ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ Российский патент 2019 года по МПК C06C7/00 F42C19/09 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке США №62/398,587, поданной 23 сентября 2016 г. и предварительной заявке США №62/333,760, поданной 9 мая 2016 г., которые включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] В целом описан способ использования и устройство, выполненное с возможностью инициирования взрыва, при этом устройство выполнено с возможностью применения при высокой температуре в течение продолжительных периодов времени.

Уровень техники

[0003] В настоящее время в узлах скважинных перфораторов в нефтяной и газовой отрасли в начале детонационной цепи используют различные взрыватели, такие как механические взрыватели (включая взрыватель, действующий от давления) и электронные или электрические взрыватели. На современном уровне техники во взрывателях ударного действия используют азид свинца, азид серебра, 2-(5-хлоротетразолато)-пентааммин кобальта(III) диперхлотат (2-(5-chlorotetrazolato)-pentaammine cobalt(III) diperchlorate, CLCP) или их смесь в качестве первичного взрывчатого вещества, которое возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества, такого как гексанитростильбен (Hexanitrostilbene, HNS). Эта комбинация взрывчатых материалов обладает возможностью обеспечения эффективного возбуждения детонации узла скважинного перфоратора при температурах до 260°C в течение примерно 1-2 часов при использовании азида свинца, и до 220°C в течение приметно 200 часов при использовании смесей, содержащих азид серебра. К сожалению, поскольку проводится все больше и больше операций морского бурения, скважины становятся все глубже и горячее, и, следовательно, имеющиеся в настоящее время взрыватели не способны выдерживать повышенные требования ко времени и температуре.

[0004] Не только современные взрывчатые материалы не способны поддерживать свою взрывную эффективность при высоких температурах в течение продолжительных периодов времени, но также имеется тенденция к сокращению использования таких первичных взрывчатых веществ (в частности, азида свинца и азида серебра) из-за их вредного воздействия на окружающую среду. Из-за высокой летучести и высокой токсичности этих материалов, особенно во время использования, часто требуется, чтобы работники предпринимали дополнительные меры предосторожности для снижения вероятности нежелательного взрыва и воздействия во время производства.

[0005] Хотя 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (2,6-Bis(picrylamino)-3,5-dinitropyridine, PYX) был успешно использован в ускорителях и детонационных шнурах в предшествующих узлах скважинных перфораторов (см., например, фиг. 5), он не считается подходящим для использования во взрывателях по меньшей мере частично, потому что считался нечувствительным к возбуждению детонации. То есть известно, что PYX довольно сложно инициировать по сравнению, например, с HNS и другими вторичными взрывчатыми веществами. Кроме того, хотя известно, что 5-нитриминотетразолат бария (barium 5-nitriminotetrazolate, BAX) обладает улучшенной термической стабильностью по сравнению с известными взрывчатыми материалами, его часто считают непригодным материалом для использования во взрывателях.

[0006] Ввиду недостатков, связанных с имеющимися в настоящее время способами и устройствами для возбуждения детонации узла скважинного перфоратора, существует потребность в устройстве и способе, который обеспечивает комбинацию взрывчатых материалов для использования во взрывателе, способном выдерживать воздействие высокой температуры в течение длительных периодов времени, без ущерба для выхода и способности возбуждения детонации взрывчатых веществ. Кроме того, существует потребность в устройстве и способе, который обеспечивает комбинацию материалов для использования во взрывателе, при этом комбинация материалов имеет пониженную вероятность взрыва и пониженные уровни токсичности, особенно при изготовлении инициирующего взрывчатого вещества.

Раскрытие сущности изобретения

[0007] В соответствии с одним аспектом данные варианты реализации изобретения могут быть связаны с устройством и способом использования взрывателя, содержащего корпус, выполненный с возможностью размещения по меньшей мере одного взрывчатого вещества, включая 5-нитриминотетразолат бария (BAX). В соответствии с еще одним аспектом корпус взрывателя выполнен с возможностью размещения по меньшей мере двух слоев взрывчатого вещества. В этом варианте реализации изобретения слои взрывчатого вещества содержат первичное взрывчатое вещество 5-нитриминотетразолат бария (BAX) м вторичное взрывчатое вещество, которое содержит 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (PYX) и/или гексанитростильбен (HNS).

Краткое описание чертежей

[0008] Более конкретное описание будет представлено со ссылкой на конкретные варианты реализации изобретения, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Подразумевая, что эти чертежи изображают только типичные варианты реализации изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, иллюстративные варианты осуществления будут описаны и объяснены с дополнительной конкретикой и детализацией с использованием прилагаемых чертежей, на которых:

[0009] Фиг. 1a представляет вид в перспективе взрывателя ударного действия в соответствии с вариантом реализации изобретения;

[0010] Фиг. 1b представляет вид в перспективе взрывателя ударного действия по фиг. 1a, иллюстрирующий взрыватель ударного действия в разобранном виде;

[0011] Фиг. 2 представляет вид сбоку в поперечном разрезе взрывателя ударного действия по фиг. 1a в соответствии с вариантом реализации изобретения.

[0012] Фиг. 3 представляет вид сбоку в поперечном разрезе электронного взрывателя в соответствии с вариантом реализации изобретения.

[0013] Фиг. 4 представляет вид сбоку в поперечном разрезе взрывателя ударного действия в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

[0014] Фиг. 5a представляет частичный вид сбоку в поперечном разрезе насосно-компрессорной колонны, транспортирующей узел скважинного перфоратора, содержащего взрыватель ударного действия, в соответствии с вариантом реализации изобретения;

[0015] Фиг. 5b представляет вид в перспективе взрывателя ударного действия, используемого в насосно-компрессорной колонне, транспортирующей узел скважинного перфоратора по фиг. 5a, в соответствии с вариантом реализации изобретения;

[0016] Фиг. 5c представляет вид в перспективе одного конца детонационного шнура, используемого в насосно-компрессорной колонне, транспортирующей узел скважинного перфоратора по фиг. 5a;

[0017] Фиг. 6 изображает графическое представление типичной стабильности температуры различных первичных и вторичных взрывчатых веществ, используемых во взрывателях, и

[0018] Фиг. 7 представляет вид с торца взрывателей ударного действия перед детонацией и после нее.

[0019] Различные особенности, аспекты и преимущества вариантов реализации изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания вместе с сопровождающими фигурами, на которых одинаковые числовые обозначения представляют одинаковые компоненты на всех фигурах и в тексте. Различные описанные особенности необязательно вычерчены в масштабе, но приведены для того, чтобы подчеркнуть конкретные особенности, относящиеся к некоторым вариантам реализации изобретения.

Осуществление изобретения

[0020] Теперь ссылки будут сделаны подробно на различные варианты реализации изобретения. Каждый пример представлен путем пояснения и не должен истолковываться как ограничивающий и определяющий все возможные варианты реализации изобретения.

[0021] С целью иллюстрации особенностей вариантов реализации изобретения теперь будут представлены простые примеры и ссылки на них по всему описанию. Специалистам в данной области будет понятно, что эти примеры являются иллюстративными, а не ограничивающими, и приводятся исключительно для объяснения. В иллюстративных примерах и как показано на фиг. 1-4, взрыватель 10 изображен в соответствии с вариантом реализации изобретения. В самом широком варианте реализации изобретения взрыватель 10 содержит корпус 12, выполненный с возможностью размещения по меньшей мере одного взрывчатого вещества, включающего 5-нитриминотетразолат бария (BAX). В соответствии с аспектом изобретения и, как показано на фиг. 2-4, корпус 12 выполнен с возможностью размещения по меньшей мере двух слоев взрывчатого вещества. В этом варианте реализации изобретения слои взрывчатого вещества содержат первичное взрывчатое вещество 40 и вторичное взрывчатое вещество 42, при этом первичное взрывчатое вещество 40 содержит 5-нитриминотетразолат бария (BAX), а вторичное взрывчатое вещество 42 содержит 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (PYX) и/или гексанитростильбен (HNS). Кроме того, предполагается, что могут использоваться смеси вторичного взрывчатого вещества 42, и, в частности, могут смешиваться BAX и PYX для использования в качестве вторичного взрывчатого вещества 42, а также смеси PYX и HNS. Например, вторичное взрывчатое вещество 42 может содержать смеси BAX/PYX или PYX/HNS или BAX/PYX/NHS.

[0022] В одном варианте реализации изобретения BAX будет содержаться во взрывателе 10 в количестве примерно 150-250 мг или больше чем примерно от 150 мг до 220 мг, или примерно 200-250 мг, тогда как PYX будет содержаться в количестве примерно 240-325 мг, или примерно 240-300 мг, или примерно 240 мг-260 мг. Увеличение количества PYX (относительно количества BAX) приведет к увеличению выделяемой энергии, что обеспечит более надежное функционирование и несколько лучшую предельную температуру эксплуатации. Если HNS используют вместо PYX или в виде смеси с ним, предполагается, что могут быть использованы аналогичные количества (то есть примерно 240-325 мг от общего количества вторичного взрывчатого вещества).

[0023] Взрыватель 10 особенно выгоден тем, что способен выдерживать воздействие высокой температуры в течение длительных периодов времени, не оказывая отрицательного влияния на способность возбуждения детонации (например, как показано в узле скважинного перфоратора). В соответствии с одним аспектом взрыватель 10 способен выдерживать температуры по меньшей мере до 290°С в течение по меньшей мере примерно 2 часов, примерно 250°С по меньшей мере примерно 100 часов, примерно 250°С в течение по меньшей мере примерно 200 час, примерно 250°С в течение по меньшей мере примерно 250 часов и/или примерно 300°С в течение по меньшей мере примерно 1 часа без значительного влияния на динамические характеристики взрывателя.

[0024] Тогда как существует множество способов измерения общей эффективности взрывателя и, как будет описано более подробно ниже, одним из полезных параметров является измерение выходного диаметра канала вторичного канала 36 (см., например, фиг. 7 и более подробное описание ниже) после возбуждения детонации. Другим полезным свойством для определения эффективности возбуждения детонации является измерение скорости детонации (velocity of detonation, VoD), измеряемой в метрах/секунду, то есть скорости, с которой фронт ударной волны проходит через детонирующее взрывчатое вещество, как это должно быть понятно специалисту в данной области техники. Таким образом, процентное уменьшение (или потеря) VoD может быть вычислено для каждого испытуемого параметра времени/температуры.

[0025] С конкретной ссылкой на фиг. 1-3 и в соответствии с одним аспектом взрыватель 10 выполнен в виде взрывателя ударного действия и содержит корпус цилиндрической формы из двух частей. Верхняя часть 20 корпуса содержит верхнюю поверхность 21 и нижнюю поверхность 22, причем корпус проходит между ними и образован многоступенчатой периферийной поверхностью 23 (фиг. 1-2) или бесступенчатой (или гладкой) периферийной поверхностью 23 (фиг. 3). В соответствии с одним аспектом многоступенчатая периферийная поверхность 23 выполнена с возможностью адаптироваться по размеру и форме к конкретным требованиям к конфигурации/расположению посадочной поверхности конкретного узла 100 скважинного перфоратора (фиг. 5). Таким образом, уплотнительный элемент 25 может быть расположен по периферийной поверхности 23 для уплотнения и/или изолирования взрывателя 10 от текучих сред, когда он находится в узле 100 скважинного перфоратора. Как показано, верхняя поверхность 20 содержит углубление или выемку 24, расположенную в центре верхней поверхности 21 верхней части 20 корпуса и выполненную с возможностью размещения ударного механизма. Нижняя поверхность 22 верхней части 20 корпуса также содержит ступенчатую поверхность в соответствии с вариантом реализации изобретения, причем центральная часть нижней поверхности 22 расположена напротив углубления 24, находящегося в верхней поверхности 21. Согласно одному варианту реализации изобретения, изображенному на фиг. 3, верхняя часть 20 корпуса обеспечивает углубление 24, расположенное по центру в нижней поверхности 22 верхней части 20 корпуса. В данном варианте реализации изобретения углубление 24 обеспечивает уменьшенную толщину между верхней поверхностью 21 верхней части 20 корпуса и нижней поверхностью 22 верхней части 20 корпуса, но также может обеспечивать углубленную область, выполненную с возможностью размещения взрывчатого вещества, как будет описано более подробно ниже.

[0026] Как показано на фиг. 1-3, нижняя часть 30 корпуса также содержит верхнюю поверхность 31 и нижнюю поверхность 32, при этом корпус проходит между ними. Как показано, например, на фиг. 2, нижняя часть 30 корпуса может содержать один или более уплотнительных элементов 38, так что при установке в узел 100 скважинного перфоратора (фиг. 5), уплотнительный элемент 38, обычно работающий в сочетании с одним или более уплотнительными элементами 25, расположенными на периферии верхней части 20 корпуса, служит для изоляции взрывчатого материала от текучих сред, находящихся в узле 100 скважинного перфоратора (фиг. 5).

[0027] Нижняя часть 30 корпуса содержит один или более каналов, проходящих по длине корпуса 30. С конкретной ссылкой на фиг. 1-2, нижняя часть 30 корпуса содержит верхний углубленный участок 34, проходящий по центру внутри нижней части 30 корпуса от верхней поверхности 31 нижней части 30 корпуса, а нижний углубленный участок 41 проходит по центру внутри нижней части 30 корпуса от нижней поверхности 32 нижней части 30 корпуса. По меньшей мере два главных канала 35 проходят от углубленного участка 34. Как показано, два главных канала 35 расположены на одинаковом расстоянии от центральной оси нижней части 30 корпуса. Вспомогательный канал 36 проходит от главных каналов 35 и также расположен по центру внутри нижней части 30 корпуса. В соответствии с одним аспектом и, как показано на фиг. 2, канал, проходящий ниже главных каналов 35, может содержать вспомогательный канал 36 и промежуточный канал 39. В качестве альтернативы вспомогательный канал 36 может проходить вдоль всего корпуса нижней части 30 корпуса, занимающей пространство между верхней поверхностью 31 и нижней поверхностью 32 и, кроме того, различные слои взрывчатых веществ могут быть расположены в различных зонах того же канала. (См., например, фиг. 3). В таком варианте реализации изобретения канал может содержать верхнюю часть 36a канала и нижнюю часть 36b канала. Кроме того, как показано на фиг. 2, нижний углубленный участок 41 обычно проходит от вспомогательного канала 36 к нижней поверхности 32 нижней части 30 корпуса. Таким образом, нижний углубленный участок 41 проходит по центру от нижней поверхности 32 нижней части 30 корпуса в нижнюю часть 30 корпуса. Как показано на фиг. 2, нижний углубленный участок 41 может иметь размер, больший, чем вспомогательное проточенное отверстие 32, тогда как следует понимать, что нижний углубленный участок 41 может иметь размер, меньший или равный вспомогательному проточенному отверстию 32 (см., например, фиг. 3).

[0028] В соответствии с одним аспектом взрывчатые материалы 40, 42 расположены в каналах нижней части 30 корпуса, тогда как в альтернативном варианте реализации изобретения взрывчатый материал 40 может также располагаться в углублении, выполненном в нижней поверхности 24 верхней части 20 корпуса, как изображено на фиг. 3. Кроме того, как показано на фиг. 2 и в соответствии с одним аспектом, первичное взрывчатое вещество 40 размещено в верхнем углубленном участке 34 и главных каналах 35, а вторичное взрывчатое вещество 42 размещено во вспомогательном канале 36. Как показано в этом варианте реализации изобретения, промежуточный канал 39, который имеет такой же диаметр, что и вспомогательный канал 36, в соответствии с одним аспектом заполнен первичным взрывчатым веществом 40.

[0029] После того как взрывчатые материалы 40, 42 помещены внутрь взрывателя 10, плоская шайба 37 может быть расположена внутри нижнего углубленного участка 41 (фиг. 2) или во вспомогательном канале 36 (фиг. 3) для удержания вторичного взрывчатого вещества 42 внутри вспомогательного канала 36. Поскольку BAX не гидрофобный, может потребоваться обеспечить определенное уплотнение для обеспечения защиты взрывателя от влаги. В соответствии с одним аспектом взрыватель 10 дополнительно содержит высокотемпературный лак (не показан), нанесенный на наружную поверхность взрывателя 10, чтобы герметизировать взрыватель 10 от влаги. В одном варианте реализации изобретения высокотемпературный лак нанесен на наружную поверхность плоской шайбы 37 и на какой-либо открытый участок вспомогательного канала 36 для герметизации взрывателя 10 от влаги. В соответствии с одним аспектом плоская шайба 37 соединена с наружной стороной взрывателя 10 с помощью сварки, например, лазерной сварки. Плоская шайба 37 может быть приварена посредством лазерной сварки внутри нижнего углубленного участка 41 или во вспомогательном канале 36, что может способствовать герметизации взрывателя от влаги.

[0030] В собранном виде взрыватель 10 содержит верхнюю часть 20 корпуса, прикрепленную или соединенную с нижней частью 30 корпуса, с использованием лазерной сварки (не показано) и т.п. для уплотнения частей корпуса друг с другом. Таким образом, в собранном виде, как показано на фиг. 2, углубление 24, находящееся в верхней поверхности 21 верхней части 20 корпуса, выровнено с углубленными участками 34, 41 и каналами 36, 39 нижней части 30 корпуса, таким образом, выравнивая первичное взрывчатое вещество 40 с вторичным взрывчатым веществом 42, так что механическая сила активации, приложенная к углублению 24, передает ударное усилие, необходимое для возбуждения детонации первичного взрывчатого вещества 40, которое, в свою очередь, возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества 42. Подобное устройство показано на фиг. 3.

[0031] В соответствии с одним аспектом взрыватель 10 возбуждается активатором 14 (см., например, фиг. 1), таким как электронный активатор и механический активатор. Хотя это не показано подробно, как должно быть понятно специалисту в данной области техники, когда активатор 14 представляет собой электрический активатор, обычно для активации головки запала или мостика электровоспламенителя 52 применяют электрический ток (см., например, фиг. 4), а когда активатор 14 представляет собой механический активатор, возбуждение запускается механическим устройством, таким как устройства ударного действия, изображенные на фиг. 2-3. Такие устройства ударного действия обычно содержат ударный механизм (не показан), такой как боек ударника, который обычно обеспечивает удар, чтобы возбуждать детонацию взрывчатого вещества. Хотя известно, что типичные электронные взрыватели не могут быть выполнены с использованием головок запалов или мостиков электровоспламенителей, рассчитанных на существующие предельные температуры эксплуатации, имеющиеся в существующих взрывателях, такие материалы могут быть улучшены, как будет понятно специалисту в данной области техники.

[0032] Согласно еще одному аспекту также раскрыт способ использования различных взрывателей 10, описанных выше. Таким образом, после того как взрыватель 10 выполнен, он может быть установлен в узел 100 скважинного перфоратора, такого как скважинный перфоратор, перемещаемый по насосно-компрессорной колонне. Скважинный перфоратор размещают в стволе скважины, но его нельзя использовать сразу же, не нарушая целостность или эффективность взрывателя. Существует множество обстоятельств, которые могут возникнуть в связи с тем, что оператору скважины может потребоваться оставлять узел 100 скважинного перфоратора, расположенный в стволе скважины, в течение продолжительных периодов времени, включая плохую погоду, удары или другие ослабляющие обстоятельства. Таким образом, взрыватель 10 может подвергаться воздействию повышенных температур в течение длительных периодов времени, как подробно изложено выше. Однако, когда впоследствии взрыватель 10 возбуждается, первичное взрывчатое вещество 40 сохраняет свою способность возбуждаться и, таким образом, возбуждать детонацию вторичного взрывчатого вещества 42 без снижения скорости детонации более чем на 10%.

[0033] В данном документе также описан способ сборки как электронного, так и механического взрывателя 10, который способен выдерживать высокие температуры в течение продолжительных периодов времени без существенного ухудшения работы взрывателя 10. Согласно одному аспекту, электронный или электрический взрыватель 10 содержит корпус 12, имеющий головку запала или мостик электровоспламенителя 52, выровненный с главным каналом 35 и вспомогательным каналом 36; при этом первичное взрывчатое вещество 40 размещено в главном канале 35, а вторичное взрывчатое вещество 42 размещено во вспомогательном канале 36; первичное взрывчатое вещество 40 выровнено с вторичным взрывчатым веществом 42; головка запала или мостик электровоспламенителя 52 установлен в функциональной связи с первичным взрывчатым веществом 40, так что возбуждение головки запала или мостика электровоспламенителя 52 возбуждает детонацию первичного взрывчатого вещества 40, а первичное взрывчатое вещество 40 возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества 42.

[0034] В соответствии с другим аспектом механический взрыватель 10 содержит ударный механизм, способный механически активировать взрыватель 10. В этом варианте реализации изобретения взрывчатые материалы 40, 42 размещены внутри углубленных участков 34, 41 и/или каналов 35, 36, 39; при этом верхняя часть 20 корпуса соединена с нижней частью 30 корпуса, чтобы выровнять углубление 24, выполненное в верхней части 20 корпуса, с одним или более взрывчатыми материалами 40, 42, и выполнена, как описано выше; и срабатывание ударного механизма в углублении 24 возбуждает детонацию первичного взрывчатого вещества 40, а первичное взрывчатое вещество 40 возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества 42.

Примеры

[0035] Несколько вариантов реализации взрывателя 10 показаны на фиг. 2, в которых приблизительно 220 мг BAX использовали в качестве первичного взрывчатого вещества 40 в двух главных каналах 35 и промежуточном канале 39, в то время как 240 мг PYX использовали в качестве вторичного взрывчатого вещества 42 во вспомогательном канале 36. В примерах использовано увеличенное количество BAX по сравнению с используемыми ранее количествами азида свинца. Как правило, BAX использовали в количествах, примерно в 3-4 раза превышающих количество азида свинца. Поскольку BAX имеет лишь немного меньшую плотность, чем азид свинца, эти увеличенные количества привели к объему, большему примерно в 3-4 раза (таким образом, к расширенным диаметрам каналов), но использование достаточных количеств BAX позволило использовать преимущества термической стабильности, обнаруженные в BAX, вопреки увеличенной стоимости материала, что приводит к улучшению стабильности температуры/времени для всех взрывателей, как описано в данном документе.

[0036] Как показано в таблице 1, взрыватели испытывались в суровых температурных условиях (по меньшей мере около 250°С) с различными временными интервалами, и был измерен диаметр выходного канала (в дюймах) и скорость детонации (в метрах/секунду). Рассчитывалось процентное уменьшение VoD для каждого параметра времени/температуры. Средние (для нескольких взрывателей) измерения записаны в таблице 1. Было обнаружено, что скорость детонации не уменьшалась более чем на 20%.

Таблица 1

Образец Условия взрыва Выходной диаметр канала (дюйм)/(мм) VoD (м/с) % уменьшения 1 Не обозначено 0,2/5,08 Нет данных Нет данных 2 Не обозначено / окружающая среда 0,252/6,401 6340 Нет данных 3 290°C/2 часа 0,248/6,299 6125 3,4% 4 250°C/100 часов 0,244/6,198 5934 6,4% 5 250°C/200 часов 0,230/5,842 5890 7,1% 6 250°C/250 часов 0,210/5,334

[0037] Как видно из таблицы, по мере увеличения времени выход баллистической энергии (показанный посредством уменьшения выходного диаметра канала) уменьшается, так что в примере 6 выход (измеряемый выходным диаметром канала) едва превышает начальный диаметр канала (0,2 дюйма (5,08мм) против 0,210 дюйма (5,334 мм)), это означает, что полезность этих взрывателей при температурах 250°С в течение 250 часов по меньшей мере начала превышать эффективность, тогда как при снижении температуры до 230°С в течение 250 часов эффективность сохранялась. Как показано на фиг. 6, графическое представление стабильности температуры/времени испытуемых образцов (3, 5 и 7 - показано звездочкой) наложено на типичную диаграмму стабильности температуры/времени для различных взрывчатых материалов предшествующего уровня техники, демонстрируя заметное улучшение по сравнению с предшествующими комбинациями различных первичных и вторичных взрывчатых веществ, используемых в настоящее время во взрывателях.

[0038] Кроме того, как показано на фиг. 7, изображены виды с торца нижней поверхности трех взрывателей 10 ударного действия. Как показано, на крайнем справа изображении показан вид ненагруженного (предварительно заполненного взрывчатым веществом) канала с номинальным диаметром 0,2 дюйма (5,08 мм). После заполнения каждого из взрывателей, как описано выше в примерах, среднее изображение отображает взрыватель 10 после взрыва при температуре окружающей среды. Как видно в таблице 1, диаметр выходного канала 36 составлял примерно 0,252 дюйма (6,401 мм). Крайнее слева изображение отображает взрыватель 10 ударного действия, после того как он подвергался воздействию температуры 290°C в течение 2 часов. Как видно в таблице 1, диаметр выходного канала 36 составлял примерно 0,248 дюйма (6,299 мм). Таким образом, несмотря на то, что взрыватель, изготовленный, как описано в данном документе, подвергался необычно высоким температурам в течение длительного периода времени, диаметр выходного канала был в минимальной степени подвержен влиянию, это указывает на то, что выход взрывателя не подвергался неблагоприятному воздействию.

[0039] Компоненты проиллюстрированного устройства не ограничены конкретными вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе, а напротив, признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта реализации изобретения, могут использоваться в других вариантах реализации изобретения или в сочетании с ними для получения еще одного варианта реализации изобретения. Предполагается, что устройство включает в себя такие модификации и варианты. Кроме того, этапы, описанные в способе, могут быть использованы независимо и отдельно от других этапов, описанных в данном документе.

[0040] Хотя устройство и способ были описаны со ссылкой на конкретные варианты реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть сделаны различные изменения, и эквиваленты могут быть заменены их элементами, не выходя за пределы рассматриваемого объема изобретения. Кроме того, может быть выполнено множество модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к идеям, изложенным в данном документе, не выходя за рамки существенного объема изобретения.

[0041] В этом описании и формуле изобретения, приведенной ниже, будет сделана ссылка на ряд терминов, которые имеют следующие значения. Формы единственного числа означают также и множественное число, если контекст явно не указывает противоположное. Кроме того, ссылки на «один вариант реализации изобретения», «некоторые варианты реализации», «вариант реализации изобретения» и т.п. не следует интерпретировать, как исключающие существование дополнительных вариантов реализации изобретения, которые также включают в себя перечисленные признаки. Приближенные формулировки, используемые в описании и формуле изобретения, могут применяться для изменения любого количественного представления, которое может быть изменено в допустимых пределах, не приводя к изменению основной функции, к которой оно относится. Соответственно, значение, измененное термином, таким как «примерно», не должно ограничиваться указанным точным значением. В некоторых случаях приближенная формулировка может соответствовать точности инструмента, служащего для измерения значения. Такие термины, как «первый», «второй», «верхний», «нижний» и т.п., используются для различения одного элемента от другого и, если не указано иное, они не предназначены для обозначения конкретного порядка, ориентации или количества элементов.

[0042] Используемые здесь термины «может» и «может быть» указывают на возможность возникновения в рамках ряда обстоятельств, обладания определенным свойством, характеристикой или функцией; и/или оговаривают другой глагол, выражая одну или более возможностей, способностей или вероятностей, связанных с оговариваемым глаголом. Соответственно, использование выражений «может» и «может быть» означает, что модифицированный термин, очевидно, является соответствующим, возможным или подходящим для указанной возможности, функции или использования, принимая во внимание, что в некоторых случаях модифицированный термин иногда может не быть соответствующим, возможным или подходящим. Например, в некоторых случаях можно ожидать события или возможности, в то время как в других случаях событие или возможность могут не иметь места - это различие охватывается терминами «может» и «может быть».

[0043] Использованное в формуле изобретения выражение «содержит» и его грамматические варианты логически также подразумевают и включают в себя фразы различной и отличной степени, такие как, например, но не ограничиваясь этим, «состоящий в основном из» и «состоящий из». По необходимости, были представлены диапазоны, и эти диапазоны охватывают все варианты диапазонов между ними. Следует ожидать, что варианты в этих диапазонах будут предлагаться специалисту-практику, имеющему обычную квалификацию в данной области техники и, если они уже не предназначены для общественности, прилагаемая формула изобретения должна охватывать эти варианты.

[0044] Достижения в области науки и техники могут сделать возможными эквиваленты и замены, которые в настоящее время не рассматриваются по причине неточности языка; эти варианты должны охватываться прилагаемой формулой изобретения. В этом письменном описании используются примеры для раскрытия способа, устройства и механизма, включая лучший способ, а также для того, чтобы любой специалист в данной области мог осуществить их, включая создание и использование любых устройств или систем, и выполнение любых включенных способов. Патентоспособный объем данного документа определяется формулой изобретения и может содержать другие примеры, с которыми встречаются обычные специалисты в данной области техники. Предполагается, что такие другие примеры охвачены формулой изобретения, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквального языка формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквального языка формулы изобретения.

Изобретение относится к скважинным перфораторам, используемым в нефтяной и газовой отрасли, а именно к выполнению взрывателя детонационной цепи. Взрыватель, содержит корпус, в котором расположены головка запала или мостик электровоспламенителя, главный и вспомогательный каналы, которые выполнены с возможностью образования по меньшей мере двух слоев взрывчатого вещества: первичного - 5-нитриминотетразолат бария (barium 5-nitriminotetrazolate, BAX) в главном канале и вторичного - 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (2,6-Bis(picrylamino)-3,5-dinitropyridine, PYX) и/или гексанитростильбен (Hexanitrostilbene, HNS) во вспомогательном канале. Взрыватель располагают в насосно-компрессорной колонне, транспортирующей скважинный перфоратор, которую опускают в скважину, где взрыватель подвергается воздействию температур до 300°С в течение примерно 1 ч., после чего возбуждают детонацию первичного взрывчатого вещества, которое возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества без уменьшения скорости детонации. Взрыватель поддерживает взрывную эффективность при высоких температурах в течение продолжительного периода времени. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл., 6 пр.

1. Взрыватель, содержащий:

корпус, содержащий по меньшей мере одно взрывчатое вещество, содержащее 5-нитриминотетразолат бария (BAX).

2. Взрыватель, содержащий:

корпус, содержащий по меньшей мере два слоя взрывчатого вещества, при этом слои взрывчатого вещества содержат первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, причем первичное взрывчатое вещество содержит 5-нитриминотетразолат бария (BAX), а вторичное взрывчатое вещество содержит 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (PYX) и/или гексанитростильбен (HNS).

3. Взрыватель по п. 2, отличающийся тем, что вторичное взрывчатое вещество содержит комбинацию BAX и PYX или PYX и HNS.

4. Взрыватель по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что взрыватель возбуждается активатором, выбранным из группы, включающей в себя электронный активатор и механический активатор.

5. Взрыватель по п. 4, отличающийся тем, что электронный активатор содержит головку запала или мостик электровоспламенителя, при этом после активации головка запала или мостик электровоспламенителя возбуждает детонацию первичного взрывчатого вещества, а первичное взрывчатое вещество возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества, или механический активатор содержит устройство ударного действия, при этом после активации и удара ударного механизма устройство ударного действия возбуждает детонацию первичного взрывчатого вещества, а первичное взрывчатое вещество возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества.

6. Взрыватель по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что корпус содержит корпус из двух частей, верхней части корпуса и нижней части корпуса,

при этом верхняя часть корпуса содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем нижняя поверхность содержит углубление, расположенное по центру в нижней поверхности верхней части корпуса,

при этом нижняя часть корпуса содержит вспомогательный канал, и первичное взрывчатое вещество размещено в углублении в нижней поверхности верхней части корпуса, а вторичное взрывчатое вещество размещено во вспомогательном канале, и верхняя часть корпуса соединена с нижней частью корпуса для выравнивания первичного взрывчатого вещества с вторичным взрывчатым веществом.

7. Взрыватель по п. 6, дополнительно содержащий плоскую шайбу, расположенную в нижнем участке вспомогательного канала рядом и в углублении относительно нижней поверхности нижней части корпуса, при этом плоская шайба выполнена с возможностью удерживания вторичного взрывчатого вещества во вспомогательном канале.

8. Способ использования взрывателя, включающий:

обеспечение взрывателя, который содержит:

корпус, выполненный с возможностью размещения по меньшей мере двух слоев взрывчатого вещества, при этом слои взрывчатого вещества содержат первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, причем первичное взрывчатое вещество содержит 5-нитриминотетразолат бария (BAX), а вторичное взрывчатое вещество содержит 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (PYX),

установку взрывателя в насосно-компрессорной колонне, транспортирующей скважинный перфоратор;

установку насосно-компрессорной колонны, транспортирующей скважинный перфоратор, в стволе скважины;

подвергание взрывателя воздействию температур по меньшей мере примерно до 250°C в течение по меньшей мере примерно 200 часов и/или по меньшей мере примерно до 300°C в течение по меньшей мере примерно 1 часа; и

возбуждение взрывателя для возбуждения детонации первичного взрывчатого вещества, а первичное взрывчатое вещество возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества, без уменьшения скорости детонации более чем на 20%.

9. Способ сборки электронного или электрического взрывателя, обладающего возможностью выдерживать температуры по меньшей мере примерно до 250°C в течение по меньшей мере примерно 200 часов и/или по меньшей мере примерно до 300°C в течение по меньшей мере примерно 1 часа без значительного влияния на динамические характеристики взрывателя, включающий:

обеспечение корпуса, содержащего головку запала или мостик электровоспламенителя, выровненный с главным каналом и вспомогательным каналом;

размещение первичного взрывчатого вещества, содержащего 5-нитриминотетразолат бария (BAX) в главном канале;

размещение вторичного взрывчатого вещества, содержащего 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (PYX) во вспомогательном канале;

выравнивание первичного взрывчатого вещества с вторичным взрывчатым веществом;

установку головки запала или мостика электровоспламенителя во взаимодействие с первичным взрывчатым веществом, так что возбуждение головки запала или мостика электровоспламенителя возбуждает детонацию первичного взрывчатого вещества, а первичное взрывчатое вещество возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества.

10. Способ сборки механического взрывателя, обладающего возможностью выдерживать температуры по меньшей мере примерно до 250°C в течение по меньшей мере примерно 200 часов и/или по меньшей мере примерно до 300°C в течение по меньшей мере примерно 1 часа без значительного влияния на динамические характеристики взрывателя, включающий:

обеспечение корпуса из двух частей, верхней части корпуса и нижней части корпуса, при этом верхняя часть корпуса содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем верхняя поверхность содержит углубление, расположенное по центру в нижней поверхности верхней части корпуса, и нижняя часть корпуса содержит вспомогательный канал;

размещение первичного взрывчатого вещества, содержащего 5-нитриминотетразолат бария (BAX), в главном канале и вторичного взрывчатого вещества, содержащего 2,6-бис(пикриламино)-3,5-динитропиридин (PYX), во вспомогательном канале, и выравнивание первичного взрывчатого вещества с вторичным взрывчатым веществом; и

соединение верхней части корпуса с нижней частью корпуса и выравнивание первичного взрывчатого вещества, расположенного в углублении, выполненном в верхней части корпуса, с вторичным взрывчатым веществом, размещенным в нижней части корпуса, так что срабатывание ударного механизма в верхней поверхности верхней части корпуса при выравнивании с углублением возбуждает детонацию первичного взрывчатого вещества, а первичное взрывчатое вещество возбуждает детонацию вторичного взрывчатого вещества.