震源弹定时失效控制装置

摘要

本发明公开了一种震源弹定时失效控制装置，包括一外筒及设置于外筒内腔底部的炸药，外筒内腔的上部设有用于放置雷管的圆柱，与外筒内腔上部的圆柱管相并列还分布有圆柱锥形管；圆柱锥形管内腔下部填充有失效控制液，且圆柱锥形管内壁设有置于失效控制液液面下方的限位圈，工字件于圆柱锥形管内腔、且在失效控制液液面上方，工字件外侧圆柱锥形管管壁上开有连通孔；工字件上端搭接有圆柱锥形管外盖，工字件上端与圆柱锥形管外盖之间填充有吸液膨胀材料；工字件通过○型密封圈与圆柱锥形管密封；外筒顶壁通过外盖密封。本发明能够有效保持震源弹壳体的密封状态，确保震源弹爆炸功能；在出现哑弹的情况下，能定时地控制震源弹的失效时间。

权利要求

1.震源弹定时失效控制装置，包括一外筒(1)及设置于外筒(1)内腔底部的炸药(6)，外筒(1)内腔的上部设有用于放置雷管的圆柱管(8)，其特征在于，所述与外筒(1)内腔上部的圆柱管(8)相并列还分布有底部成密封结构的圆柱锥形管(10)；所述圆柱锥形管(10)内腔下部填充有失效控制液(5)，且圆柱锥形管(10)内壁设有置于失效控制液(5)液面下方的限位圈(9)，工字件(3)紧配合于圆柱锥形管(10)内腔、且在失效控制液(5)液面上方，工字件(3)外侧的圆柱锥形管(10)管壁上开有连通孔(11)；工字件(3)的上端搭接有圆柱锥形管外盖(7)，在工字件(3)上端与圆柱锥形管外盖(7)之间填充有吸液膨胀材料(4)；所述工字件(3)通过○型密封圈(13)与圆柱锥形管(10)密封；所述外筒(1)顶壁通过外盖(2)密封。

2.根据权利要求1所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述工字件(3)由截面呈工字形的外管嵌套中空管(14)构成，工字形外管上部管口内腔为介质通道(12)，工字形外管与中空管(14)相嵌套的一侧壁设反应界面孔(15)；沿工字形外管上部翼缘周壁上设有镶嵌○型密封圈(13)的凹槽，工字形外管下部翼缘为限位顶板(17)，限位顶板(17)上垂直均布有透孔(16)。

3.根据权利要求1所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述圆柱锥形管外盖(7)为中心设有外通孔(18)、且周壁向下延伸并套接于圆柱锥形管(10)上顶壁的端盖结构；外通孔(18)与圆柱锥形管(10)内腔工字件(3)的介质通道(12)相连通。

4.根据权利要求1所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述外筒(1)与外盖(2)之间、圆柱锥形管外盖(7)与圆柱锥形管(10)之间采用热合、铆合或螺纹连接密封，密封承液体介质压力为0～0.3Mpa。

5.根据权利要求1所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述圆柱锥形管外盖(7)和密封圈(13)的材质为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯材料。

6.根据权利要求1所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述吸液膨胀材料(4)为丙烯酸吸水树脂、丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂或丙烯酸-淀粉吸水树脂。

7.根据权利要求1所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述失效控制液(5)为甲酸、苯甲酸、乙二酸或乙酸溶液。

8.根据权利要求2所述的震源弹定时失效控制装置，其特征在于，所述中空管(14)材质为铁、铝、镁、铜或钛。

说明书

震源弹定时失效控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及地质勘探和油田勘测用震源弹的失效控制，特别是一种震源弹定时失效控制装置。

背景技术

[0002] 震源弹在地质勘探和油田勘测中被广泛使用，其主要结构为在特定形状的密封容器内装配一定质量的高能量炸药，在强光、强热、或电磁波的激发下，炸药通过雷管引爆，产生高的能量和振动波。借助特定的分析方法，对产生的能量和振动波进行分析，从而判断地质状况和油田状况，为地质勘探和油田勘测提供可靠的数据，因此，震源弹及其技术在地质勘探和油田勘测中有着重要的地位和作用。但是，由于生产、装配、运输、施工和引爆等环节中存在偶然的不可控因素，造成极少数的震源弹不能被正常引爆，形成哑弹，由于哑弹的壳体材料为耐酸、耐碱和耐绝大数溶剂腐蚀的聚合物，需要几十年甚至上百年才能被环境降解从而使壳体失去密封特性，壳体内的炸药才能因混合液体介质而丧失爆炸功能。显然，在一定的时间内(一般为1～3个月)，为确保后续施工和周边环境的安全，必须对哑弹进行排除。

[0003] 排除哑弹的传统方式是工程挖掘，即对通过GPS技术对未引爆的哑弹进行定位后，工程人员通过挖掘的办法将埋入地下的哑弹挖出排除，该法的组要缺点有二：一是挖掘过程有安全隐患，不当的施工方式可能引爆哑弹，造成人员伤亡；二是挖掘影响施工进度，导致工程造价升高。

[0004] 除该传统的排除方法外，可选用的方法还有降解壳体法、电子控制法。降解壳体法的实现方式是利用可降解塑料制备震源弹壳体，这种材质在环境中经过一定的时间后将会降解，使壳体失去密封特性，达到控制哑弹的目的。但该材料没有被大量推广使用，有几方面的原因：一是由于影响高聚物材料在液体介质中变化的因素太多，还有许多科学技术问题尚待解决，所以哑弹的失效时间无法精确控制；二是可降解塑料较当前震源弹使用的壳体材料价格高十倍左右，推广使用的市场阻力较大。

[0005] 电子控制法的主要原理是在震源弹壳体上安装定时引爆器(也称定时炸弹)，当出现哑弹后，可通过外部信号或引爆器自带的定时信号使引爆器爆炸，破坏哑弹的壳体密封性。该法的主要优点是失效时间控制非常精准。缺点主要有：一是引爆器本生的电信号对震源弹的安全引爆有干涉，提高了震源弹引爆的技术要求；二是引爆器的生产、安装、运输和使用要求非常严格，也会增加震源弹的整体成本；三是在引爆引爆器时，可能导致哑弹被引爆，带来安全事故。

[0006] 因此，发明一种震源弹定时失效控制装置成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种震源弹定时失效控制装置，该定时失效装置能与市场上使用的震源弹壳体有效兼容，在不改变现有震源弹的使用方式和性能要求情况下，能够有效地保持震源弹壳体的密封状态，确保震源弹爆炸功能；在出现哑弹的情况下，能定时地控制震源弹的失效时间，为一种高效、低廉、安全和便于操作的排除哑弹的装置。

[0008] 本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

[0009] 震源弹定时失效控制装置，包括一外筒及设置于外筒内腔底部的炸药，外筒内腔的上部设有用于放置雷管的圆柱管，所述与外筒内腔上部的圆柱管相并列还分布有底部成密封结构的圆柱锥形管；所述圆柱锥形管内腔下部填充有失效控制液，且圆柱锥形管内壁设有置于失效控制液液面下方的限位圈，工字件紧配合于圆柱锥形管内腔、且在失效控制液液面上方，工字件外侧的圆柱锥形管管壁上开有连通孔；工字件的上端搭接有圆柱锥形管外盖，在工字件上端与圆柱锥形管外盖之间填充有吸液膨胀材料；所述工字件通过○型密封圈与圆柱锥形管密封；所述外筒顶壁通过外盖密封。

[0010] 本发明进一步的特征在于：

[0011] 所述工字件由截面呈工字形的外管嵌套中空管构成，工字形外管上部管口内腔为介质通道，工字形外管与中空管相嵌套的一侧壁设反应界面孔；沿工字形外管上部翼缘周壁上设有○型密封圈的凹槽，工字形外管下部翼缘为限位顶板，限位顶板上垂直均布有透孔。

[0012] 所述圆柱锥形管外盖为中心设有外通孔、且周壁向下延伸并套接于圆柱锥形管上顶壁的端盖结构；外通孔与圆柱锥形管内腔工字件的介质通道相连通。

[0013] 所述外筒与外盖之间、圆柱锥形管外盖与圆柱锥形管之间采用热合、铆合或螺纹连接密封，密封承液体介质压力为0～0.3Mpa。

[0014] 所述圆柱锥形管外盖和密封圈的材质为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯材料。

[0015] 所述吸液膨胀材料为丙烯酸吸水树脂、丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂或丙烯酸-淀粉吸水树脂。

[0016] 所述失效控制液为甲酸、苯甲酸、乙二酸或乙酸有机酸类溶液。

[0017] 所述中空管材质为铁、铝、镁、铜或钛的金属材料。

[0018] 本发明相对于现有排除哑弹可能使用的工程挖掘法、降解壳体法和电子控制法等方法具有下述有益效果：

[0019] 1)成本低廉。同是排除一枚哑弹，使用本发明装置的定时失效控制法其成本仅为工程挖掘法的3％，价格优势明显。

[0020] 2)安全性高。本发明涉及的定时失效装置本身不含任何电子元器件，没有电磁信号，不会附加安全风险，不会对震源弹的引爆产生电磁干扰，影响震源弹的正常使用性能。

[0021] 3)失效时间可调节。在失效时间(从震源弹被埋入地下接触液体介质至液体介质进入震源弹壳体致震源弹失效的时间段)内，装置及震源弹壳体保持密封状态，震源弹的一切性能不受影响；震源弹被引爆后，如果存在哑弹，超过失效时间，可根据工期的需要，通过调整失效控制液配方和中空管材质种类来调整失效时间后，液体介质流入壳体内，壳体密封性将被破坏，炸药吸水后导致哑弹失效。本发明为一种高效、低廉、安全和便于操作的排除哑弹的装置，能够为震源弹在地质勘探和油田勘测中的广泛使用提供技术安全保障。

附图说明

[0022] 图1是本发明定时失效控制装置剖面图。

[0023] 图2是本发明定时失效控制装置工字件3剖视图。

[0024] 图3是本发明定时失效控制装置圆柱锥形管外盖7剖视图。

[0025] 图中：1、外筒；2、外盖；3、工字件；4、吸液膨胀材料；5、失效控制液；6、炸药；7、圆柱锥形管外盖；8、圆柱管；9、限位圈；10、圆柱锥形管；11、连通孔；12、介质通道；13、○型密封圈；14、中空管；15、反应界面孔；16、透孔；17、限位顶板；18、外通孔。

具体实施方式

[0026] 下面通过具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

[0027] 如图1所示，本定时失效控制装置由7个独立的部分组合而成：即外筒1，外盖2，工字件3，吸液膨胀材料4，失效控制液5，炸药6，圆柱锥形管外盖7；该震源弹定时失效控制装置，具体结构为，包括一外筒1及设置于外筒1内腔底部的炸药6，外筒1内腔的上部设有用于放置雷管的圆柱管8，其中，所述与外筒1内腔上部的圆柱管8相并列还分布有底部成密封结构的圆柱锥形管10；所述圆柱锥形管10内腔下部填充有失效控制液5，且圆柱锥形管10内壁设有置于失效控制液5液面下方的限位圈9，工字件3紧配合于圆柱锥形管10内腔、且在失效控制液5液面上方，工字件3外侧的圆柱锥形管10管壁上开有连通孔11；工字件3的上端搭接有圆柱锥形管外盖7，在工字件3上端与圆柱锥形管外盖7之间填充有吸液膨胀材料4；工字件3通过○型密封圈13与圆柱锥形管10密封；外筒1顶壁通过外盖2密封。

[0028] 如图2所示，本发明的结构中，工字件3由截面呈工字形的外管嵌套中空管14构成，工字形外管上部管口内腔为介质通道12，工字形外管与中空管14相嵌套一侧壁设反应界面孔15；沿工字形外管上部翼缘周壁上设有○型密封圈13的凹槽，工字形外管下部翼缘为限位顶板17，限位顶板17上垂直均布有透孔16。

[0029] 图2所示的中空管14用注塑的塑料加工工艺埋在工字件3内，工字件3上套有○型密封圈13，该设计能保证工字件3在圆柱锥形管10内运动时，定时失效控制装置外部的液体介质不会进入外筒1内。

[0030] 如图3所示，本发明的结构中，圆柱锥形管外盖7为中心设有外通孔18、周壁向下延伸且套接于圆柱锥形管10上顶壁的端盖结构；外通孔18与圆柱锥形管10内腔工字3的介质通道12相连通。

[0031] 圆柱锥形管外盖7被固定在外筒1上，在吸液膨胀材料4溶胀时，保证了溶胀推力使工字件3向圆柱锥形管10的尖端部分移动；圆柱锥形管外盖7上的外通孔18提供液体介质通道的作用。

[0032] 外筒1与外盖2之间、圆柱锥形管外盖7与圆柱锥形管10之间采用热合、铆合或螺纹连接密封，密封承压液体介质压力为0～0.3Mpa。

[0033] 本发明装置中，限位圈9在圆柱锥形管10内壁，呈凸起环状，凸高1～20mm之间，其主要功能是：当将工字件3的限位顶板17被吸液材料4推至限位圈9时，将工字件3定位不再向圆柱锥形管10的尖端部分移动。

[0034] 本发明装置中，外筒1、外盖2、工字件3、圆柱锥形管外盖7和密封圈13的材质为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯材料。炸药6可以是硝酸铵、三硝基甲苯(TNT)。吸液膨胀材料4是粉状(或有一定外形)的丙烯酸吸水树脂、丙烯酸-丙烯酰胺吸水树脂或丙烯酸-淀粉吸水树脂等高分子溶胶凝胶化合物。失效控制液5是甲酸、苯甲酸、乙二酸或乙酸有机酸类溶液。中空管14材质是铁、铝、镁、铜或钛的金属材料。

[0035] 本发明的原理是，在震源弹不能被正常引爆、形成哑弹的情况下，外部液体介质通过圆柱锥形管10上端的圆柱锥形管外盖7中心的外通孔18端口，向设在圆柱锥形管外盖7内的吸液膨胀材料4渗透，导致吸液膨胀材料4溶胀，推动工字件3沿圆柱锥形管10内壁向管体下方尖端方向移动，将工字件3的限位顶板17推至限位圈9处，工字件3的限位顶板17与失效控制液5接触；同时，失效控制液5从透孔16流至反应界面孔15处，将反应界面孔15浸入失效控制液5中；失效控制液5与中空管14进行化学反应，经过失效时间，中空管14在反应界面孔15处的管壁被反应穿孔。此时，定时失效控制装置外部的液体介质由外通孔18通过介质通道12从反应界面孔15处流入圆柱锥形管10内后，再经由连通孔11流入外筒1中，炸药6将吸水，哑弹失效。

[0036] 致使吸液膨胀材料4膨胀的液体可也为水溶液、油溶液或油水悬浮液；吸液温度0℃～100℃之间，压力0Mpa～1Mpa之间，失效控制液5与中空管14进行化学反应温度在
0℃～80℃之间。失效控制液5的摩尔浓度在万分之一至200之间。吸液膨胀材料4用量在1毫克至100克之间，其形状可为粉状或其他形状。

[0037] 本发明具有两个功能：

[0038] a、本定时失效控制装置在失效时间内要求有良好的密封性能，其原理是：外筒1与外盖2之间、圆柱锥形管外盖7与圆柱锥形管10之间可采用热合、铆合或螺纹连接等方式进行密封，各密封能承受至0.3Mpa的液体介质压力；中空管14用注塑的塑料加工工艺被埋在工字件3内，工字件3上套有○型密封圈13，该设计能保证工字件3在圆柱锥形管10内运动时，定时失效控制装置外部的液介质不会进入外筒1内。

[0039] b、本定时失效控制装置在失效时间外要求失去密封性能，其原理是：液体介质作用下，吸液膨胀材料4吸液溶胀，推动工字件3向圆柱锥形管10的尖端方向移动，将工字件3的限位顶板17推至限位圈9处，将反应界面孔15浸入失效控制液5中，失效控制液5与中空管14在反应界面孔15接触后，中空管14与失效控制液5发生化学反应致使中空管14沿着反应界面孔15穿孔，液体介质通过介质通道12流入圆柱锥形管10内后，再经由连通孔11流入外筒1中，装置失去密封性。

[0040] 本发明失效控制原理通过两个控制过程实现。第一控制过程：在外部液体介质作用下，在圆柱锥形管10内，吸液膨胀材料4吸液溶胀，推动工字件3向圆柱锥形管10的尖端方向移动，将工字件3的限位顶板17推至限位圈9处，将反应界面孔15浸入失效控制液5中。第二控制过程：失效控制液5与中空管14在反应界面孔15接触后，中空管14与失效控制液5发生化学反应，经过失效时间，中空管14沿着反应界面孔15被溶解，液体介质通过介质通道12流入圆柱锥形管10内后，再经由连通孔11流入外筒1中，炸药6与液体介质混合，哑弹失效。

[0041] 该装置实施后，可根据工期要求调整震源弹失效时间，工期结束后，无需再对哑弹进行挖掘，在节约工程成本的同时消除了哑弹对人和环境造成的安全隐患。

[0042] 以上所述，仅是本发明针对本发明的震源弹定时失效控制装置实施例，上述实施例并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术方案所给出的范围和对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。