КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД ДЛЯ ПЕРФОРАТОРА Российский патент 1995 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к промышленной геофизике и может быть использовано для вскрытия и повышения приемистости пластов в обсаженных скважинах при добыче нефти и газа.

Известно техническое решение, в котором кумулятивный заряд содержит кумулятивную облицовку, шашку взрывчатого вещества с размещенным в нем автономно инертным металлическим вкладышем сферической формы [1] Инициирование кумулятивного заряда осуществляется передаточным детонатором, выполненным из металла с постепенным сужением полости, которая заполняется взрывчатым веществом. В данной конструкции инициирование заряда осуществляется торцом передаточного устройства, и детонационная волна благодаря инертному вкладышу более благоприятно подходит к кумулятивной облицовке, и эффективность такого кумулятивного заряда для перфоратора возрастает.

Данная конструкция детонатора, имеющего между основным и дополнительным зарядами взрывчатого вещества инертное тело, диаметр которого меньше диаметра дополнительного заряда [2] не позволяет осуществить инициирование основного заряда в направлении, перпендикулярном оси, и использовать такое техническое решение в кумулятивных зарядах с целью минимизации их размеров. Кроме того инициирующее взрывчатое вещество дополнительного заряда возбуждается накольником, который, проникая в линзовый узел (тальк), меняет форму инертного тела, искажая форму детонационного фронта в основном бризантном взрывчатом веществе, что неприемлемо для кумулятивных зарядов.

Однако данной конструкции сопутствуют следующие недостатки. Технология изготовления анализируемой конструкции трудоемка, а дальнейшее формирование шашки взрывчатого вещества после установки инертного вкладыша может привести к его смещению, что приведет к нестабильности действия изделия.

Более близким техническим решением к предлагаемому является кумулятивный заряд, содержащий кумулятивную облицовку, массивный стальной корпус и основной заряд взрывчатого вещества, в верхней части которого установлен инертный вкладыш конической формы, впрессованный в массу заряда. Основной заряд возбуждается дополнительным зарядом, расположенным в полости корпуса в верхней его части. После возбуждения дополнительного заряда происходит инициирование ВВ основного заряда, расположенного выше вкладыша, в направлении, близком к нормальному.

Данному устройству характерны следующие особенности, которые не могут быть реализованы в малогабаритных кумулятивных зарядах для перфораторов. Толстостенный стальной корпус с полостью для размещения дополнительного заряда и разрывной заряд с впрессованной в него линзой трудоемки в изготовлении, а их конструкция объемна и не позволяет реализовать ее в малогабаритных изделиях.

В пользу отмеченных недостатков аналога и прототипа свидетельствует тот факт, что ни в одной из применяемых конструкций кумулятивных зарядов для перфораторов не используется передаточный детонатор с линзовым (инертным) вкладышем. Кроме того данная конструкция не может быть самостоятельно испытана на надежность действия.

Целью изобретения является повышение пробивной способности, технологичности изготовления и уменьшения габаритов за счет инициирования заряда в направлении, перпендикулярном его оси.

Цель достигается тем, что в известной конструкции кумулятивного заряда, включающего инертный вкладыш, обойму и заряд взрывчатого вещества, инертный вкладыш, заряд взрывчатого вещества и обойма помещены в тонкостенную гильзу диаметром 0,46-0,70 диаметра основания кумулятивной облицовки, дно которой удалено от вершины облицовки на расстоянии 0,06-0,14 диаметра основания облицовки. При этом инертный вкладыш выполнен в виде диска из пористого материала, а массивная металлическая обойма в виде шайбы, диаметр центрального канала которой составляет 0,12-0,18 диаметра основания облицовки. Кроме того для увеличения инициирующего импульса в направлении, перпендикулярном оси заряда, между инертным вкладышем и размещенным над ним взрывчатым веществом установлена металлическая прокладка, выполненная из металла, динамический импеданс которого выше, чем у материала инертного вкладыша.

Сопоставление предлагаемого технического решения с прототипом позволяет выявить следующие новые признаки: размещение инертного вкладыша, металлической шайбы и взрывчатого вещества, заключенного между ними, в тонкостенной металлической гильзе диаметром 0,46-0,70 диаметра основания кумулятивной облицовки, удаленной от вершины облицовки на 0,06-0,14 диаметра основания облицовки, причем инертный вкладыш выполнен из пористого материала, а диаметр центрального канала шайбы составляет 0,12-0,18 диаметра основания облицовки. Кроме того, к новым признакам относится размещение между инертным вкладышем и взрывчатым веществом над ним металлической прокладки, динамический импеданс материала которой выше, чем у материала инертного вкладыша. Это позволяет сделать вывод о наличии критерия изобретения "Новизна".

Изучение технических решений в данной и смежных областях не позволило выявить совокупность признаков, отличных от прототипа, что позволяет сделать вывод о наличии критерия "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема конструкции кумулятивного заряда; на фиг.2 конструкция линзового передаточного детонатора.

В корпусе 1 содержатся передаточный детонатор 2, непосредственно вставленный в шашку взрывчатого вещества 3 с кумулятивной облицовкой 4. Шашка взрывчатого вещества с перечисленными деталями фиксируется в корпусе манжетой 5. Передаточный детонатор состоит из тонкостенной металлической гильзы 6, массивной металлической шайбы 7, металлической прокладки 8, фольги 9, препятствующей высыпанию взрывчатого вещества 10, 11. На дно гильзы запрессовано пористое вещество (вкладыш 12).

Распространяющаяся по детонирующему шнуру детонационная волна инициирует взрывчатое превращение в канале шайбы 7, содержащей взрывчатое вещество 11 меньшей плотности (большей чувствительности). В дальнейшем параметры детонационной волны усиливаются в слое взрывчатого вещества 10 большей плотности. После выхода детонационного фронта на боковую поверхность гильзы происходит инициирование основного заряда. Давление во фронте инициирующей ударной волны повышается за счет отражения детонационной волны от прокладки с высоким динамическим импедансом и формирования Маховского фронта, направление распространения которого близко к нормальному по отношению к оси заряда. При распространении детонационной волны по шашке взрывчатого вещества 3 за счет огибания взрывонепроводящего вкладыша 12 формируется сходящейся тороидальный фронт, за счет которого повышается импульс давления на поверхность метаемой кумулятивной облицовки 4, что обеспечивает увеличение энергии и эффективной длины кумулятивной струи, а следовательно, и увеличение пробивной способности заряда.

Тонкостенная гильза диаметром 0,46-0,70 диаметра основания облицовки размещалась в заряде на расстоянии 0,06-0,14 диаметра основания облицовки от вершины кумулятивной облицовки. Кумулятивная облицовка составлялась из двух конусов с толщинами 0,6 мм для медного и 0,6 мм для алюминиевого. Угол раствора составной облицовки 75о, диаметр основания 34 мм. Заряд взрывчатого вещества (октоген) массой 21 г имел плотность 1,7 г/см3. Инициирование заряда осуществлялось детонирующим шнуром ДШТ-200.

Расстояние от тонкостенной гильзы (передаточного детонатора) до вершины кумулятивной облицовки определялось из экспериментальных данных, приведенных в табл. 1. Каждое значение устанавливалось на основании 5 параллельных опытов. Диаметр гильзы составлял 0,46, диаметр центрального канала шайбы 0,15 диаметра основания облицовки.

Как видно из данных табл.1, наилучшие результаты достигаются на расстояниях 0,06-0,14 диаметров основания облицовки. При этом нижняя граница указанного диапазона принята из соображений технологической безопасности изготовления кумулятивных зарядов методом прессования, так как при дальнейшем уменьшении расстояния между дном металлической гильзы инициирующего устройства и вершиной кумулятивной облицовки может произойти защемление взрывчатого вещества и его взрыв. Данные опыты и все последующие выполнялись с кумулятивными зарядами в бумажно-волокнистом корпусе. Последняя серия опытов свидетельствует, что наличие дополнительного детонатора (фиг.2) оказывает положительное влияние на функционирование кумулятивного заряда.

Влияние диаметра тонкостенной гильзы с инертным вкладышем на действие кумулятивного заряда показано в табл. 2. В этом случае расстояние от дна гильзы до вершины облицовки составляло 0,06, а диаметр канала в шайбе 0,15 диаметра основания облицовки.

Как следует из приведенных результатов, тенденция увеличения пробития преграды от 0,46 до 0,70 диаметра основания облицовки весьма мала: при увеличении от 0,59 до 0,70 всего 1,6% при этом масса ВВ заряда (при плотности 1,73 г/см³ увеличивается с 23 до 26 г). Дальнейшее увеличение диаметра инициирующего устройства повлечет за собой еще больший рост массы взрывчатого вещества в кумулятивном заряде. Это в свою очередь резко снизит живучесть перфораторов и увеличит отрицательное воздействие взрыва на конструкцию скважины. На основании этих соображений величина диаметра дополнительного заряда была выбрана 0,46-0,70 диаметра основания облицовки.

Зависимость эффективности действия кумулятивного заряда для перфоратора от диаметра отверстия в массивной шайбе приведено в табл.3. При этом диаметр инициирующего устройства равнялся 0,46, а его расстояние от вершины облицовки 0,06 диаметра основания облицовки.

Из представленных результатов следует, что граничными значениями размера канала в шайбе являются 0,12 0,18 диаметра основания облицовки. При этом нижняя граница связана с тем, что отверстия меньшего диаметра плохо заполняются взрывчатым веществом при прессовании детонатора, условия инициирования заряда детонирующим шнуром ухудшаются.

Целесообразность применения латунной прокладки в устройстве инициирования вытекает из результатов, представленных в табл.4. Величины остальных заявляемых параметров в данном случае находились в указанных диапазонах.

Из результатов табл.4 следует, что наличие металлической прокладки толщиной 0,5 мм между линзой и слоем ВВ существенно увеличивает пробитие зарядом стальной преграды.

Использование предлагаемой конструкции кумулятивного заряда для перфоратора позволяет автоматизировать его производство, а также позволит увеличить приток нефти или газа в скважину.

Использование: при вскрытии и повышении отдачи или приемистости пластов в обсаженных скважинах при добыче нефти. Сущность изобретения: инертный вкладыш помещают с зарядом взрывчатого вещества и обоймой в гильзу, дно которой отстоит от вершины облицовки на 0,13 - 0,5 ее диаметра, равного 0,35 - 0,7 диаметра кумулятивной облицовки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

1. КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД ДЛЯ ПЕРФОРАТОРА, содержащий корпус с шашкой взрывчатого вещества, кумулятивную облицовку, инертный вкладыш, металлическую шайбу с центральным каналом и размещенное между ними взрывчатое вещество, связанное с детанирующим шнуром, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности действия, уменьшения габаритов за счет инициирования заряда в направлении, перпендикулярном его оси, и повышения технологичности изготовления при одновременном обеспечении безопасности изготовления заряда, он снабжен гильзой, установленной в корпусе, дно которой удалено от вершины кумулятивной облицовки на 0,15 0,5 диаметра гильзы, составляющего 0,35 - 0,70 диаметра основания кумулятивной облицовки, при этом инертный вкладыш, металлическая шайба и расположенное между ними взрывчатое вещество размещены в гильзе, инертный вкладыш выполнен из пористого материала, а диаметр центрального канала шайбы составляет 0,7 1,6 диаметра взрывчатой сердцевины детанирующего шнура. 2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что, с целью увеличения инициирующего импульса в направлении, перпендикулярном оси заряда, между инертным вкладышем и размещенным под ним взрывчатым веществом установлена металлическая прокладка, выполненная из металла, динамический импеданс которого выше, чем у материала инертного вкладыша.