Термическое разложение взрывчатых веществ.
С бурением глубоких и сверхглубоких скважин для поиска и разведки новых месторождений углеводородов на территориях РФ связана основная перспектива прироста запасов. В этой связи целесообразно оценить реальные возможности взрывных устройств, которые могут быть эффективно использованы при высоких температурах и давлениях в скважинах.
Сопоставление свойств различных по своему строению классов ВВ, проведённое рядом авторов, привело к следующим выводам.
Нитроэфиры имеют наибольшую мощность (теплоту взрыва, скорость детонации) и наименьшую термостабильность (до 100 0 С); нитроамины (гексоген,октоген) по мощности не уступают нитроэфирам, но обладают большей термостабильностью (190 – 200 0 С ).
Взрывчатые вещества типа неорганических солей (азиды, перхлораты) и солей, содержащих органический анион (пикраты, стифнаты), обладают наименьшей мощностью, но, предположительно, наибольшей термостабильностью.
Ароматические нитросоединения считаются наиболее перспективными в отношении оптимального сочетания мощности и термостабильности.
Для мономолекулярных реакций, когда только один вид молекул претерпевает превращение и стехиометрический коэффициент в уравнении реакции равен единице, т.е.для реакций вида АВ закон действующих масс при скорости реакции позволяет записать
(1.5)
Разделив левую и правую части уравнения на m получим
(1.6)
где: - степень распада (отношение количества разложившегося вещества к его исходному количеству); , -константа скорости реакции.
Проведём теоретический анализ и оценим максимальную температуру, при которой распавшееся количество вещества не превысит 2% от начального при следующих выдержках: 6 часов и двое суток. Сроки выдержки при высоких температурах продиктованы использованием взрывных устройств, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле и на НКТ.
Разделяя переменные и интегрируя в пределах 0- и 0–t из (1.6) получим
или - (1.7)
Из (1.7)получим связь между k и задаваемыми из практики ведения работ временем пребывания взрывного устройства в скважине -t и величиной допустимой степени распада ВВ -
(1.8) Принимаем t = 6ч = 2∙104 с, = 0,02. Тогда k6 = 10 -6 c-1
t = 48ч= 1,76· 105 с, = 0,02. Тогда k48 = 1,14· 10-7 с-1 При подстановке этих значений в выражение (1.8) для скорости реакции получим
10-6= и 1,14·10-7 = (1.9)
Окончательно для максимальной температуры применения данного ВВ в изотермических условиях из (1.9), после логарифмирования, получим
(1.10)
Проведём расчёт максимальной температуры применения ВВ со следующими характеристиками: энергия активации Е = 200 кДж/моль, lg k0 (логарифм предэкспонента равен 13с-1), универсальная газовая постоянная R = 8, 31 103 Дж∙ ( 0К )-1∙ кмоль-1
После подстановки в формулу указанных значений получим = 550 0К или Т = 2770С. и = 523 0 К или 250 0 С
Следует учесть, что предэкспонент вычисляют по частоте валентных колебаний конкретного ВВ и его логарифм lgk0 варьирует в диапазоне от 6,8 до 19 с-1.
В Таблице № 1.12 приведены кинетические параметры реальных ВВ, определённые в изотермических условиях экспериментальным путём , а также максимальные расчётные температуры.
Таблица №1.12
Кинетические характеристики термораспада некоторых ВВ
и расчётные значения максимальных температур.
№ п/п | Взрывчатое вещество | Температура плавления 0С | Энергия активации кДж/моль | , с -1 | Макси- мальная Т, 0С |
Тротил | 10,2 | ||||
Тринитробензол | 122,5 | 10.9 | |||
ГНДС | |||||
Термол | 11,7 | ||||
НТФА | 11.5 |
Выполненные расчёты показывают, что предельные температуры применения взрывных устройств падают с ростом времени нахождения последних в скважинах. Так, увеличение времени нахождения заряда ВВ в скважине с 6-и часов до 2-х суток, снизило предельную температуру применения на 27 0С.
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 940;