КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД Российский патент 1998 года по МПК F42B1/02 

Изобретение относится к области создания кумулятивных зарядов, главным образом для промышленных работ и может быть использовано, например, при перфорации нефтяных или газовых скважин. Известный кумулятивный заряд для указанных работ использует в своем составе, кумулятивную облицовку в форме конуса, изготовленную из меди, и известный, например, по книге Н.Г.Григорян и др. Прострелочные и взрывные работы в скважинах. М.: Недра, 1972 г. стр. 83, и принимаемый в качестве прототипа.

К недостаткам такого заряда относится незначительный поперечный размер производимой пробоины, что сопряжено во многих случаях с закупориванием отверстия низкоскоростными фрагментами кумулятивной струи ("пестом") и, соответственно, с нарушением техпроцесса.

Прототип представляет собой осесимметричный заряд взрывчатого вещества (BB) в оболочке, содержащий коническую открытую полость, облицовку полости в форме конуса с диаметром основания, близким к диаметру заряда BB и толщиной равной 0,05 - 0,025 диаметра основания выемки, и блок инициирования на торце.

Целью изобретения является увеличение входного диаметра пробоины, создаваемой кумулятивным зарядом, что исключает возможность закупоривания.

Цель достигается за счет выполнения кумулятивного заряда содержащего осисимметричный блок взрывчатого вещества в корпусе, открытую полость в теле блока с глухим дном, облицовку полости выполненную из инертного материала и блок инициирования на торце; полость в теле блока выполнена цилиндрической с трубчатой облицовкой, высотой 0,4 - 0,8 внутреннего диаметра облицовки с дном, выполненным из пластины, при толщине облицовки, изменяющейся в пределах 0,02d - 0,08d, где d - внутренний диаметр облицовки, изменяющийся в пределах 0,6D - 0,7D, где D - диаметр основания заряда взрывчатого вещества. Также, трубчатая часть облицовки и дно могут выполняться из разных материалов; также пластинчатое дно облицовки может быть выполнено выпуклым в сторону тела заряда с максимальным прогибом по оси не более 0,15d; кроме того трубчатая часть облицовки может выполняться переменной толщины, уменьшающейся в направлении открытого торца в 1,1 - 1,3 раза, относительно толщины у пластинчатого дна.

Такая совокупность признаков не известна в литературе для решения поставленной задачи.

На фиг.1 - 4 показана конструкция предлагаемого заряда.

Осесимметричный заряд взрывчатого вещества в корпусе 2, содержит цилиндрическую полость 3, открытую на торце и с глухим дном, облицовку, состоящую из трубчатой части 4 и дна 5, выполненного в форме пластины. Заряд инициируется с торца, противоположного облицовке (блок инициирования 6 на фиг.1). Внутренний диаметр облицовки d выбирается в пределах 0,6D - 0,7D, где D - диаметр основания разрывного заряда 1, а толщина в зависимости от используемого инертного материала (медь, цирконий, алюминий, стекло и т.п.) в пределах 0,02d - 0,08d. При высоте облицовки h, выбираемой в пределах 0,4d - 0,8d, и выполнении вышеприведенных соотношений обеспечивается эффективное функционирование заряда.

При срабатывании блока инициирования 6 (например капсюля-детонатора) детонационная волна распространяется по взрывчатому веществу, при этом пластинчатое дно 5 разгоняется продуктами детонации в падающей волне, а трубчатые участки в скользящей волне. Это обеспечивает более скоростной режим движения дна 5 (Шаль Р. Физика детонации. Физика быстропротекающих процессов. т.2 М.: Мир, 1971, с.276) и его опережающий выход из полости, до обжатия трубки 4, с чего начинается формирование кумулятивной струи (КС). Последняя, являясь более скоростной, чем масса дна, нагоняет пластинчатый элемент на расстоянии F=0,7d - 1,5d от основания заряда, что собственно и определяет фокусное расстояние заряда (расстояние от основания заряда до преграды, с которого реализуется максимальное пробивное действие).

Таким образом, трубчатая часть облицовки 4 непосредственно формирует КС в качестве второго рабочего тела, и используется с первым (элементом от пластинчатого дна 5) в пробивании преграды.

Облицовки могут изготавливаться из комбинаций различных материалов. Например трубчатая часть 4 из циркония, а дно 5 из алюминия, как показано на фиг. 2, чем достигается увеличение фокусного расстояния F (КС из циркония несколько запаздывает относительно КС из алюминия, и догон первого рабочего тела, пластинчатого дна, происходит на большем удалении от основания заряда).

Пластина дна 5 может выполняться с небольшим прогибом x по высоте в центральной части, выпуклой в сторону заряда, не превышающим 0,15d, как показано на фиг.3, в форме, например, сферического или конического сегмента. Этим достигается большая компактность метаемого первого рабочего элемента; прогиб, больший, чем 0,15d, приводит к струеобразованию из материала дна 5, что сопряжено с появлением более низкоскоростной массы (наряду с существованием и более высокоскоростной массы) и соответственно потери массы трубки 4 при обжатии на низкоскоростной участок или же при его догоне.

Трубчатая часть 4 облицовки может выполняться и переменной толщиной, равномерно уменьшающейся в 1,1 - 1,3 раза к свободному торцу относительно толщины вблизи дна 5, как показано на фиг.4. Это представляется немаловажным в случае ограничений в габарите и массе кумулятивного заряда (при учете бокового разгружения в продуктах детонации).

Облицовки с трубчатой частью и пластинчатым дном могут изготавливаться как единые детали (фиг.1 и 4) или разборными (составными), как представлено на фиг.2 и 3.

В целом представленные варианты конструкций прошли экспериментальную проверку и доступны для теоретического расчета. Они позволяют, например, в малоуглеродистой стали создавать пробоины с входным диаметром не менее d и мало изменяющимся поперечным размером (до 0,7d - 0,8d) вплоть до глубины 1,5d - 2,0d, что недостижимо для обычных кумулятивных зарядов.

Предложенный кумулятивный заряд может найти использование для решения разнообразных промышленных задач.

Кумулятивный заряд предназначен для промышленных работ и может быть использован для перфорации нефтяных или газовых скважин. Заряд включает осесимметричный блок взрывчатого вещества в корпусе. В заряде выполнена цилиндрическая полость с трубчатой облицовкой с дном из пластины. Высота облицовки 0,4 - 0,8 d, толщина - 0,2 - 0,8 d в зависимости от используемого материала, d - 0,6 - 0,7 диаметра основания заряда. Трубчатая часть облицовки и дно могут быть выполнены из разных материалов. Трубчатая часть облицовки может быть выполнена переменной толщины, а дно - выпуклым в сторону тела заряда. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кумулятивный заряд, содержащий осесимметричный блок взрывчатого вещества в корпусе, открытую полость в теле блока с глухим дном, облицовку полости, выполненную из инертного материала, и блок инициирования на торце, противоположном облицовке, отличающийся тем, что полость выполнена цилиндрической, облицовка в виде трубчатой части высотой 0,4 0,8 внутреннего диаметра облицовки, и дна, выполненного из пластины, при толщине облицовки, изменяющейся в пределах 0,02d 0,08d в зависимости от используемого материала, где d внутренний диаметр облицовки, изменяющийся в пределах 0,6D 0,7D, где D диаметр основания заряда взрывчатого вещества. 2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что трубчатая часть облицовки и дно выполнены из различных материалов, например трубчатая часть из циркония, а дно из алюминия. 3. Заряд по п.1 или 2, отличающийся тем, что пластинчатое дно облицовки выполнено выпуклым в сторону тела заряда с максимальным прогибом по оси не более 0,15d. 4. Заряд по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что трубчатая часть облицовки выполнена переменной толщины, уменьшающейся в направлении открытого торца в 1,1 1,3 раза относительно толщины у пластинчатого дна.