию и вторую часть фазы в виде раствора окислителя, а также другие примеры.
На фиг.1 представлена блок-схема системы согласно настоящему изобретению для изготовления и подачи эмульсионного продукта или эмульсионного взрывчатого вещества (ниже система 10 для изготовления и подачи эмульсии) согласно одному взятому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Система 10 для изготовления и подачи эмульсии содержит первый источник 16 или находящийся под давлением источник горючего, или фазы в виде горючего, сообщающийся с резервуаром 12 для горючего или фазы в виде горючего, который предназначен для подачи горючего или фазы в виде горючего к находящемуся под давлением источнику 16, и второй источник 20 или находящийся под давлением источник фазы в виде раствора окислителя, сообщающийся с резервуаром 14 для фазы в виде раствора окислителя, который предназначен для подачи фазы в виде раствора окислителя к находящемуся под давлением источнику 20. Каждый из находящихся под давлением первого и второго источников 16 и 20 может быть электрически соединен с источником энергии и обеспечен энергией для создания давления. Как вариант, первый и второй находящиеся под давлением источники 16 и 20 могут быть сконструированы так, чтобы обеспечивать гидравлическое или пневматическое давление, а также давление посредством использования силы тяжести.
Точнее, первый и второй находящиеся под давлением источники 16 и 20 предназначены для обеспечения высокого давления перемещения соответственно горючего или фазы в виде горючего и фазы в виде раствора окислителя, так чтобы оставалось остаточное давление для подачи образуемого эмульсионного продукта к предназначенному или заранее определенному месту. В одном из вариантов, взятом в качестве примера, первый и второй находящиеся под давлением источники 16 и 20 могут содержать механические насосы, способные перемещать горючее или фазу в виде горючего и фазу в виде раствора окислителя при заданных давлениях и расходах. Еще в одном варианте, взятом в качестве примера, первый и второй находящиеся под давлением источники 16 и 20 могут содержать пневматические сосуды под давлением, предназначенные для выполнения той же самой функции. Еще в одном варианте, взятом в качестве примера, первый и второй находящиеся под давлением источники 16 и 20 могут содержать систему, посредством которой каждую составляющую, представляющую собой горючее или фазу в виде горючего и фазу в виде раствора окислителя, выпускают из приподнятого места, перемещая ее при этом под действием силы тяжести. Гравитационная система также предпочтительно предназначена для перемещения этих фаз при заданных давлениях и расходах. Заданное давление будет достаточным, чтобы обеспечивать возможность использования остаточного давления для подачи конечного эмульсионного продукта.
Первый и второй источники давления 16 и 20 специально конструируют таким образом, чтобы перемещать соответственно горючее или фазу в виде горючего и фазу в виде раствора окислителя к системе 24 изготовления или образования эмульсии, предназначенной для формирования эмульсионного взрывчатого вещества или эмульсионного продукта, при этом эмульсионный продукт содержит прерывистую фазу в виде раствора окислителя и непрерывную фазу в виде горючего. Система 24 для изготовления эмульсии предпочтительно представляет собой немеханическую систему, а это означает, что никакие из различных компонентов или систем, составляющих систему 24 для изготовления эмульсии, не используют механические динамические воздействия. Это обеспечивает преимущество в том отношении, что эмульсия не будет подвержена механическому входному воздействию при ее формировании. Система 24 для изготовления эмульсии содержит одну или более смесительные системы, предназначенные для смешивания или соединения горючего, либо фазы в виде горючего, с фазой в виде раствора окислителя для формирования эмульсии при наличии эмульсификатора.
Здесь следует специально заметить, что в одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, взятом в качестве примера, предусмотрено, чтобы горючее включало в себя или содержало эмульсификатор, существуя как фаза в виде горючего. Еще в одном варианте настоящего изобретения, взятом в качестве примера, предусмотрено, чтобы горючее не включало в себя эмульсификатор. В этом варианте эмульсификатор может быть введен непосредственно в систему для изготовления эмульсии, причем либо ближе от смесительной камеры, либо непосредственно в смесительную камеру в то время, когда горючее (а не фаза в виде горючего, поскольку эмульсификатор отсутствует) сталкивается с фазой в виде раствора окислителя. Начальный ввод эмульсификатора может быть выполнен в любом заданном месте, включая ввод непосредственно в смесительную камеру, либо в другое место, откуда он далее будет направлен к смесительной камере. В обоих из этих вариантов или в других очевидных вариантах система для изготовления эмульсии предназначена для обеспечения перемешивания горючего с фазой в виде раствора окислителя при наличии эмульсификатора для формирования эмульсии. Предпочтительный способ должен содержать эмульсификатор в горючем, обеспечивая при этом существование горючего как фазы в виде горючего. По существу значительная часть последующего обсуждения будет относиться к варианту осуществления изобретения, в котором эмульсификатор находится в горючем, при этом горючее представляет собой фазу в виде горючего.
Как только образована эмульсия, либо даже в течение ее формирования от первой стадии до состояния готового продукта, который можно подавать, эмульсию можно подвергать различным видам улучшения и/или обработкам в системе 28, служащей для улучшения и обработки эмульсии. Например, эмульсия может быть подвергнута воздействию дополнительного раствора окислителя для уравновешивания в ней кислорода в том случае, когда фазы в виде раствора окислителя будут разделены для упрощения формирования эмульсии. Эмульсия также может быть подвергнута сдвиговому воздействию для ее загущения (например, для уменьшения размера капель фазы в виде раствора окислителя) и для получения желаемой вязкости. Кроме того, эмульсия может иметь вводимый в нее микроэлемент, например агент для уменьшения плотности, чтобы сенсибилизировать эмульсию. Для содействия подаче эмульсии вокруг нее дополнительно может быть образовано водное кольцо. Фактически существует большое количество видов улучшений и обработок, которым может быть подвергнута эмульсия до или в течение ее подачи. Те из них, которые здесь перечислены, либо другие, будут очевидны для квалифицированных специалистов в этой области.
После того как эмульсия будет образована и будет находиться в состоянии конечного продукта, она будет готова для подачи посредством безнасосной системы подачи 32. Ниже будет более конкретно описано, что система 32 представляет собой немеханическую систему, в которой используют давление и скорость потока для подачи эмульсии, при этом давление представляет собой остаточное давление первого и второго источников давления 16 и 20. В отличие от предыдущих родственных систем, система подачи 32 согласно настоящему изобретению не содержит насос для эмульсии, либо какие-то подобные или эквивалентные систему или устройство, предназначенные для нагнетания или механического перемещения эмульсии к заданному месту. Точнее, как указано, первый и второй источники давления 16 и 20 предназначены для перемещения фаз при заданных давлениях, которые достаточно высоки, или позволяют обеспечивать давления, которые могут быть использованы системой 24 для формирования эмульсии, а также системой 28 улучшения и обработки эмульсии, чтобы повысить качество эмульсии. Кроме того, в отличие от предыдущих родственных систем, в которых обеспечивают некоторый вид механического входного воздействия для подачи эмульсионного продукта, в настоящем изобретении предусмотрена работа системы при достаточно высоком давлении, так что будет иметь место остаточное давление, которое может быть использовано системой 32 для подачи эмульсии к предназначенному для нее, заранее определенному месту без необходимости дополнительного механического входного воздействия. Следовательно, система подачи 32 предназначена для обеспечения немеханической подачи эмульсии, которая, как будет обсуждено ниже, обладает преимуществом по отношению к прежним родственным системам подачи механического типа, например к тем, в которых используют один или более насосы для перемещения конечного продукта в виде эмульсии к заданному месту.
Система 10 для изготовления и подачи эмульсии сконструирована таким образом, чтобы она имела начальное давление каждого из источников давления 16 и 20 для первой фазы или фазы в виде горючего, и второй фазы или фазы в виде в виде раствора окислителя. При перемещении этих фаз и формировании эмульсии внутри системы происходят различные падения давления. Другие падения давления происходят в течение улучшения и обработки эмульсии. Однако система 10 сконструирована таким образом, что падения давления недостаточны для его полного сброса перед подводом эмульсии к системе подачи 32. Иначе говоря, система 10 сконструирована таким образом, что будет обеспечена достаточная величина начального давления, так чтобы после каждого падения давления, которое происходит перед подачей, оставалось остаточное давление, достаточное для эффективной подачи конечного эмульсионного продукта к предназначенному для этого заранее определенному месту, делая тем самым систему подачи безнасосной или обеспечивая немеханическую систему подачи, которая здесь определена. Обеспечение остаточного давления на стадии подачи в целях выполнения подачи позволяет осуществлять немеханическую подачу конечного эмульсионного продукта создаваемым давлением, что также позволяет исключить необходимость использования механической системы подачи или устройства, например, эмульсионного насоса (например, кавитационного насоса поступательного действия), обычных для многих прежних родственных систем. При исключении эмульсионного насоса также может быть исключена соответствующая система выключения, обеспечивающая безопасность, обычно требуемая на всех таких насосах. При исключении этих компонентов не будет создано механическое входное воздействие на взрывчатый продукт, что позволяет более безопасно подавать взрывчатую эмульсию. Кроме того, становится возможной значительная экономия затрат.
На фиг.2, в общем, представлена система 10 для изготовления и подачи эмульсии согласно взятому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Система 10 содержит первый источник давления в форме насоса 16 для фазы в виде горючего, который сообщен с резервуаром 12 для фазы в виде горючего, предназначенным для подвода фазы в виде горючего к насосу 16 по подводящей линии 42. Второй источник давления в форме насоса 20 для фазы в виде раствора окислителя сообщен с резервуаром 14 с раствором окислителя, предназначенным для подвода фазы в виде раствора окислителя к насосу 20 по подводящей линии 46. Каждый из насосов 16 и 20 может быть электрически, пневматически или гидравлически соединен с источником энергии 2 и посредством него обеспечен энергией.
Насос 16 для фазы в виде горючего предназначен для перемещения этой фазы при заданном давлении по подводящей линии 58 к первой смесительной системе 66. Подобным же образом насос 20 для фазы в виде окислителя предназначен для перемещения, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя, причем также под заданным давлением, к первой смесительной системе 66 по подводящей линии 62, а также, если желательно, ко второй, необязательно выполняемой смесительной системе 74 по подводящей линии 64. Фактически одна взятая в качестве примера система может разделить фазу в виде раствора окислителя в отношении 60/40, при этом 40% будет проходить к первой смесительной системе 66, а 60% будет проходить ко второй смесительной системе 74. Безусловно, процентное отношение разделения может изменяться от системы к системе, либо при возникновении такой необходимость, поэтому указанное здесь соотношение 60/40 никак не следует считать налагаемым ограничением.
Первая и вторая смесительные системы 66 и 74 предназначены для перемешивания фазы в виде раствора окислителя с фазой в виде горючего для формирования эмульсии. Первая смесительная система 66 сконструирована со средством для немеханического перемешивания, по меньшей мере, части фазы в виде раствора окислителя с фазой в виде горючего, при этом будет обеспечено столкновение фазы в виде раствора окислителя с фазой в виде горючего внутри смесительной камеры, причем с достаточной силой для формирования эмульсии при наличии эмульсификатора. Это преимущественно выполняют посредством использования одного или более немеханических средств. Образованная эмульсия представляет собой богатую горючим, предварительно перемешанную эмульсию, как только обеспечена возможность перемешивания части фазы в виде раствора эмульсии с фазой в виде горючего. Немеханические средства для смешивания фаз в виде раствора окислителя и горючего могут содержать противоположно расположенные сопла, статические смесители, их сочетания и другие устройства или сборочные узлы, способные обеспечить столкновение и перемешивание фазы в виде горючего с фазой в виде раствора окислителя для формирования эмульсии, богатой горючим. Каждое из них ниже обсуждено более подробно. По существу первая смесительная система 66 обеспечивает достаточное давление и, следовательно, энергию, так что когда две фазы сталкиваются друг с другом, будет создана или образована эмульсия. Требуемая сила или давление, необходимые для создания эмульсии, будут зависеть от нескольких факторов, например, от компоновки системы, размера компонентов, которые могут действовать внутри системы, температуры, используемого эмульсификатора и т.д. Как только эмульсия образована, она может проходить несколько обработок для ее улучшения, чтобы получить конечный эмульсионный продукт, готовой для подачи. Ниже обсуждено несколько взятых в качестве примера процессов улучшения.
Вторая смесительная система 74 сообщена с первой смесительной системой 66, чтобы получать образуемую в ней богатую горючим, предварительно перемешанную эмульсию. Вторая смесительная система 74 также сообщена с насосом 20 для фазы в виде раствора окислителя, чтобы обеспечивать захождение второй или остаточной части фазы в виде раствора окислителя, не перемещаемой к первой смесительной системе 66. Поэтому вторая смесительная система 74 сконструирована со средством для немеханического перемешивания богатой горючим, предварительно перемешанной эмульсии со второй частью фазы в виде раствора окислителя, при этом обеспечивают столкновение богатой горючим, предварительно перемешанной эмульсии со второй частью фазы в виде окислителя внутри второй смесительной камеры с достаточной силой и энергией, чтобы сформировать эмульсию, более уравновешенную в отношении кислорода, чем обогащенная горючим эмульсия, образованная в первой смесительной системе 66. Немеханические средства для перемешивания богатой горючим предварительно перемешанной эмульсии со второй частью раствора окислителя подобным же образом могут содержать противоположно расположенные сопла, статические смесители, их сочетания, либо другие устройства или сборочные узлы.
Здесь следует заметить, что первая и вторая смесительные системы 66 и 74 отличаются от обычных смесительных систем или устройств, использовавшихся в прежних родственных системах, которые по своей природе являются механическими системами. В отличие от них смесительные системы согласно настоящему изобретению предназначены для немеханического действия, а точнее они обеспечивают возможность захождения в них фаз в виде горючего и раствора окислителя под высоким давлением и вызывают столкновение фазы в виде горючего с фазой в виде раствора окислителя для формирования эмульсии, и столкновение эмульсии с остальной частью фазы в виде раствора окислителя, используя только давление внутри системы, которое обеспечивают источники давления. Кроме того, в зависимости от компоновки смесительных систем 66 и 74 столкновение друг с другом различных фаз в виде горючего и раствора окислителя, либо эмульсии, богатой горючим, с остающейся фазой в виде окислителя, может быть прямым (например, в случае противоположных сопел, находящихся на одной линии друг с другом, либо с незначительным наклоном) или косвенным (например, в случае статического смесителя или сочетания статического смесителя и сопла, когда будет обеспечено отклонение поступающих материалов от одной или более поверхностей). Вновь каждый из этих случаев будет более подробно обсужден ниже.
В некоторый момент в течение стадий изготовления эмульсия может быть подвергнута улучшению или обработке для получения более приемлемого эмульсионного продукта, готового к подаче. Система 28 улучшения и обработки функционирует таким образом, чтобы выполнять какое-либо улучшение эмульсии. Как можно видеть, эмульсия может быть частично улучшена, когда она находится во второй смесительной системе 74 (представленной пунктирными линиями), или в совершенно отдельной системе. Примеры процессов улучшения здесь обсуждены.
Система подачи 32 сконструирована таким образом, чтобы использовать остаточное давление, остающееся в системе от первого и второго источников давления, для подачи эмульсии к заданному месту, например к буровой скважине или к месту в установке. Здесь предполагается любая система, способная немеханическим способом перемещать или подавать конечный эмульсионный продукт к заданному месту, используя остаточное давление в системе.
На фиг.3 и 4 представлена конкретная, обеспечиваемая по месту система 210, предназначенная для изготовления эмульсии и ее подачи, согласно одному взятому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. Различные компоненты, показанные в этом конкретном варианте осуществления изобретения, могут быть помещены внутри тележки и удержаны посредством нее или другого средства передвижения, с обеспечением при этом возможности изготовления, а также подачи полученной по месту взрывчатой эмульсии к заданному месту.
Как показано, фазу в виде раствора окислителя подают из резервуара 214 для этой фазы к насосу 220 для раствора окислителя, который показан как механический насос.Перед введением в насос 220 фазу в виде раствора окислителя пропускают через фильтр 240. Насос 220 функционирует таким образом, чтобы перемещать под высоким давлением, по меньшей мере, часть фазы в виде раствора окислителя к системе 224 для изготовления эмульсии и, в частности, к первому соплу 272, которое здесь расположено. В варианте, взятом в качестве примера, фазу в виде раствора окислителя делят или разъединяют таким образом, что одну ее часть перемещают к первому соплу 272, а вторую часть перемещают к четвертому соплу 314 для использования на более поздних стадиях процесса изготовления эмульсии с целью, которая описана ниже. Процентное отношение разделения может изменяться от системы к системе, но обычно находится между сорока и шестьюдесятью процентами (40%-60%), причем начальная часть проходит к первому соплу 272, а остающаяся часть, составляющая от сорока до шестидесяти процентов (40%-60%), проходит к четвертому соплу 314. При предпочтительном разделении сорок процентов (40%) будет перемещено к первому соплу 272, а остальные шестьдесят процентов (60%) будут перемещены к четвертому соплу 314. Разделение или разъединение фазы в виде раствора окислителя выполняет функцию быстрого формирования эмульсии из фаз в виде горючего и раствора окислителя. Однако разделение фазы в виде раствора окислителя необязательно. Можно полагать, что некоторые системы будут формировать эмульсию посредством обеспечения одновременного столкновения фазы в виде горючего со всей фазой в виде раствора окислителя.
Фазу в виде горючего подают из резервуара 212 к насосу 216, который также показан как механический насос. Как обсуждено выше, в одном из предпочтительных взятых в качестве примера вариантов осуществления изобретения горючее включает в себя эмульсификатор и, следовательно, представляет собой фазу в виде горючего. В другом взятом в качестве примера варианте осуществления изобретения горючее не будет включать в себя эмульсификатор, а будет перемешано с эмульсификатором при непосредственном введении. Перед введением в насос 216 фазу в виде горючего пропускают через фильтр 274. Насос 216 для фазы в виде горючего функционирует так, чтобы перемещать эту фазу к системе 224 для изготовления эмульсии и, в частности, ко второму соплу 280, которое расположено в ней. Как показано, первое и второе сопла 272 и 280 ориентированы в противоположном положении по отношению друг к другу, так что будет обеспечено столкновение или соударения фазы в виде раствора окислителя, выходящей из сопла 272, с фазой в виде горючего, выходящей из второго сопла 280, предпочтительно внутри смесительной камеры, представленной в виде первой смесительной камеры 284. Другими словами, первое и второе сопла 272 и 280 ориентированы таким образом, что фаза в виде раствора окислителя будет сталкиваться с фазой в виде горючего. Первое и второе сопла 272 и 280 могут содержать, но могут и не содержать, расположенные в них статоры или статические смесители.
Насос 220 для раствора окислителя сконструирован таким образом, чтобы перемещать фазу в виде раствора окислителя при заданных давлении и скорости или расходе для обеспечения выхода этой фазы из первого сопла 272 с достаточно высокой скоростью, так чтобы при ее столкновении с фазой в виде горючего при наличии эмульсификатора она выполняла это с достаточными силой и давлением, и, следовательно, с достаточной энергией для формирования предварительно перемешанной, богатой горючим эмульсии. Необходимая энергия для формирования эмульсии может быть результатом скорости двух фаз при их перемещении. Насос 216 для фазы в виде горючего сконструирован таким образом, чтобы перемещать фазу в виде горючего при заданных давлении и скорости или расходе. Таким образом, скорость двух фаз должна быть достаточной для создания энергии, требуемой для формирования эмульсии при перемешивании. Скорость фазы в виде раствора окислителя обычно будет значительно выше, чем скорость фазы в виде горючего. Следует заметить, что богатую горючим, предварительно перемешанную эмульсию в этом конкретном варианте осуществления изобретения формируют не механически, то есть без дополнительного входного воздействия со стороны механической системы или устройства, например, мешалки.
Эмульсия, образуемая при выходе фаз в виде раствора окислителя и горючего из первого и второго сопел соответственно 272 и 280, и при столкновении этих фаз друг с другом в значительной степени не обработана в отношении ее улучшения или скорее представляет собой предварительно перемешанную и богатую горючим эмульсию, или эмульсию с высокой концентрацией горючего благодаря высокой концентрации фазы в виде горючего, перемешанной с фазой в виде раствора окислителя. Однако, как будет понятно квалифицированным специалистам в этой области и как было обсуждено выше, фаза в виде раствора окислителя необязательно должна быть разделена перед столкновением с фазой в виде горючего для формирования эмульсии. Фактически эмульсия может быть образована посредством столкновения или перемешивания ста процентов (100%) раствора окислителя с фазой в виде горючего для формирования эмульсии, фактически готовой к подаче.
После формирования богатую горючим, предварительно перемешанную эмульсию принудительно подают из первой смесительной камеры 284 через третье сопло 290, которое перпендикулярно первому и второму соплам 272 и 280, и которое сообщено с первой смесительной камерой 284 и/или с первым и вторым соплами 272 и 280, используя энергию, которая может быть получена внутри системы от насосов 216 и 220 для раствора окислителя и фазы в виде горючего. Здесь следует заметить, что давление и энергия, имеющиеся внутри системы, используемой для изготовления и подачи эмульсии, обеспечивают посредством насосов 216 и 220 для раствора окислителя и фазы в виде горючего. Другими словами, насосы 216 и 220 предназначены для создания всего необходимого давления или всей энергии внутри системы, чтобы перемещать продукты, используемые для формирования эмульсии, а также для содействия улучшению эмульсии, чтобы создать эмульсионный продукт. Давление определяют заранее таким образом, чтобы оно было достаточным для выполнения всех из различных стадий обработки посредством систем 224 и 228, предназначенных для изготовления и улучшающей обработки. Хотя на разных стадиях процессов изготовления и улучшения происходят падения давления, насосы сконструированы таким образом, чтобы учитывать это и создавать достаточное остаточное давление для подачи эмульсии после того, как все стадии изготовления и улучшения будут завершены. Это остаточное давление функционирует таким образом, чтобы обеспечить немеханическое средство для подачи эмульсии к предполагаемому месту, например вниз в буровую скважину.
Когда богатую горючим эмульсию перемещают через третье сопло 290, это приводит к ее выходу во вторую смесительную камеру 318. Третье сопло 290 может быть сконструировано со статическим смесителем или с компоновкой другого типа для сдвигового воздействия на эмульсию, приводя при этом к некоторому загущению эмульсии и ее улучшению. Противоположно по отношению к третьему соплу 290 расположено четвертое сопло 314, предназначенное для перемещения остающейся части фазы в виде раствора окислителя, которая отделена от первоначальной части этой фазы, во вторую смесительную камеру 318, где обеспечивают ее столкновение или соударение с богатой горючим эмульсией. Другими словами, обеспечивают столкновение богатой горючим эмульсии с остальной частью фазы в виде раствора окислителя внутри второй смесительной камеры 318. Подобным же образом, вторую или остающуюся часть фазы в виде раствора окислителя и богатую горючим эмульсию перемещают под достаточными давлением и с достаточной энергией, так что при их столкновении друг с другом во второй смесительной камере 318 будет образована эмульсия, более уравновешенная в отношении кислорода.
После того как богатая горючим эмульсия и остающаяся фаза в виде раствора окислителя сталкиваются друг с другом во второй смесительной камере 318, может быть обеспечен выход из нее эмульсии, более уравновешенной в отношении кислорода, и ее вход в систему 228 для улучшения и проведения обработки. Точнее, начальные стадии улучшения предполагают принудительную подачу более уравновешенной в отношении кислорода эмульсии через разные сопла в целях ее дальнейшего улучшения, так чтобы загустить эмульсию, стабилизировать ее и повысить или иным образом отрегулировать ее вязкость. Однако в зависимости от компоновки системы, используемой для формирования эмульсии, необходимость в дополнительном улучшении может возникнуть, но может и не потребоваться. Фактически компоненты и параметры системы, используемые для формирования эмульсии, могут обеспечивать создание конечного эмульсионного продукта, готового для подачи, без необходимости дополнительного улучшения.
В одном из вариантов осуществления изобретения, взятом в качестве примера, может быть введено пятое сопло 322, которое может быть ориентировано перпендикулярно третьему и четвертому соплам 290 и 314. Более уравновешенная в отношении кислорода эмульсия может быть принудительно подана через пятое сопло 322, при этом происходит некоторое загущение эмульсии и повышение ее вязкости. В представленном варианте осуществления изобретения пятое сопло 322 содержит статический смеситель для дополнительного сдвигового воздействия на эмульсию. Другие виды процессов улучшения и проведения обработки в системе 228, предназначенной для улучшения и обработки, описаны ниже.
Еще в одном взятом в качестве примера варианте осуществления изобретения после принудительной подачи через пятое сопло 322 эмульсия может быть подана или перемещена в регулятор вязкости или клапан 330 для сдвигового воздействия, например, в клапан Burkert. Назначение клапана 330 сдвигового воздействия заключается в выполнении конечного улучшения эмульсии с формированием при этом конечного эмульсионного продукта или эмульсионного взрывчатого вещества, готового для подачи с целью выполнения предназначенной взрывной функции. Клапан 330 для сдвигового воздействия сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать дополнительное сдвиговое воздействие на эмульсию за достаточное время, чтобы достичь или получить желаемую вязкость. Для квалифицированных специалистов в этой области будет понятно, что могут быть использованы другие типы систем, клапанов или устройств, отличающиеся от клапана для сдвигового воздействия, чтобы улучшить образованную эмульсию и сформировать конечный эмульсионный продукт. Например, клапан для сдвигового воздействия может быть заменен рядом сопел (которые могут иметь, но необязательно, разные размеры и компоновки) с компоновками, которые включают в себя статический смеситель.
Что касается других стадий процесса, то при необходимости обеспечивают выход эмульсии через пятое сопло 322, а также вход и прохождение через клапан 330 для сдвигового воздействия, используя давление, имеющееся в системе. Другими словами, требуется механическое входное воздействие для перемещения или транспортирования эмульсии к клапану 330 и через него.
После выхода из клапана 330 для сдвигового воздействия эмульсионный продукт готов для подачи посредством подающей системы 234. В представленном варианте подающая система 234 содержит подающий рукав 346, сообщающийся с клапаном 330 для сдвигового воздействия по линии подачи. Подающий рукав 346 содержит отверстие 350 и имеет достаточную длину, так чтобы он мог подавать эмульсионный продукт к предназначенному для этого или заданному месту, например к буровой скважине, упаковке или приемному резервуару. Подающий рукав удерживают посредством барабана 354, прикрепленного к опоре, например к тележке (не показана), предназначенной для возможности вращения барабана 354, чтобы наматывать и разматывать подающий рукав 346. Для поворота барабана 354 с рукавом может быть использован обычный коленчатый рычаг 356.
2
2
2
2
2
2
Как было обсуждено выше, в системе подачи 234 преимущественно используют остаточное давление, существующее в системе, чтобы подавать эмульсионный продукт к предназначенному для него месту. Величина остаточного давления, которая может быть использована для подачи, зависит от ограничивающих условий работы системы, начальных давлений внутри источников давления или насосов, подающих фазы в виде горючего и раствора окислителя, и числа падений давления, происходящих в системе перед подачей. Фактически предполагается такое конструирование системы, чтобы в ней оставалось остаточное давление. В таком случае не будет происходить полный сброс давления при выполнении процессов изготовления и улучшения. В показанном варианте начальное манометрическое давление на выходе из насоса 220 для фазы в виде раствора окислителя составляет от 300 до 500 фунтов/дюйм. Начальное манометрическое давление на выходе из насоса 216 для фазы в виде горючего составляет от 300 до 500 фунтов/дюйм. После всех падений давления вследствие выполнения работы по изготовлению и улучшению эмульсии остаточное манометрическое давление составляет от 50 до 250 фунтов/дюйм, которое достаточно для подачи готового эмульсионного продукта на требуемое расстояние вниз в буровую скважину посредством подающего рукава 346. В предпочтительном варианте осуществления изобретения фаза в виде горючего и фаза в виде раствора окислителя проходят под манометрическим давлением, составляющим примерно 350 фунтов/дюйм. Падение давления внутри системы в общем составляет 200-250 фунтов/дюйм, так что имеется полезное остаточное манометрическое давление порядка 100-150 фунт/дюйм, которое может быть использовано для подачи эмульсионного продукта.
На фиг.3 дополнительно представлены добавочные системы улучшения и проведения обработки. Например, после выхода из пятого сопла 322 и перед перемещением к клапану 330 для сдвигового воздействия эмульсия может быть сенсибилизирована в виде взрывчатого вещества. На этой стадии выполнения процесса в систему вводят агент, служащий для уменьшения плотности эмульсии и для формирования в эмульсии пузырьков с целью повышения ее восприимчивости. Может быть установлен насос 380, который предназначен для перемещения агента, служащего для уменьшения плотности, к инжектору 388, расположенному далее по ходу от сопла 322. Инжектор 388 функционирует таким образом, чтобы впрыскивать агент, служащий для уменьшения плотности, из пятого сопла 322. Шестое сопло 292 используют для смешивания агента, уменьшающего плотность, с эмульсией до ее перемещения к клапану 330 для сдвигового воздействия. Шестое сопло 392 содержит статический смеситель для выполнения перемешивания агента, уменьшающего плотность, с эмульсией. Могут быть осуществлены различные типы и компоновки смесителей, чтобы обеспечить перемешивание агента, уменьшающего плотность, с эмульсией для сенсибилизации эмульсии. В любом случае функция агента, уменьшающего плотность, заключается в сенсибилизации эмульсии в виде взрывчатого вещества посредством формирования в ней весьма малых газовых пузырьков.
В одном взятом в качестве примера варианте осуществления изобретения агент, служащий для уменьшения плотности, содержит микроэлемент в виде химического газообразующего агента или разнообразия химических газообразующих агентов, каждый из которых предназначен для вступления в реакцию с эмульсией, как только он будет впрыснут в нее, чтобы образовать внутри эмульсии весьма малые пузырьки. Примеры химического газообразующего агента (агентов) включают в себя, но без ограничения указанным, нитриты, перекиси и карбонаты.
Еще в одном взятом в качестве примера варианте осуществления изобретения агент, служащий для уменьшения плотности, содержит сжатый газ. Сжатый газ вводят в эмульсию, выполняя при этом функцию введения в эмульсию пузырьков. Примеры сжатого газа включают в себя, но без ограничения указанным, азот, гелий, аргон и воздух.
Согласно приведенному выше обсуждению агент, уменьшающий плотность, вводят далее по ходу от пятого сопла 322. В настоящем изобретении предусмотрены другие места впрыска. Точнее, агент, уменьшающий плотность, может быть введен в таком месте, чтобы исключить необходимость использования шестого сопла 392. Например, как показано, насос 380 может быть предназначен для впрыска агента, уменьшающего плотность, во второй или остающийся поток раствора окислителя до его перемещения через четвертое сопло 314 и во вторую смесительную камеру 318. Как вариант, агент, уменьшающий плотность, может быть впрыснут непосредственно в первую смесительную камеру 284, где вся фаза в виде горючего объединена, по меньшей мере, с частью фазы в виде раствора окислителя. В случае этих примеров перемешивание агента, уменьшающего плотность, с эмульсией выполняют в течение стадий формирования и улучшения. Для эффективного уменьшения плотности эмульсии могут быть пригодны и другие места. Конкретный тип инжектора, используемого для впрыска в систему агента, уменьшающего плотность, может содержать спеченный выпускной глушитель из нержавеющей стали. Кроме того, скорость потока воздуха может быть отрегулирована для доведения до минимума величины разбрызгивания.
На фиг.3 дополнительно представлен водяной инжектор 410, предназначенный для расположения водяного кольца вокруг эмульсионного продукта перед его подачей. Водяной инжектор 410 сообщен с источником воды 402 для получения из него воды, которая также может проходить через обратный клапан 406. Местоположение водяного инжектора 410 показано находящимся далее по ходу от клапана 330 для сдвигового воздействия и непосредственно перед вводом эмульсионного продукта в систему подачи 234. Водяное кольцо используют для содействия подаче эмульсионного продукта к предназначенному для него месту, например, вниз в буровую скважину, что обычно предполагается в этой области.
Здесь следует заметить, что система 210 для изготовления и подачи эмульсии содержит различные клапаны, измерители и датчики для управления работой в системе и для ее контроля. Например, в подающей линии, соединяющей насос 220 для раствора окислителя с первым соплом 272, находятся перепускной клапан 244, расходомер 248, датчик/преобразователь давления 252, проходной запорный вентиль 260 и обратный клапан 268. Каждый из них функционирует так, чтобы оказывать содействие операторам системы при изготовлении и подаче эмульсии. В линии подачи, соединяющей насос 220 для раствора окислителя с четвертым соплом 314, находится большое количество подобных компонентов, таких как проходной запорный вентиль 294, расходомер 302 и обратный клапан 310. Подобные компоненты также могут быть расположены между клапаном 330 для сдвигового воздействия и системой подачи 234, например такие, как датчик/преобразователь давления 334 и трехходовой шаровой клапан 342. Квалифицированным специалистам в этой области будет понятно, что в систему могут быть встроены или введены другие типы клапанов, систем и т.д.
На фиг.5 представлен подробный вид с вырезом сопла, которое может быть использовано в системе согласно настоящему изобретению и которое соответствует одному варианту его осуществления, взятому в качестве примера. Здесь следует заметить, что любое из описанных выше первого, второго, третьего и четвертого сопел может быть сконструировано подобно соплу, представленному на фиг.5. Как показано, сопло 418 содержит центральный канал 420 и отверстие 424 уменьшенного диаметра, откуда выходит эмульсия. Внутри центрального канала 420 находится статический смеситель 432, предназначенный для обеспечения быстрого вращения эмульсии и для сдвигового воздействия на эмульсию перед ее выходом из отверстия 424 сопла. Сопло 418 дополнительно может содержать резьбовую нарезку 428, образованную на всей или на части его наружной поверхности для возможности введения сопла 418 в опорную конструкцию с целью крепления сопла 418 в надлежащем месте, так чтобы отверстие 424 было направлено в смесительную камеру.
Для специалистов в этой области техники будет понятно, что описанное выше сопло может быть изменено по размеру и конфигурации в зависимости от места его расположения в системе, желаемого расхода, касающегося различных фаз, или проходящей через него формируемой эмульсии. Кроме того, сопла могут быть скомпонованы без нахождения в них статического смесителя.
В настоящем изобретении дополнительно предусмотрены другие типы немеханических смесительных и/или примешивающих средств, служащих для перемешивания фаз в виде горючего и раствора окислителя, и для формирования эмульсии, а также для улучшения образованной эмульсии. Например, вместо двух противоположно расположенных сопел в одном конкретном варианте конструкции может находиться статический смеситель, при этом будет обеспечено одновременное захождение фаз в виде горючего и раствора окислителя, и статический смеситель будет функционировать для формирования эмульсии из этих двух фаз. В этом варианте статический смеситель также может быть использован для замены различных сопел, служащих для улучшения эмульсии, например, обсужденных выше пятого и шестого сопел. Вместо улучшения эмульсии посредством использования сопел, она может быть улучшена посредством использования одного или более статических смесителей.
Другие варианты могут включать в себя комбинацию сопла и статического смесителя. В таком варианте фазы в виде горючего и раствора окислителя могут быть перемешаны друг с другом и поданы через сопло. Сопло может обеспечивать впрыск перемешанных фаз в статический смеситель. В этом случае, хотя и будет выполнено перемешивание друг с другом фаз в виде горючего и раствора окислителя, они не будут перемешаны в достаточной степени или с достаточной энергией для формирования эмульсии перед ее входом в статический смеситель.
Еще в одном варианте осуществления изобретения, взятом в качестве примера, фазы в виде горючего и раствора окислителя могут быть поданы через отдельные сопла, нацеленные на одну или более отклоняющие пластины, удерживаемые внутри смесительной камеры, и в этом случае происходит не непосредственное столкновение фаз в виде горючего и раствора окислителя, а их косвенное столкновение друг с другом. Отклоняющие пластины могут находиться в любом количестве и могут иметь любую конфигурацию, необходимую для формирования эмульсии.
2
2
На фиг.6 представлено графическое изображение значений давления в системе, взятой в качестве примера, на каждой стадии, и остаточное давление, которое имеется непосредственно перед подачей эмульсионного продукта. Как показано, начальное манометрическое давление в системе приблизительно составляет 500 фунтов/дюйм, обеспечиваемое источниками давления, позволяющими перемещать различные фазы в виде раствора окислителя и горючего. Когда эмульсия изготовлена и улучшена, происходит некоторое изменение давления и, в частности, некоторое падение давления. Однако планируют и рассчитывают так, чтобы начальное давление было достаточным для обеспечения остаточного манометрического давления 462, составляющего примерно 100 фунтов/дюймв конце всех стадий изготовления и/или улучшения, и непосредственно перед подачей эмульсионного продукта. Первое значительное падение давления 450 происходит в первой смесительной системе, где фазу в виде раствора окислителя перемешивают с фазой в виде горючего для формирования эмульсии, богатой горючим. Второе значительное падение давления 454 происходит во второй смесительной системе, где обеспечивают смешивание богатой горючим эмульсии со второй или остающейся частью фазы в виде раствора окислителя для формирования эмульсии, более уравновешенной в отношении кислорода. Другие падения давления, такие как падение давления 458, происходят в течение улучшения эмульсии, например, когда ее пропускают через клапан для сдвигового воздействия, чтобы получить желаемую вязкость. Следует заметить, что график согласно фиг.6 предназначен для иллюстрации падения давления по времени, когда происходит образование и/или улучшение эмульсии. Фактически могут происходить дополнительные изменения давления, отличающиеся от тех, которые здесь представлены. Например, изменение давления может происходить тогда, когда эмульсию подвергают воздействию сжатого газа для уменьшения ее плотности.
Приведенный далее пример (примеры) иллюстрирует эксперименты, выполненные для создания и подачи эмульсии с использованием способа и системы согласно изобретению. Эти эксперименты не предназначены для того, чтобы вводить какие-либо ограничения и, следовательно, их не следует считать таковыми.
Пример 1
Была образована композиция в виде эмульсионного взрывчатого вещества, при этом получаемое количество составляло 500 фунтов в минуту (500 ф/мин). Фаза в виде горючего с эмульсификатором была подана под давлением через первое сопло с расходом 30 фунтов в минуту (30 ф/мин). Часть фазы в виде раствора окислителя была подана под давлением посредством насоса Waukesha через второе сопло с расходом 235 фунтов в минуту (235 ф/мин). Фаза в виде раствора окислителя была разделена для того, чтобы быстрее и эффективнее формировать эмульсию. Первое и второе сопла были ориентированы противоположно по отношению друг к другу, так чтобы их выходные окна или отверстия были обращены непосредственно друг к другу. Начальные давления, создаваемые каждым из насосов для фазы в виде горючего и фазы в виде раствора окислителя, обеспечивали столкновение фазы в виде горючего с имеющимся в ней эмульсификатором с частью фазы в виде раствора окислителя внутри смесительной камеры для формирования богатой горючим эмульсии или эмульсии с высоким содержанием горючего. Полученная эмульсионная смесь с высоким содержанием горючего затем была подана через третье сопло, ориентированное перпендикулярно первому и второму соплам. Четвертое сопло было ориентировано в положении, противоположном по отношению к третьему соплу, так что было обеспечено столкновение улучшенной эмульсии с высоким содержанием горючего, подаваемой через третье сопло, со второй частью фазы в виде раствора окислителя, подаваемой через четвертое сопло. Вторая часть фазы в виде раствора окислителя была подана под давлением через четвертое сопло в количестве 235 фунтов в минуту (235 ф/мин). Полученная эмульсия, более уравновешенная в отношении кислорода, затем была принудительно подана через пятое сопло, которое было ориентировано перпендикулярно третьему и четвертому соплам, чтобы улучшить эмульсию путем ее загущения. Продукт, выходящий из пятого сопла, содержал эмульсионное взрывчатое вещество. Было установлено, что в этот момент вязкость эмульсии составляла порядка 6500 сантипуаз при 85°С (#6, 50 об/мин оси). Эмульсия, как таковая, была подвергнута воздействию устройства для регулирования вязкости или клапана, предназначенного для сдвигового воздействия (например, клапана Burket), который был расположен в линии с пятым соплом, причем непосредственно за ним и параллельно ему. Устройство для регулирования вязкости функционировало с целью загущения эмульсии до получения желаемой вязкости, при которой эмульсия была готова для ее подачи.
Пример 2
2
Этот пример подобен примеру 1. Однако сопла и расходы в приведенном выше примере были уменьшены для снижения расхода с 500 ф/мин до 200 фунтов в минуту (200 ф/мин). Кроме того, нагнетание фазы в виде горючего с эмульсификатором было обеспечено посредством шестеренного насоса через первое сопло. Нагнетание фазы в виде раствора окислителя было обеспечено посредством диафрагменного насоса высокого давления через второе сопло. Обычный насос для горючего был заменен на шестеренный насос для получения необходимых расходов при манометрических давлениях порядка 500 фунтов/дюйм. Замена насоса Waukesha для раствора окислителя на диафрагменный насос высокого давления также обеспечивает возможность создания желаемых расходов при таких повышенных давлениях.
Вновь первое и второе сопла были ориентированы в противоположных положениях по отношению друг к другу, так чтобы их выходные окна были обращены непосредственно друг к другу. Начальные давления, развиваемые каждым из насосов для фазы в виде горючего и фазы в виде раствора окислителя, обеспечивали возможность столкновения фазы в виде горючего совместно с находящимся в ней эмульсификатором, по меньшей мере, с частью фазы в виде раствора окислителя внутри смесительной камеры для формирования эмульсии, богатой горючим, или эмульсии с высоким содержанием горючего. Эмульсионная смесь с высоким содержанием горючего затем была принудительно подана через третье сопло, ориентированное перпендикулярно первому и второму соплам. Четвертое сопло было ориентировано в противоположном положении по отношению к третьему соплу, так что было обеспечено столкновение улучшенной эмульсии с высоким содержанием горючего, принудительно подаваемой через третье сопло, со второй частью фазы в виде раствора окислителя, принудительно подаваемой через четвертое сопло. Затем полученная эмульсия была принудительно подана через пятое сопло, которое было ориентировано перпендикулярно третьему и четвертому соплам для дальнейшего выполнения процессов улучшения, которые были здесь обсуждены. Продукт, выходящий из пятого сопла, имел форму конечного эмульсионного продукта или эмульсионного взрывчатого вещества. Было установлено, что в этот момент эмульсия имела вязкость порядка 6500 сантипуаз при 85°С (#6, 50 об/мин оси). Эмульсия, как таковая, была подвергнута воздействию в устройстве для регулирования вязкости или в клапане для сдвигового воздействия (например, в клапане Burkert), который был установлен в линии с пятым соплом, причем непосредственно после него и параллельно ему. Устройство для регулирования вязкости функционировало с целью загущения эмульсии до получения желаемой вязкости.
Повышенное давление приводило к получению остаточного давления после того, как эмульсия была изготовлена и улучшена, и непосредственно перед ее подачей. Система подачи, используемая для подачи эмульсии к буровой скважине, как таковая, представляла собой систему подачи, работающую под давлением, в которой использовали возможность перемещения эмульсии вниз в буровую скважину посредством имеющегося остаточного давления.
В представленной ниже таблице приведены параметры системы и результаты проведенных экспериментов, указанных во втором примере.
2
2
Следует заметить, что вязкость для 60 фунтов/дюйм была получена при 20 об/мин #7, все давления по линии наблюдения имели отклонения±10 фунтов/дюйм, а раствор окислителя был разделен на два потока - поток номер 1 и поток номер 2, при этом поток номер 1 составлял 40%, а поток номер 2 составлял 60%.
В приведенном выше подробном описании изобретение изложено со ссылками на конкретные варианты его осуществления, взятые в качестве примера. Однако будет понятно, что без отклонения от объема настоящего изобретения, определенного прилагаемыми пунктами формулы изобретения, могут быть выполнены различные модификации и изменения. Подробное описание и прилагаемые чертежи носят лишь иллюстративный, а не ограничительный характер, причем все такие модификации или изменения, если они имеются, должны находиться в объеме настоящего изобретения, который здесь описан и указан.
Точнее, хотя здесь описаны иллюстративные варианты, взятые в качестве примера, настоящее изобретение не ограничено этими вариантами и включает в себя какие-либо или все варианты, содержащие модификации, пропуски, сочетания (например, согласно аспектам различных вариантов), переделки и/или изменения, которые должны быть оценены специалистами в этой области на основе приведенного выше подробного описания. Ограничения в пунктах формулы изобретения следует интерпретировать в широком смысле на основе языка, используемого в пунктах формулы изобретения, и без ограничений примерами, описанными в приведенном выше подробном описании или в течение ведения дела по заявке на патент, причем эти примеры не следует истолковывать как исключительные. Например, в представленном описании термин «предпочтительный» там, где он применен, не исключает значения «предпочтительный, но не ограниченный». Любые стадии, перечисленные в пунктах формулы изобретения, относящихся к способу или процессу, могут быть выполнены в любом порядке и не ограничены тем порядком, который представлен в пунктах формулы изобретения. Ограничения, касающиеся средства плюс функция или стадии плюс функция, будут применены только тогда, когда при ограничении конкретного пункта формулы изобретения в этом ограничении будут представлены все из следующих условий: а) точно указано «средство для» или «стадия для»; b) точно указана соответствующая функция; с) точно указаны конструкция, материал или действия, которые свидетельствуют в пользу этой конструкции. Соответственно, объем изобретения должен быть определен только прилагаемыми пунктами формулы изобретения и их дозволенными эквивалентами, а не приведенными здесь описанием и примерами.