КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД Российский патент 2007 года по МПК F42B1/02 E21B43/117 

Техническое решение относится к прострелочно-взрывным работам, а точнее к кумулятивным зарядам перфораторов с облицованной кумулятивной выемкой, применяемым для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах.

Известен кумулятивный заряд перфоратора, содержащий корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества (ВВ), имеющей кумулятивную выемку, покрытую металлической облицовкой (См. а.с. СССР №1753749, бюлл. №32,1996, МПК 6 Е21В 43/117).

Известен также кумулятивный заряд перфоратора со стеклянной оболочкой ПКС, состоящий из взрывчатого вещества, например флегматизированного гексогена, с конической полостью, которая для усиления действия струи облицована металлом (См. Ловля С.А., Каплан Б.П. и др. Взрывное дело. М.: Недра, 1976, стр.235, рис.105б).

Недостатком известных кумулятивных зарядов является снижение глубины пробития перфорационного канала из-за гашения скорости кумулятивной струи в плотных и чередующихся породах вследствие недостаточной плотности и соответственно недостаточной взрывной мощности профилированной шашки ВВ.

Из известных кумулятивных зарядов наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является кумулятивный заряд для перфорации скважин (См. Григорян Н.Г., Пометун Д.Е. и др. Прострелочные и взрывные работы в скважинах. М.: Недра, 1972, стр.81, рис.40б; стр.82, табл. 19; стр.83).

Этот кумулятивный заряд содержит металлическую оболочку (корпус), прессованную шашку взрывчатого вещества, имеющую кумулятивную выемку с металлической облицовкой и промежуточный детонатор, установленный напротив вершины кумулятивной выемки.

Основную шашку кумулятивного заряда изготавливают путем прессования из высокобризантных ВВ, например, таких как гексоген с пластификатором (плотность основной шашки не менее 1,6 г/см³), октоген с пластификатором (плотность основной шашки не менее 1,7 г/см³ ) и т.п. Наиболее широко для этих целей используют октоген пластифицированный - состав ОМА ТУ 84-760-78. Этот состав для изготовления зарядов методом прессования представляет собой взрывчатую композицию на основе октогена, полимерного связующего и флегматизатора со следующим соотношением компонентов, мас.%: октоген - 97,5^+0,8 _-0,7, полиметилакрилат - 1,2±0,4, оксизин - 0,8±0,2, графит и нерастворимые в ацетоне вещества - 0,5^+0,1 _-0,2.

Средняя плотность прессованной шашки из материала ОМА составляет 1,815...1,835 г/см³ при разноплотности в поперечных сечениях шашки не более 0,02 г/см³. Скорость детонации - до 7800 м/сек. Тротиловый эквивалент - 1,18.

Недостатком данного кумулятивного заряда является недостаточная плотность и скорость детонации основной шашки взрывчатого вещества, что не обеспечивает получения максимально возможной глубины пробиваемого канала.

Другим недостатком известного кумулятивного заряда является высокая стоимость материала ОМА ТУ 84-760-78, используемого для прессования шашки.

Задачей предложенного технического решения является увеличение глубины пробития канала за счет повышения плотности и скорости детонации основной шашки кумулятивного заряда без изменения его геометрических размеров, а также снижение стоимости изготовления заряда.

Поставленная задача решается за счет использования кумулятивного заряда, содержащего корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой, где для изготовления шашки использованы смесевые высокобризантные взрывчатые вещества повторного использования на основе октогена - вещества взрывчатые утилизированные (ВВУ) АОТУ 476: ОТК-90У, ОФА-6У, ОФА-8У.

Это обусловлено тем, что пробивная способность кумулятивного заряда зависит от плотности шашки взрывчатого вещества, при этом с увеличением плотности растет и скорость детонации ВВ. За счет увеличения плотности основной шашки формируется детонационный фронт с повышенным импульсом давления на поверхность метаемой кумулятивной облицовки, что обеспечивает увеличение энергии и скорости кумулятивной струи, а следовательно, и увеличение пробивной способности заряда. Поэтому шашка кумулятивного заряда должна иметь максимально возможную плотность, которую можно достичь прессованием.

Указанная задача достигается тем, что для формирования более плотной (по сравнению с прототипом) профилированной шашки и обеспечения равномерной плотности по всему объему шашки, а именно в поперечных сечениях (что необходимо для формирования устойчивой кумулятивной струи с прямолинейной траекторией), использовано взрывчатое вещество, утилизированное с размерами гранул от 1 до 5 мм при следующем соотношении размеров частиц, мас.%:

гранулы от 1 до 3 мм - 30...40;

гранулы от 3 до 5 мм - 60...70.

Гранулы ВВУ изготавливают из деталей на основе октогена, извлеченных из изделий, снятых с эксплуатации, а также после окончания их гарантийного срока хранения. Изготовление ВВУ производят методами механического измельчения деталей, например, раздавливанием на прессе до получения частиц (гранул) необходимых размеров.

Взрывчатые и физико-химические характеристики ВВУ ОТК-90У, ОФА-6У, ОФА-8У составляют соответственно: средняя плотность прессованной шашки - 1,840; 1,866; 1,862 г/см³, скорость детонации - 8800; 8800; 8680м/сек, тротиловый эквивалент - 1,27; 1,28; 1,25.

В заявленном техническом решении использование ВВУ с высокими предельными значениями плотности (до 1,866 г/см³) и скорости детонации (до 8800 м/сек) при указанных выше размерах гранул ВВУ и их соотношении позволяет повысить пробивную способность кумулятивного заряда.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение было реализовано на примере изготовления кумулятивного заряда (корпуса снаряженного).

На чертеже изображена схема кумулятивного заряда.

Кумулятивный заряд содержит металлический корпус 1 с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества 2, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой 3.

Для изготовления профилированной шашки использовано взрывчатое вещество, утилизированное ОФА-6У АОТУ 476. ВВУ ОФА-6У представляет собой смесевое бризантное взрывчатое вещество на основе октогена со следующим соотношением компонентов, мас.%: октоген - не менее 91,5, фторопласт - 6,0^+1,0 _-1,5, волокна и нерастворимые в органических растворителях вещества - 2,0±0,5.

ВВУ для прессования заряда было изготовлено методом механического измельчения - раздавливания на прессе деталей из ВВ на основе октогена после окончания их гарантийного срока хранения. Полученные после измельчения деталей гранулы ВВУ различной формы и размеров были просеяны на ситах со стороной ячейки 5 мм, 3 мм и 1 мм. Для изготовления заряда использованы гранулы ВВУ, прошедшие через сито с ячейками 5 мм и оставшиеся на сите с ячейками 3 мм (размер гранул от 3 до 5 мм), и гранулы ВВУ, прошедшие через сито с ячейками 3 мм и оставшиеся на сите с ячейками 1 мм (размер гранул от 1 до 3 мм).

Затем методом механического смешения расчетных навесок ВВУ была получена смесь взрывчатого вещества, утилизированного с гранулометрическим соотношением частиц, мас.%: гранулы от 1 до 3 мм - 30...40; гранулы от 3 до 5 мм - 60...70.

Изготовление кумулятивного заряда выполнено методом совместного прессования взрывчатого вещества утилизированного и облицовки в корпус. Для этого навеску ВВУ (с требуемым соотношением частиц) массой 26,5 г поместили в корпус кумулятивного заряда 1, установленный в пресс-форму, и произвели нагрев навески ВВУ и корпуса при температуре +140...144°С в течение 10...20 мин. Затем на пуансон конической формы установили металлическую облицовку 3 аналогичной формы и произвели изготовление профилированной шашки ВВУ 2 пуансоном с облицовкой 3 в корпус 1 методом прессования, с рабочим давлением прессования 196±2 кгс/см².

Время вакуумирования навески ВВУ - 1...3 мин, время выдержки при рабочем давлении - 20 мин, в том числе время подачи теплоносителя в пресс-форму - 10 мин, время подачи охлаждающей воды - 10 мин.

В процессе прессования происходит пластическое течение и равномерное распределение гранул ВВУ по объему заряда, что обеспечивает максимальную плотность профилированной шашки и равномерную плотность в ее поперечных сечениях. Это позволяет получить максимальную скорость детонации шашки ВВУ с высокой плотностью энергии на единицу объема заряда и обеспечивает формирование устойчивой и прямолинейной траектории кумулятивной струи при взрыве заряда.

После снятия давления и подъема пуансона изготовленный кумулятивный заряд с отпрессованной профилированной шашкой ВВУ, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой, извлекают из пресс-формы.

Плотность профилированной шашки при данных режимах прессования (измеренная на двух контрольных шашках) для ВВУ ОФА-6У составила 1,863 и 1,867 г/см³ при величине разноплотности в поперечных сечениях шашки - 0,003 и 0,006 г/см³ соответственно. Геометрические размеры кумулятивного заряда, изготовленного с ВВУ ОФА-6У (высота заряда, глубина конуса облицовки, толщина шашки в поперечных сечениях), полностью соответствуют размерам заряда, который изготавливают со штатным взрывчатым веществом ОМА ТУ 84-760-78.

Кумулятивный заряд с ВВУ работает следующим образом. При подрыве заряда от детонирующего шнура (через промежуточный детонатор) или от электродетонатора типа ЭДВ-1 и т.п. происходит детонация профилированной шашки взрывчатого вещества утилизированного, при этом высокая плотность шашки и равномерность распределения плотности в поперечных сечениях шашки обеспечивает мощный осесимметричный импульс от промежуточного детонатора (ЭДВ-1 и т.п.), создающий правильный фронт волны детонации в заряде. Происходит образование из материала металлической облицовки, покрывающей коническую поверхность шашки, кумулятивной струи и стержня сигарообразной формы (песта), движущегося вслед за струей. Вследствие высокой скорости детонации шашки и равномерного распределения плотности обеспечивается высокая устойчивость и прямолинейная траектория кумулятивной струи. Это позволяет получить максимально возможную пробивную способность заряда при его заданных геометрических размерах. При встрече с твердой преградой (стенкой корпуса перфоратора, обсадной колонной, нефтегазоносной породой) кумулятивная струя заряда пробивает в преграде канал конической формы.

Для сравнения пробивной способности проведены испытания на глубину пробития канала кумулятивных зарядов с шашкой из известного взрывчатого вещества ОМА ТУ 84-760-78 и аналогичных кумулятивных зарядов с шашкой из предлагаемого взрывчатого вещества утилизированного ОФА-6У АОТУ 476. Испытания выполнены по действующей методике на комбинированных мишенях, состоящих из стальной пластины толщиной 10 мм и набора из 5-ти алюминиевых пластин общей толщиной не менее 250 мм при ширине пластин не менее 100 мм. Для подрыва (инициирования) зарядов использованы электродетонаторы ЭДВ-1, которые устанавливают в осевое отверстие корпуса заряда напротив вершины кумулятивной выемки вплотную к поверхности профилированной шашки. Результаты сравнительных испытаний на глубину пробития канала представлены в таблице.

Таблица№ п/пМатериал шашки Известное взрывчатое вещество ОМА ТУ 84-760-78Взрывчатое вещество утилизированное ОФА-6У АОТУ 476Глубина пробития канала, ммГлубина пробития канала, мм1.1792282.1712353.2072244.2042345.2062366.1892217.2022178.2052419.17422410.191239Среднее значение193230

Как видно из таблицы, использование в кумулятивных зарядах взрывчатого вещества утилизированного обеспечивает увеличение глубины пробития канала по сравнению с зарядами, снабженными шашками из известного взрывчатого вещества на основе октогена (ОМА) в ˜1,2 раза (при примерно одинаковой величине диаметра входного отверстия канала, пробитого в стальной пластине - 14,3 мм для зарядов с ВВУ и 14,0 мм для зарядов с ОМА).

Изготовление кумулятивного заряда с ВВУ АОТУ 476 описанным выше образом обеспечивает достижение технического результата, который выражается в том, что повышается плотность и скорость детонации шашки ВВ, что обеспечивает увеличение глубины пробития канала без изменения установленных геометрических размеров заряда; обеспечивается равномерность распределения плотности по всему объему, а именно в поперечных сечениях шашки, что обеспечивает формирование устойчивой кумулятивной струи с прямолинейной траекторией. Все это достигается за счет того, что для изготовления профилированной шашки используют смесевые высокобризантные взрывчатые вещества повторного использования на основе октогена - вещества взрывчатые утилизированные АОТУ 476: ОТК-90У, ОФА-6У, ОФА-8У при соблюдении следующих необходимых условий: размеры гранул ВВУ должны составлять от 1 до 5 мм, соотношение размеров частиц, мас.%: гранулы от 1 до 3 мм - 30...40; гранулы от 3 до 5 мм - 60...70. Также снижается стоимость изготовления заряда за счет повторного использования взрывчатого вещества (ВВУ) взамен дорогостоящего штатного материала ОМА ТУ 84-760-78 (стоимость ВВУ в данном случае определяется только затратами на изготовление гранул определенного размера и изготовление смеси из гранул с необходимым соотношением частиц); решается задача использования деталей, извлеченных из изделий, снятых с эксплуатации, а также деталей из ВВ после окончания гарантийного срока хранения взамен их уничтожения методом сжигания.

Работоспособность и надежность срабатывания предложенного кумулятивного заряда подтверждена экспериментально при испытаниях зарядов на глубину пробития канала по действующей методике.

Предложенный кумулятивный заряд может эффективно использоваться при прострелочно-взрывных работах, а также в кумулятивных перфораторах для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах.

Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам кумулятивными перфораторами в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает увеличение глубины пробития канала, формирование устойчивой кумулятивной струи. Кумулятивный заряд содержит корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой. При этом для формирования профилированной шашки использовано утилизированное взрывчатое вещество на основе октогена с размерами гранул от 1 до 5 мм и со следующим гранулометрическим соотношением частиц, мас.%: гранулы от 1 до 3 мм - 30...40; гранулы от 3 до 5 мм - 60...70, причем взрывчатое вещество совместно с облицовкой запрессовано в корпус. 1 ил., 1 табл.

Кумулятивный заряд, содержащий корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой, отличающийся тем, что для формирования профилированной шашки использовано утилизированное взрывчатое вещество на основе октогена с размерами гранул от 1 до 5 мм и со следующим гранулометрическим соотношением частиц, мас.%:

Гранулы от 1 до 3 мм30-40Гранулы от 3 до 5 мм60-70

причем взрывчатое вещество совместно с облицовкой запрессовано в корпус.