Скважинное устройство для разрушения монолитных объектов импульсным давлением жидкости Советский патент 1989 года по МПК E21C37/06 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для создания гидравлического давления в скважине.

Известно Скважинное устройство для разрушения монолитных объектов высоким импульсным давлением жидкости, содержащее камеру с зарядом ВВ и камеру с жидкостью, имеющую отверстия для ее истечения под давлением, а также приспособление для удержания устройства от выброса, размещаемое в скважине.

Камера с жидкостью в этом устройстве выполнена в виде трубы с отверстиями в стенках, что снижает эффективность действия устройства за счет уменьшения зоны воздействия высокого давления на стенки скважины, так как такая зона расположена в основюном против отверстий, а в других мес1 Этах экранируется стенками трубы.

о оо

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и до4стигаемому результату является скважинное .устройство для разрушения монолитных объектов импульсным давлением жидкости, включающее корпус с взрьгеной камерой, ствол с жидкостной камерой, связанной с взрывной камерой, и выхлопньми отверстиями.

Устройство снабжено приспособлением для удержания его от выбрасывания, размещенным запределами скважины . Конструкция устройства позволяет использовать всю энергию импульса в скважине для полезной работы - разрушения объекта (без экранирования импульса стенками трубы). Для обеспе чения достаточной прочности устройст ва стенки жидкостной камеры выполнены значительной толщины. Это приводит к большой разнице площадей поперечного сечения камеры и скважины, что в свою очередь вызывает резкое снижение давления на выходе из камеры. Это объясняется тем, что максимальное давление импульса достигается б фазе сжатия (головной части импульса), гидродинамические явления в которой обусловлены законами развития гидравлического удара с интерференцией ударных волн. В этом случае на выходе из жидкостной камеры возникает узел разрывности, в котором происходит пре ломление ударной волны с резким снижением ее давления, определяемого по зависимости Рд S P/j , где P-i и Ре. давление импульса соответственно в жидкостной камере и скважине S коэффициент преломления ударной волны При этом коэффициент преломления S ударной волны на выходе из жидкостной камеры равен F + FC где F и F,j - соответственно площади поперечного сечения камеры и скважины . В формуле коэффициента преломления S принято- упрощающее допущение о равенстве скоростей распространения ударной волны в камере и полости сква жины . Величина коэффициента преломления ударной волны в существующих конструк циях устройств, имеющих диаметр камеры 1,2 см при диаметре скважины 4 см, составляет величину около 0,15-0,16, что в 5-6 раз может снижать давление ударной Волны в начальной стадии развития гидравлического удара в скважине по сравнению с давлением пороховых газов в камере для размещения заряда ВВ. Если рассматривать, процесс развития импульса в скважине в квазистационарном приближении, то при прочих равных условиях большая площадь поперечного сечения скважины, занятая жидкостью, также приводит к снижению максимального давления импульса. Так известно, что соотношение между изменением°давления и относительным изменением объема жидкости в упругой гидравлической .системе выражается равенством йР Е где Р - давление импульса Е - модуль упругости жидкости; V - начальный объем жидкости в скважине и камере; /дУ - .величина сокращения объема жидкости при сжатии. В то же время uV представляет собой величину приращения объема камеры для размещения заряда ВВ при расширении пороховых газов. Поскольку давление пороховых газов при одной и той же массе заряда зависит только от плотности заряжания, т.е. отношения массы заряда к занимаемому им объему, то возрастание дУ ведет к снижению давления пороховых газов в камере для размещения заряда ВВ и д,авления в импульсе. При этом увеличение начального объема V жидкости в скважиг не при прочих равных условиях вцдет к снижению давления в импульсе. Из изложенного следует, что при одной и той же массе заряда и глубине скважины сокращение площади, занимаемой жидкостью в поперечном сечении скважины, позволяет повысить давление импульса и, следовательно, эффективность действия устройства.Цель изобретения - повьшерне эффективности разрушения за счет повышения давления импульса .жидкости, передаваемого в скважину. Для достижения указанной цели в предлагаемом устройстве, включающем корпус с взрывной камерой, ствол с жидкостной камерой, связанной с взрьшной камерой, и вьпслопными отверстиями, ствол снабжен компенсатором объема скважины, выполненным в виде цилиндра, установленного на торце ствола со стороны вьпспопных от-: верстий, при этом по образукнцей ци- , JIиндpa выполнены выемки, сообщенные с выхлопными отверстиями. Кроме того, выемка выполнена в виде кольца.

Кроме того, выемки выполнены в виде продольных пазов.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, размещенное в заполненной жи кocтью скважине разрушаемого объекта, продольный разрез.

В цилиндрическом корпусе 1 устройА тва вБшолнена взрывная камера 2 для размещения заряда 3 взрьшчатого вещества, например пороха, и ствол с жидкостной камерой 4 с выхлопными отверстиями 5 для истеч1ения жидкости под давлением в полость скважины 6. Вход в камеру 4 выполнен сужающимся в сторону отверстий 5 ив нем размещена герметичная перегородка 7 из упругого эластичного материала. Ниже вькодных отверстий 5 к корпусу 1 закреплен компенсатор объема скважины в виде цилиндрического элемента 8, по образующей которого выполнены выемки 9, сообщенные гидравлически через отверстия 5 с жидкостной камерой 4. При этом выемки 9 могут иметь форму кольца (кольцевой проточки) или продольных пазов в средней части цилиндра. Сверху камера 2 закрыта затвором 10. Устройство имеет приспособление для удержания его в скважине, вьшолненное, например, в виде прикрепленного к корпусу 1 консольного рычага11, на свободном конце которого при помощи болтов : 12 через амортизатор 13 установлен инерционный элемент 14.

В скважину 6, пробуренное в разрушаемом объекте и заполненную жидкостью, вставляют предложенное устройство так, чтобы его камера 4 через отверстия 5 заполнялась жидкостью до уровня ее поверхности в скважине.

При подрьте заряда 3 образующиеся пороховые газы продавливают перегородку 7 в камеру 4. В результате

в ней резко повышается давление жидкости, которое через отверстия 5 и выемки 9 воздействует на стенки скважины, расположенные против выемок 9, разрушая объект.

При выполнении выемок 9 в форме

кольцевой проточки давление жидкости в полости скважины воздействует на ее стенки практически равеномерно во всех направлениях. При этом устройство не обладает направленностью действиЯ.

Если выемки 9 выполнены в виде продольных пазов или лысок, то устройство будет обладать выраженным направленнь1м действием - процесс трещинообразования будет возникать против пазов или лысок и его можно будет использовать для упорядоченного разрушення объектов.

Наличие в предлагаемом устройстве

закрепленного ниже выходного селения камеры цилиндрического элемента 8 с выемками 9 по .его образующей позно-, ляет значительно сократить разницу площадей поперечного сечения камеры

и скважины, чем достигается увеличечение коэффициента преломления ударной ВОЛ6Г, а следовательно, и увеличение давления импульса.

.Л;V.Ч .:А : ..О у-.

12

. lЛ

v;д: : V . .

V Л.. /V « . 1

. . .

.-. - А

:гг./л.:-л :-Р:.-.:-д:.-:

--А J

:лV. /..;-,

;д-л- ;.лл-;/.У.Д.;;;-.А:

..A.

л

1,, j «

1. СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОИзЕКТОВ ИМПУЛЬСНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ;КИДКОСТИ, включающее корпус с взрывной камерой, ствол с, жидкостной камерой, связан- . ной с взрывной камерой, и выхлопньЙ11и отверстиями, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности разрушения за счет повьшения давления импульса жидкости, передаваемого в скважину, ствол снабжен компенсатором объема скважины, вьтолненным в виде цилиндра, установленного на торце ствола со стороны выхлопных отверстий при этом по образующей цилиндра выполнены выемки, сообщенные с выхлопными отверстиями. 2.Скважинное устройство по п. 1, отличающееся тем, что выемка выполнена в виде кольца. 3.Скважинное устройство по п. 1, а S отличающееся тем, что выемки выполнены в виде продольных (Л пазов.