RU2034977C1 - Axial action cumulative torpedo - Google Patents
Axial action cumulative torpedo Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034977C1 RU2034977C1 RU93012464A RU93012464A RU2034977C1 RU 2034977 C1 RU2034977 C1 RU 2034977C1 RU 93012464 A RU93012464 A RU 93012464A RU 93012464 A RU93012464 A RU 93012464A RU 2034977 C1 RU2034977 C1 RU 2034977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cumulative
- lining
- torpedo
- cladding
- charge
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в скважинах, а именно, к кумулятивным торпедам осевого действия в одиночном и кассетном вариантах их исполнения и предназначено для разрушения оставшихся на забое или в стволе скважин долот, муфт, трубных переходников и других элементов бурового снаряда, мешающих нормальному процессу бурения. Оно также может использоваться при дроблении валунов и твердых пород, затрудняющих бурение скважин, в случае ликвидации прихватов долот и последствий ряда других "нестандартных аварий", например, для разрушения отказавших клапанов в трубах. The invention relates to perforating and blasting operations in wells, namely, to cumulative axial torpedoes in single and cassette versions of their execution and is intended for the destruction of bits, couplings, pipe adapters and other elements of the drill string remaining at the bottom or in the wellbore that interfere with normal drilling process. It can also be used for crushing boulders and hard rocks, which make it difficult to drill wells, in the event of elimination of sticking bits and the consequences of a number of other "non-standard accidents", for example, for the destruction of failed valves in pipes.
При производстве бурильных работ из-за случившейся поломки бурового оборудования в скважине могут остаться неиз- влекаемые металлические части элементов бурового инструмента и оборудования, например, долота, в том числе и с переводником, лапы с шарошкой, роторные клинья, муфты и др. Это приводит к прекращению дальнейшего бурения скважины и длительной ее остановке, необходимой для проведения комплекса сложных и трудоемких подготовительных (очистка скважины от шлама и раздробленного металла, шаблонирования и др.) и прострелочно-взрывных работ. Для проведения прострелочно-взрыв- ных работ применяют специальные кумулятивные торпеды или кассетные головки, состоящие, как правило, из трех кумулятивных торпед (авт.св. СССР N 295866, N 945373). During drilling operations, due to a breakdown of the drilling equipment in the well, there may be non-recoverable metal parts of the elements of the drilling tool and equipment, for example, chisels, including a sub, cutter legs, rotor wedges, couplings, etc. This leads to to stop further drilling of the well and its long shutdown, necessary for a complex of complex and time-consuming preparatory (cleaning the well of sludge and crushed metal, standardization, etc.) and perforating-blasting work. For carrying out shooting and blasting operations, special cumulative torpedoes or cluster heads are used, consisting, as a rule, of three cumulative torpedoes (ed. St. USSR N 295866, N 945373).
Все конструкции кумулятивных торпед, в том числе и в составе кассетных головок, приведенных выше источников содержат герметичный, как правило несущий, корпус, в котором размещены разрывной заряд взрывчатого вещества (ВВ) с облицовкой кумулятивной выемки, обращенной в сторону преграды, которую необходимо разрушить. На противоположном торце разрывного заряда установлены взрывной элемент и взрыватель. На переднем торце корпуса установлен обтекатель, высота которого выбирается из условия обеспечения опти- мального фокусного расстояния для подрыва кумулятивного заряда торпеды (расстояния от основания облицовки кумулятивной выемки до преграды в момент подрыва), обеспечивающего максимальное проникающее действие кумулятивной струи формирующейся из металлической облицовки кумулятивной выемки при взрыве разрывного заряда торпеды. При попадании в преграду, установленную на ее пути, кумулятивная струя способна пробить канал длиной, превышающей в несколько раз диаметр заряда. All designs of cumulative torpedoes, including those in the cartridge heads of the above sources, contain a sealed, usually bearing, case, in which there is a bursting explosive charge (BB) with a lining of the cumulative recess facing the side of the barrier that needs to be destroyed. An explosive element and a fuse are installed at the opposite end of the explosive charge. A fairing is installed at the front end of the hull, the height of which is selected from the condition of providing the optimal focal length to undermine the cumulative charge of the torpedo (the distance from the base of the lining of the cumulative recess to the obstacle at the time of blasting), which provides the maximum penetrating effect of the cumulative jet formed from the metal lining of the cumulative recess when explosion of a explosive charge of a torpedo. If it gets into the obstacle installed in its path, the cumulative jet is able to break through the channel with a length several times greater than the diameter of the charge.
Однако все известные кумулятивные торпеды, применяемые в прострелочно-взрывных работах, не обладают столь значительным разрушающим действием, чтобы с одного спуска торпеды (кассетной головки) разрушить застрявшие в скважине металлические элементы бурового инструмента до фрагментов таких размеров, которые можно извлечь из скважины с помощью ловителей известного типа. However, all known cumulative torpedoes used in shooting and blasting operations do not have such a significant destructive effect that, from a single descent of the torpedo (cluster head), destroy metal elements of the drilling tool that are stuck in the well to fragments of such dimensions that can be removed from the well with the help of catchers known type.
Такие элементы бурового оборудования, как долота сами по себе и с переводником, а также роторные клинья, требуют в среднем до трех или четырех спусков торпед (кассетных головок). Процесс осложняется еще и тем, что все известные кумулятивные торпеды не только обладают недостаточно большой пробивной способностью (максимально 2,5 или 3,0 калибра торпеды), связанной с неоптимально выбранными параметрами облицовки кумулятивной выемки и заряда ВВ, но и имеют плохую экранную характеристику (зависимость пробивной способности от фокусного расстояния). Они способны разрушать металлические элементы бурового инструмента только при непосредственном контакте обтекателя торпеды с преградой. При этом оптимальное фокусное расстояние кумулятивного заряда торпеды фактически определяется высотой этого обтекателя, которая для известных типов торпед находится в диапазоне размеров от 0,5 до 1,2 их калибров. Удаление торпеды дополнительно на 0,5 калибра от преграды снижает разрушающее действие в два раза, при увеличении этого расстояния до 2-3 калибров действие взрыва приводит только к образованию трещин и небольших осколков (Справочник "Прострелочно-взрывная аппаратура" под редакцией Л.Я. Фридляндера. М. Недра, 1990, с. 180). Elements of drilling equipment, such as bits themselves and with an sub, as well as rotary wedges, require an average of three or four torpedo launches (cluster heads). The process is further complicated by the fact that all known cumulative torpedoes not only have insufficient penetration (maximum 2.5 or 3.0 caliber torpedoes) associated with suboptimal parameters for facing the cumulative notch and explosive charge, but also have a poor screen characteristic ( dependence of penetration on focal length). They are able to destroy the metal elements of the drilling tool only with direct contact of the torpedo fairing with an obstacle. The optimal focal length of the cumulative torpedo charge is actually determined by the height of this fairing, which for known types of torpedoes is in the size range from 0.5 to 1.2 of their calibres. Removing the torpedo by an additional 0.5 caliber from the obstacle reduces the destructive effect by half, with an increase in this distance to 2-3 calibers the effect of the explosion only leads to the formation of cracks and small fragments (Reference "Rifle-explosive equipment" edited by L.Ya. Friedlander. M. Nedra, 1990, p. 180).
Вследствие вышеперечисленных особенностей известных конструкций кумулятивных торпед перед производством каждого очередного спуска торпеды (кассетной головки) необходимо прорабатывать скважину: очищать ее от шлама (раздробленного металла, осыпающейся породы), максимальная толщина слоя которого может достигать пяти диаметров скважины, и проводить шаблонирование, на что приходится затрачивать дополнительное время и значительные средства. Ситуация усугубляется еще и тем, что осыпание породы на место предстоящего подрыва очередной торпеды (кассетной головки) происходит вследствие достаточно сильного фугасного воздействия на стенки скважины разрывного заряда предыдущей торпеды (кассетной головки), которое определяется большой долей пассивной массы ВВ в общей массе разрывного заряда (т.е. той массы, которая в отличие от активной массы ВВ не участвует в процессе взрывного обжатия облицовки кумулятивной выемки). Столь большая доля пассивной массы ВВ, отдающая свою энергию на разрушение корпуса на осколки, характерна именно для кумулятивных зарядов с высокими формами облицовок и углами раствора конической поверхности от 30 до 40о, что реализовано во всех известных конструкциях используемых торпед.Due to the above features of the known designs of cumulative torpedoes, before the production of each subsequent launch of a torpedo (cluster head), it is necessary to work out a well: clean it of sludge (crushed metal, crumbling rock), the maximum layer thickness of which can reach five diameters of the well, and carry out the standardization, which is necessary spend extra time and significant funds. The situation is aggravated by the fact that the shedding of rock to the place of the upcoming explosion of another torpedo (cluster head) occurs due to a sufficiently high explosive impact on the borehole wall of the explosive charge of the previous torpedo (cluster head), which is determined by a large fraction of the passive explosive mass in the total explosive charge mass i.e., the mass that, in contrast to the active mass of the explosive, does not participate in the process of explosive compression of the lining of the cumulative recess). Such a large proportion of the passive mass of explosives, which devotes its energy to destroying the shell into fragments, is characteristic of cumulative charges with high forms of cladding and angles of conical surface from 30 to 40 ° , which is implemented in all known designs of torpedoes used.
Техническое решение, использованное в конструкции кумулятивной торпеды по авт. св. СССР N 295866, принятое авторами за прототип и заключающееся в размещении перед кумулятивным зарядом дополнительной шашки ВВ, если и приводит к некоторому повышению разрушающего действия торпеды, однако не устраняет всех других перечисленных выше существенных недостатков (неоптимальные параметры металлической облицовки и заряда ВВ, плохая экранная характеристика, большая пассивная масса ВВ), что не позволяет рассчитывать на качественное изменение всего комплекса проведения работ по восстановлению скважины. The technical solution used in the design of the cumulative torpedo according to ed. St. USSR N 295866, adopted by the authors as a prototype and consisting in placing an additional explosive checker in front of the cumulative charge, even if it leads to some increase in the destructive effect of the torpedo, but does not eliminate all the other significant disadvantages listed above (non-optimal parameters of the metal cladding and explosive charge, poor screen characteristic , a large passive mass of explosives), which does not allow us to rely on a qualitative change in the whole complex of work to restore the well.
Задачей изобретения является существенное повышение эффективности разрушающего действия кумулятивной торпеды (кассетной головки), позволяющее за счет дополнительного вовлечения в процесс разрушения преграды хвостовой части кумулятивной струи и песта с одновременным значительным снижением фугасного действия взрыва на стенки скважины уменьшенной пассивной массы разрывного заряда ВВ, произвести полное разрушение застрявших в скважине металлических элементов бурового инструмента и обору- дования за один спуск торпеды (кассетной головки) без предварительной очистки скважины от слоя шлама при его толщине, не превышающей пяти диаметров скважины. The objective of the invention is to significantly increase the effectiveness of the destructive effect of the cumulative torpedo (cluster head), allowing due to the additional involvement of the tail part of the cumulative stream and pest in the destruction process of the barrier with the simultaneous significant reduction in the high explosive action of the reduced passive explosive explosive charge mass on the walls, to completely destroy stuck in the borehole metal elements of the drilling tool and equipment for one launch of the torpedo (cassette goal application) without purification sludge from the well layer in its thickness not exceeding five borehole diameters.
Это достигается за счет:
установки на основание облицовки кумулятивной выемки разрывного заряда торпеды металлического насадка, выполненного в форме усеченного конического раструба, большим основанием опирающегося на основание облицовки. При этом образующая внутренней конической поверхности насадка составляет с образующей внутренней конической поверхности облицовки угол 90-95о; внутренний диаметр большего кольцевого основания насадка точно соответствует внутреннему диаметру основания облицовки; толщина стенки составляет (0,06-0,09)˙d, а высота k˙d˙sin(α /2), где d диаметр разрывного заряда, α угол раствора облицовки, а k эмпирический коэффициент, равный 0,091-0,098.This is achieved by:
installation on the base of the lining of the cumulative recess of the explosive charge of the torpedo of a metal nozzle, made in the form of a truncated conical bell, a large base resting on the base of the lining. In this case, the nozzle forming the inner conical surface makes an angle of 90-95 about with the generatrix of the inner conical surface of the cladding; the inner diameter of the larger annular base nozzle exactly matches the inner diameter of the base of the cladding; the wall thickness is (0.06-0.09) ˙d, and the height is k˙d˙sin (α / 2), where d is the bursting charge diameter, α is the cladding solution angle, and k is an empirical coefficient equal to 0.091-0.098.
изготовления насадка из материала с акустической жесткостью (произведением плотности материала на объемную скорость звука в материале), не меньшей значения акустической жесткости материала облицовки кумулятивной выемки. manufacturing a nozzle from a material with acoustic rigidity (the product of the density of the material and the volumetric speed of sound in the material), not less than the acoustic rigidity of the material of the lining of the cumulative recess.
Дополнительное усиление эффекта предлагаемого технического решения может быть достигнуто за счет:
изготовления облицовки кумулятивной выемки из меди с углом раствора 50-70о;
применение в составе корпуса торпеды в зоне, примыкающей к основанию облицовки кумулятивной выемки, внутреннего кольцевого вкладыша из материала с высокими плотностью и акустической (динамической) жесткостью, например, молибдена, тантала, урана, вольфрамовых сплавов типа ВНЖ, ВНМ, ВНДС;
применения обтекателя с высотой, обеспечивающей фокусное расстояние кумулятивного заряда от двух до четырех диаметров заряда;
инициирования разрывного заряда торпеды по кольцу шириной (d1 dэ)/2, составляющей от 2 до 10 мм, где d1 диаметр разрывного заряда ВВ, в плоскости инициирования, перпендикулярной оси заряда, а dэ диаметр экрана из инертного материала в кольцевом детонационном распределителе, снаряженном пластическим ВВ.Additional enhancement of the effect of the proposed technical solution can be achieved by:
the manufacture of lining cumulative excavation of copper with a solution angle of 50-70 about ;
the use of a torpedo hull in the area adjacent to the base of the lining of the cumulative recess, an inner annular liner of a material with high density and acoustic (dynamic) stiffness, for example, molybdenum, tantalum, uranium, tungsten alloys such as VNZh, VNM, VNDS;
the use of a fairing with a height that provides the focal length of the cumulative charge from two to four charge diameters;
initiation of a torpedo explosive charge along a ring with a width (d 1 d e ) / 2 of 2 to 10 mm, where d 1 is the explosive explosive charge diameter, in the initiation plane perpendicular to the charge axis, and d e is the diameter of the inert material screen in the annular detonation a distributor equipped with a plastic explosive.
Известно, что при формировании кумулятивной струи при высокоскоростном обжатии облицовки кумулятивной выемки продуктами взрыва разрывного заряда ВВ в струю переходит только 10-15% материала облицовки. Из остального материала образуется так называемый пест, который движется в том же направлении, что и кумулятивная струя, но с очень малой скоростью 0,5-0,8 км/с по сравнению со струей, скорость головных участков которой достигает 8-9 км/с, а средняя скорость может составлять 5-6 км/с. В процессе пробития стальной преграды участвует только та часть кумулятивной струи, скорость которой превышает 2 км/с. Таким образом, низкоскоростные хвостовые элементы кумулятивной струи и пест в процессе пробития никакого участия не принимают. К тому же пест при движении по каналу, пробитому кумулятивной струей в преграде, застревает в нем, закупоривая канал, т. е. оказывает еще и вредное влияние на процесс очистки скважины. It is known that during the formation of a cumulative jet during high-speed compression of the lining of the cumulative excavation by the explosion products of an explosive explosive charge, only 10-15% of the lining material passes into the jet. The so-called pestle is formed from the rest of the material, which moves in the same direction as the cumulative jet, but with a very low speed of 0.5-0.8 km / s compared to the jet, the speed of the head sections of which reaches 8-9 km / s, and the average speed can be 5-6 km / s. In the process of breaking through a steel barrier, only that part of the cumulative jet, the speed of which exceeds 2 km / s, is involved. Thus, the low-speed tail elements of the cumulative jet and pestle do not take any part in the process of breaking through. In addition, when moving along a channel pierced by a cumulative jet in an obstacle, the pestle gets stuck in it, clogging the channel, i.e., it also has a harmful effect on the well cleaning process.
Применение металлического насадка, выполненного в виде усеченного конического раструба, опирающегося своим большим основанием на основание облицовки, как показали проведенные эксперименты, обеспечивает получение нового качества, а именно, повышает скорость песта до 1,0-1,2 км/с. Пест при ускоренном прохождении по каналу, пробитому в преграде кумулятивной струей, значительно растягивает импульс ударной волны в боковом направлении в преграде. В результате в преграде вдоль оси начинают образовываться раскрытые трещины, и когда трещины достигают противоположного торца преграды, она разрушается. The use of a metal nozzle made in the form of a truncated conical bell resting on its base with a large base, as shown by experiments, provides a new quality, namely, it increases the pestle speed to 1.0-1.2 km / s. Pestle during accelerated passage through a channel pierced by a cumulative jet in a barrier significantly stretches the shock wave momentum in the lateral direction in the barrier. As a result, open cracks begin to form in the barrier along the axis, and when the cracks reach the opposite end of the barrier, it breaks.
В процессе получения нового качества участвуют в совокупности три элемента конструкции торпеды корпус, облицовка и насадок. Новое качество достигается только при соблюдении ряда необходимых условий, описывающих взаимное расположение и геометрические соотношения корпуса, облицовки и насадка. In the process of obtaining a new quality, three structural elements of the torpedo hull, cladding and nozzles are combined. A new quality is achieved only if a number of necessary conditions are observed that describe the relative position and geometric relationships of the body, cladding and nozzle.
Рассмотрим подробнее механизм процесса схлопывания нижней части конической облицовки, которая обжимается продуктами взрыва последней. Let us consider in more detail the mechanism of the collapse of the lower part of the conical lining, which is crimped by the explosion products of the latter.
Разгон материала облицовки продуктами взрыва происходит до тех пор, пока их давление, действующее на поверхность облицовки, превышает динамическую прочность материала облицовки. В продуктах взрыва в зоне основания облицовки ввиду малой толщины кольцевого слоя заряда ВВ, а также из-за истечения продуктов взрыва с торцевой части разрывного заряда в зазор, образующийся между движущейся облицовкой и корпусом (обтекателем), происходит быстрое падение давления в них. Установка насадка обеспечивает "запирание" в течение некоторого времени продуктов взрыва в объеме между еще не разрушившейся частью корпуса, облицовкой и насадком. Край облицовки при этом все время скользит по внутренней конической поверхности насадка (но без излишнего натяга, ведущего к торможению), не позволяя продуктам взрыва прорваться, между скользящей кромкой облицовки и поверхностью насадка. Тем самым значительно увеличивается время воздействия давления продуктов взрыва на облицовку, что обеспечивает ее разгон до большей скорости. Такой режим скольжения реализуется если: угол между образующими внутренних поверхностей облицовки и насадка составляет 90-95о; толщина насадка составляет (0,06-0,09)˙d; высота насадка составляет (0,091. 0,098)˙d˙sin(α /2), где d диаметр разрывного заряда, α- угол раствора облицовки.Acceleration of the cladding material by explosion products occurs until their pressure acting on the cladding surface exceeds the dynamic strength of the cladding material. Due to the small thickness of the annular charge layer of the explosive charge in the explosion products in the area of the lining base, as well as due to the outflow of explosion products from the end part of the bursting charge, a rapid pressure drop occurs in them between the moving lining and the body (fairing). Installation of the nozzle provides for “locking” for some time the products of the explosion in the volume between the still not destroyed part of the body, the lining and the nozzle. At the same time, the edge of the lining slides along the inner conical surface of the nozzle (but without excessive interference leading to braking), preventing explosion products from breaking through, between the sliding edge of the lining and the surface of the nozzle. This significantly increases the time the pressure of the explosion products affects the lining, which ensures its acceleration to a higher speed. This sliding mode is realized if: the angle between the generators of the inner surfaces of the cladding and the nozzle is 90-95 about ; the thickness of the nozzle is (0.06-0.09) ˙d; the nozzle height is (0,091. 0,098) ˙d˙sin (α / 2), where d is the bursting charge diameter, α is the angle of the facing solution.
Вектор скорости движения материала облицовки при ее обжатии продуктами взрыва кумулятивного заряда (КЗ) направлен не строго по нормали к образующей конической поверхности облицовки, а составляет с нормалью угол от 5 до 10о. Таким образом, чтобы кромка облицовки скользила по внутренней конической поверхноcти наcадка без зазора, угол между образующими внутренних коничеcких поверхностей облицовки и насадка не должен превышать 95о. Для плотного (с небольшим натягом) скольжения величина этого угла в конструкции должна быть от 90 до 95о.Vector velocity lining material with its crimping shaped charge explosion products (CP) is not directed strictly along the normal to the generatrix of the conical surface of the liner, and is a normal angle of from 5 to 10 °. Thus, to the edge of the lining slides on the inner conical poverhnocti nacadka without clearance, the angle between the generators konicheckih inner surfaces facing and the nozzle should not exceed 95. For dense (with a slight interference fit) slip, the value of this angle in the structure should be from 90 to 95 about .
Насовпадение внутренних диаметров контактирующих оснований облицовки и насадка отрицательно сказывается на процессе струеобразования. Если кромка облицовки выступает над внутренней поверх- ностью насадка, то при выходе ударных волн на свободную, не поджатую к основанию насадка поверхность облицовки возникает множественный откол, приводящий к тому, что отколовшиеся фрагменты облицовки, двигаясь с большой скоростью к оси заряда и ударяясь в хвостовую часть кумулятивной струи, будут нарушать ее сплошность, уменьшая в целом пробивную способность КЗ. Если же, наоборот, кромка насадка нависает над основанием облицовки, то она мешает началу движения кромки облицовки, тормозя процесс ее разгона. Coincidence of the inner diameters of the contacting bases of the cladding and the nozzle adversely affects the process of jet formation. If the edge of the cladding protrudes above the inner surface of the nozzle, then when shock waves exit onto the free, not pressed to the base of the nozzle, the cladding surface there is a multiple spallation, which leads to the breakaway fragments of the cladding moving at high speed towards the charge axis and striking the tail part of the cumulative jet will violate its continuity, reducing the overall breakdown ability of the short circuit. If, on the contrary, the edge of the nozzle hangs over the base of the cladding, then it prevents the beginning of the movement of the edge of the cladding, inhibiting the process of its acceleration.
Чтобы насадок сохранял свою форму в течение некоторого времени, необходимого для максимального отбора энергии расширяющихся продуктов взрыва основанием облицовки, он должен иметь определенную инерционность, которая характеризуется его массой. In order for the nozzle to retain its shape for some time necessary for the maximum energy extraction of the expanding explosion products by the base of the cladding, it must have a certain inertia, which is characterized by its mass.
Насадок целесообразно изготавливать из стали, которая, вследствие своих магнитных свойств, относится к материалам, извлекаемым из скважин при помощи магнитных ловителей и, кроме того, обладает достаточной плотностью и динамической прочностью, что позволяет применять насадок приемлемой толщины. It is advisable to make nozzles from steel, which, due to its magnetic properties, refers to materials extracted from wells using magnetic catchers and, in addition, has sufficient density and dynamic strength, which allows the use of nozzles of an acceptable thickness.
Соответствующая толщина стенки насадка выбирается из условия, что в течение времени, за которое не произойдет расширение корпуса в зоне основания облицовки, влекущее за собой падение давления в продуктах взрыва до величин, меньших значений динамической прочности материала облицовки, насадок будет сохранять свою форму. Это время оценивается по имеющимся экспериментальным данным и результатам газодинамических расчетов аналогичных кумулятивных зарядов в пределах от 12 до 20 мкс от момента начала движения кромки облицовки к оси заряда под действием давления ударной волны и продуктов взрыва. Интенсивность ударно-волнового импульса будет максимальной на контактной границе "облицовка насадок". Следовательно, толщину стенки насадка будет определять его толщина вблизи контактной границы. Так как основным определяющим геометрическим параметром, позволяющим вести сравнение кумулятивных зарядов между собой, является наружный диаметр (d) цилиндрической части кумулятивного заряда в плоскости торца облицовки, то все его основные линейные конструктивные размеры принято задавать в относительных величинах, выраженных в долях этого диаметра. Экспериментально подобранная минимальная толщина насадка составляет 0,06˙d. Фактическую толщину стенки (при условии ее превышения минимального значения) определяет разработчик КЗ, исходя из весовых ограничений, предъявляемых к торпеде. Нецелесообразно более, чем в 1,5 раза превышать минимальное значение толщины стенки насадка. The corresponding nozzle wall thickness is chosen from the condition that during the time during which the case does not expand in the area of the cladding base, which entails a pressure drop in the explosion products to values lower than the dynamic strength values of the cladding material, the nozzles will retain their shape. This time is estimated from the available experimental data and the results of gas-dynamic calculations of similar cumulative charges in the range from 12 to 20 μs from the moment the cladding edge begins to move to the charge axis under the influence of the pressure of the shock wave and explosion products. The intensity of the shock wave pulse will be maximum at the contact boundary "nozzle lining." Therefore, the wall thickness of the nozzle will determine its thickness near the contact boundary. Since the main defining geometric parameter that allows us to compare the cumulative charges with each other is the outer diameter (d) of the cylindrical part of the cumulative charge in the plane of the end face of the cladding, it is customary to set all its main linear structural dimensions in relative values, expressed in fractions of this diameter. The experimentally selected minimum nozzle thickness is 0.06˙d. The actual wall thickness (provided that it exceeds the minimum value) is determined by the short circuit developer based on the weight restrictions imposed on the dashboard. It is impractical to exceed the minimum value of the nozzle wall thickness by more than 1.5 times.
Способом, позволяющим несколько уменьшить массу насадка при сохранении нового качества является его выполнение с переменной толщиной стенки, которая уменьшается по мере удаления от контактной границы с облицовкой. A way to slightly reduce the mass of the nozzle while maintaining a new quality is its implementation with a variable wall thickness, which decreases with distance from the contact border with the lining.
Высота насадка будет определяться временем, в течение которого давление расширяющихся продуктов взрыва в объеме, ограниченном корпусом, облицовкой и насадкой, обеспечивает разгон нижней части облицовки, а также временем, в течение которого ударная волна, отразившаяся от корпуса, догонит облицовку и передаст ей свой импульс. Превышение этого времени отрицательно сказывается на разгоне облицовки из-за диссипации энергии на трение и деформацию материала насадка в зоне контакта. Указанное время оценивается в пределах от 15 до 25 мкс, в зависимости от размеров КЗ, толщины корпуса, типа ВВ и др. параметров. Тем самым, зная время, можно определить расстояние (l), которое проходит кромка облицовки при своем ускорении от нуля до максимального значения. Это расстояние составляет (0,091-0,098)˙d. The height of the nozzle will be determined by the time during which the pressure of the expanding explosion products in the volume limited by the body, cladding and nozzle ensures acceleration of the lower part of the cladding, as well as the time during which the shock wave reflected from the body will catch up with the cladding and give it its impulse . Exceeding this time negatively affects the acceleration of the lining due to dissipation of energy by friction and deformation of the material of the nozzle in the contact zone. The indicated time is estimated in the range from 15 to 25 μs, depending on the size of the short circuit, the thickness of the body, type of explosive and other parameters. Thus, knowing the time, it is possible to determine the distance (l) that the edge of the cladding passes during its acceleration from zero to the maximum value. This distance is (0,091-0,098) ˙d.
Найденное расстояние целесообразно перевести в высоту насадка, которую при известном значении угла раствора насадка (угла наклона его образующей) можно рассчитать, пользуясь следующим выражением:
h l˙cos γ, (1) где l расстояние, которое проходит ускоряясь кромка облицовки;
γ угол наклона образующей насадка.It is advisable to translate the found distance into the height of the nozzle, which, with a known value of the nozzle angle (the angle of inclination of its generatrix), can be calculated using the following expression:
hl˙cos γ, (1) where l is the distance that the accelerating edge of the lining passes;
γ angle of inclination of the forming nozzle.
От угла наклона образующей насадка γ целесообразно перейти к углу раствора облицовки кумулятивной выемки α. Зная угол между образующими насадка и облицовки, можно найти соотношение между этими углами
γ 90о α/2. (2) Подставляя (2) в выражение (1), получим:
h l˙sin(α /2) или
h (0,091.0,098) ˙d˙sin(α /2).It is advisable to go from the angle of inclination of the forming nozzle γ to the angle of the solution of the facing of the cumulative recess α. Knowing the angle between the generators of the nozzle and facing, you can find the ratio between these angles
γ 90 about α / 2. (2) Substituting (2) into expression (1), we obtain:
hl˙sin (α / 2) or
h (0,091.0,098) ˙d˙sin (α / 2).
Повысить эффективность ударно-волновых процессов в зоне контакта "облицовка насадок" можно за счет определенного сочетания физических свойств их материалов, а именно, если соблюдено условие, при котором акустическая жесткость материала насадка равна или выше акустической жесткости материала облицовки. The efficiency of shock-wave processes in the contact zone “lining of nozzles” can be increased due to a certain combination of physical properties of their materials, namely, if the condition is met under which the acoustic rigidity of the material of the nozzle is equal to or higher than the acoustic rigidity of the material of the cladding.
В первом случае при равенстве этих параметров контактная граница между облицовкой и насадком становится прозрачной для прохождения ударных волн из материала облицовки в материал насадка, во стором (жесткость материала насадка выше) от контактной границы в облицовку отражается ударная волна. Тем самым устраняется явление множественного откола частиц облицовки у свободной поверхности, которое может нарушить процесс формирования кумулятивной струи. (См. Физика быстропротекающих процессов, перевод под редакцией Златина Н.А. М. Мир, 1971, том 2, с. 325-329). In the first case, when these parameters are equal, the contact boundary between the cladding and the nozzle becomes transparent for the passage of shock waves from the cladding material to the nozzle material, and in the opposite direction (the rigidity of the nozzle material is higher), the shock wave is reflected from the contact boundary into the cladding. This eliminates the phenomenon of multiple spallation of particles of the cladding at the free surface, which can disrupt the formation of the cumulative jet. (See Physics of Fast Processes, translation edited by N. Zlatin, M. M. Mir, 1971,
Если облицовка кумулятивной выемки изготовлена из меди (плотность 8,924 г/см3, объемная скорость звука 3927 м/с), акустическая жесткость которой составляет 3,044˙107 кг˙м-2˙с-1, то целесообразно применять насадок из стали, акустическая жесткость которой 3,6098˙107 кг˙м-2˙с-1 (плот- ность 7,856 г/см3, объемная скорость звука 4595 м/с). (См. LASL Shock Hugoniot Data (Los Alamos Series on Dynamic Material Properties) Editor S.P.Marsh. University of California Press. Berkeley. Los Angeles. London. 1980. р. 260, 364).If the lining of the cumulative excavation is made of copper (density 8.924 g / cm 3 , volumetric speed of sound 3927 m / s), the acoustic rigidity of which is 3.044˙10 7 kg˙m -2 ˙ s -1 , then it is advisable to use steel nozzles, acoustic whose stiffness is 3.6098,610 7 kg˙m -2 -2 s -1 (density 7.856 g / cm 3 , volumetric speed of sound 4595 m / s). (See LASL Shock Hugoniot Data (Los Alamos Series on Dynamic Material Properties) Editor SPMarsh. University of California Press. Berkeley. Los Angeles. London. 1980. p. 260, 364).
Во всех известных кумулятивных торпедах осевого действия облицовки кумулятивной выемки выполнены с углом раствора от 30 до 40о. Из соотношений гидродинамической теории кумуляции известно, чем меньше угол раствора облицовки, тем меньшая доля материала облицовки переходит в кумулятивную струю, и, соответственно, тем большая часть материала в низкоскоростной пест. Однако такие тонкие струи весьма неустойчивы из-за их высокой чувствительности к любым технологическим погрешностям изготовления кумулятивного заряда и его элементов, отрицательное влияние которых проявляется через асимметрию процесса струеобразования, приводящую в итоге к значительному снижению проникающего действия в преграду. Кроме того, чем меньше угол раствора облицовки, тем меньше значение оптимального фокусного расстояния, а как отмечалось выше, при малой величине оптимального значения фокусного расстояния требуется проводить очистку скважины от шлама, чтобы сохранить пробивное действие кумулятивной торпеды. И, наконец, нарушается критерий струеобразования (по которому фазовая скорость схлопывания облицовки не должна превышать скорость звука в материле облицовки) для зоны при вершине облицовки, что приводит к диспергированию и образованию низкоплотной головной части струи, так называемой пелены, с малой пробивной силой.In all known cumulative torpedoes of axial action, the lining of the cumulative recess is made with a solution angle of 30 to 40 about . From the relations of the hydrodynamic theory of cumulation, it is known that the smaller the angle of the cladding solution, the smaller the proportion of the cladding material passes into the cumulative stream, and, accordingly, the greater the part of the material in the low-speed pestle. However, such thin jets are highly unstable due to their high sensitivity to any technological errors in the manufacture of the cumulative charge and its elements, the negative effect of which is manifested through the asymmetry of the jet formation process, which ultimately leads to a significant decrease in the penetrating effect in the barrier. In addition, the smaller the angle of the cladding solution, the smaller the value of the optimal focal length, and as noted above, with a small value of the optimal focal length, it is necessary to clean the well from sludge in order to preserve the breakdown effect of the cumulative torpedo. And finally, the criterion of jet formation is violated (according to which the phase collapse speed of the cladding should not exceed the speed of sound in the cladding material) for the zone at the top of the cladding, which leads to dispersion and the formation of a low-density head of the jet, the so-called shroud, with low breakdown force.
Наиболее пригодным материалом для изготовления облицовок кумулятивных выемок с точки зрения требований к их газодинамическим характеристикам, является медь, обладающая высокими плотностью (8,924 г/см3), откольной прочностью (от 1,21 до 1,93 ГПа при варьировании давлений в падающей косой ударной волне от 4,58 до 13,62 ГПа) и пластичностью вплоть до скоростей деформации (104-105) с-1 и не имеющая фазовых переходов при динамическом нагружении до давлений 220 ГПа. Следует отметить, что высокая пластичность мате- риала облицовки важна и с точки зрения требований технологии ее изготовления методами формовки (штамповка, ротационное выдавливание и др.).The most suitable material for the manufacture of facings of cumulative recesses in terms of requirements for their gas-dynamic characteristics is copper, which has a high density (8.924 g / cm 3 ), spall strength (from 1.21 to 1.93 GPa with varying pressures in the incident oblique shock wave from 4.58 to 13.62 GPa) and ductility up to strain rates (10 4 -10 5 ) s -1 and not having phase transitions under dynamic loading to pressures of 220 GPa. It should be noted that the high plasticity of the cladding material is also important from the point of view of the requirements of the technology of its manufacture by molding methods (stamping, rotational extrusion, etc.).
Диапазон оптимальных углов раствора медных облицовок применительно к решению рассматриваемой задачи находится в пределах от 50 до 70о и определяется следующими причинами:
необходимостью увеличить долю материала облицовки, переходящего в кумулятивную струю, что позволит получить кумулятивную струю большего диаметра, которая, во-первых, устойчива к воздействию на нее технологических погрешностей изготовления кумулятивного заряда торцеды, а во-вторых, способна к растяжению на большую величину (пробивная способность струи прямо пропорциональна ее длине);
необходимостью получить пест, обладающий большей скоростью по сравнению со скоростью песта, формирующегося из облицовки с малыми углами раствора;
необходимостью увеличить значение оптимального фокусного расстояния, для этого, чтобы успешно разрушать преграды, засыпанные слоем шлама;
необходимостью уменьшения высоты кумулятивного заряда, что при том же диаметре заряда равносильно уменьшению массы разрывного заряда, а следовательно, и уменьшению фугасного действия торпеды (кассетной головки) на стенки скважины;
необходимостью свести к минимуму протяженность той части облицовки в зоне, примыкающей к ее вершине, которая, вследствие невыполнения условия струеобразования, диспергируется и образует низкоплотную головную часть пелену, не обладающую сколь-нибудь значительным пробивным действием.The range of optimum angles copper cladding applied solution to the solution of the problem is in the range of from 50 to 70 and is determined by the following reasons:
the need to increase the share of the cladding material, turning into a cumulative jet, which will allow to obtain a cumulative jet of a larger diameter, which, firstly, is resistant to the impact of technological errors in the manufacture of the cumulative torsion charge, and secondly, is capable of stretching by a large amount (piercing the ability of the jet is directly proportional to its length);
the need to obtain a pestle that has a greater speed compared to the speed of a pestle formed from a lining with small solution angles;
the need to increase the value of the optimal focal length, in order to successfully destroy the obstacles covered with a layer of sludge;
the need to reduce the height of the cumulative charge, which with the same diameter of the charge is equivalent to a decrease in the mass of the bursting charge, and consequently, to a decrease in the high-explosive action of a torpedo (cassette head) on the well walls;
the need to minimize the extent of that part of the cladding in the area adjacent to its apex, which, due to non-fulfillment of the conditions of jet formation, is dispersed and forms a low-density head part of the veil, which does not have any significant breakdown effect.
Увеличение угла раствора выше 70о нецелесообразно из-за значительного уменьшения длины образующей облицовки, которая в конечном итоге определяет длину кумулятивной струи, а следовательно, и ее пробивное действие. Облицовки с углами меньшими 50о формируют достаточно тонкие струи, которые в значительно большей мере зависят от технологических погрешностей изготовления КЗ торпеды. Заряды с такими облицовками обладают из-за большой массы ВВ повышенным фугасным действием на стенки скважины.Increasing the angle of the solution above 70 ° is impractical due to the considerable reduction of the length of the generatrix facing, which ultimately determines the length cumulative jet and hence its effect breakdown. With smaller angles cladding 50 is formed of sufficiently thin jet that a much greater extent depend on the technological errors of manufacturing faults torpedo. Due to the large mass of explosives, charges with such facings have a high explosive effect on the borehole walls.
Дополнительное повышение скорости песта можно получить, если корпус торпеды выполнить с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в зоне, примыкающей к оcнованию облицовки, в которой размеcтить внутренний вкладыш, изготовленный из материала с высокой акустической жесткостью, например, из молибдена, тантала, урана, вольфрамовых сплавов типа ВНЖ, ВНМ, ВНДС, тогда как корпус может быть изготовлен из алюминиевого сплава, или титана, или стали. Алюминиевый сплав и титан позволяют значительно уменьшить массу спускаемой торпеды (кассетной головки), но в отличие от стали не извлекаются из скважины магнитными ловителями при проведении очистки ствола скважины после подрыва торпеды (кассетной головки). Положительный эффект от применения внутреннего кольцевого вкладыша из материала с высокой акустической (динамической) жесткостью заключается в том, что даже при равном коэффици- енте нагрузки β= М/m (где М и m массы корпуса и заряда ВВ, соответственно, на единицу длины) для однослойного и двухслойного корпусов отраженные от последнего ударные волны будут большей интенсивности по импульсу действия на метаемую облицовку. An additional increase in pestle speed can be obtained if the torpedo body is made with an annular bore on the inner surface in the area adjacent to the base of the cladding, in which to place the inner liner made of a material with high acoustic rigidity, for example, molybdenum, tantalum, uranium, tungsten alloys such as a residence permit, VNM, VNDS, while the body can be made of aluminum alloy, or titanium, or steel. Aluminum alloy and titanium can significantly reduce the mass of the launched torpedo (cassette head), but unlike steel, they are not removed from the well by magnetic catchers when cleaning the wellbore after the torpedo (cassette head) is detonated. The positive effect of the use of an inner ring liner made of a material with high acoustic (dynamic) stiffness is that even with an equal load factor β = M / m (where M and m are the shell mass and explosive charge, per unit length, respectively) for single-layer and two-layer cases, shock waves reflected from the latter will be of greater intensity in terms of the impulse of action on the missile facing.
Фокусное расстояние является важным конструктивным параметром, определяющим эффективность пробивного действия кумулятивной торпеды. Диапазон фокусных расстояний, в котором кумулятивный заряд сохраняет высокую эффективность, зависит во многом от точности (прецизионности) изготовления КЗ, от конструктивных параметров КЗ и, в первую очередь, от геометрии облицовки (в особенности от угла раствора), от материала и протяженности той преграды, которую необходимо пробить. В нашем случае необходимо рассмотреть все возможные случаи применения спускаемой торпеды (кассетной головки) в скважине. Focal length is an important design parameter that determines the effectiveness of the penetrative action of a cumulative torpedo. The range of focal lengths in which the cumulative charge maintains high efficiency depends largely on the accuracy (precision) of the production of short-circuit, on the design parameters of short-circuit and, first of all, on the geometry of the lining (especially on the angle of the solution), on the material and the length of that barrier to be pierced. In our case, it is necessary to consider all possible cases of using a descent torpedo (cluster head) in the well.
Предлагаемые кумулятивные торпеды (кассетные головки) могут быть подорваны как непосредственно при контакте обтекателя с металлической преградой, так и через слой шлама толщиной до пяти диаметров скважины (Dc). Расстояние от основания облицовки кумулятивной выемки до дна обтекателя, равное (2,0-4,0)˙d, является оптимальным для предлагаемой конструкции торпеды, так как именно в этом диапазоне обеспечивается ее максимальное пробивное действие, которое существенно превышает толщину металлических деталей бурового инструмента и оборудования, застрявших в скважине. Имеющийся запас в пробитии позволяет разрушать преграду не только при непосредственном контакте с ней обтекателя торпеды, но и при работе через слой шлама, плотность которого, даже если принять ее близкой к плотности бетона (2,3 г/см3), в 3,5 раза ниже плотности стали, и который, следовательно, легко пробивается кумулятивной струей.The proposed cumulative torpedoes (cluster heads) can be blown up directly at the contact of the fairing with a metal barrier, or through a layer of sludge up to five well diameters (D c ). The distance from the base of the lining of the cumulative recess to the bottom of the fairing, equal to (2.0-4.0) ˙d, is optimal for the proposed design of the torpedo, since it is in this range that its maximum breakdown effect is achieved, which significantly exceeds the thickness of the metal parts of the drilling tool and equipment stuck in the well. The available reserve in penetration allows you to destroy the barrier not only in direct contact with the torpedo fairing, but also when working through a layer of sludge, the density of which, even if taken close to the density of concrete (2.3 g / cm 3 ), is 3.5 times lower than the density of steel, and which, therefore, is easily penetrated by a cumulative jet.
Такую слоеную преграду из шлама и металла предлагаемая торпеда способна пробивать при расположении торца облицовки от металлической части преграды, на расстоянии, не превышающем 15 диаметров заряда. При дальнейшем увеличении этого расстояния пробивная способность кумулятивной струи начинает резко падать. Это связано с отрицательным влиянием на гидродинамическое течение технологических погрешностей изготовления заряда, которые проявляются в виде радиальных составляющих скорости кумулятивной струи и приводят к тому, что траектории отдельных фрагментов, на которые распадается струя, не совпадают. The proposed torpedo is capable of penetrating such a puffed barrier of sludge and metal when the facing end is located from the metal part of the barrier at a distance not exceeding 15 charge diameters. With a further increase in this distance, the penetrative ability of the cumulative jet begins to drop sharply. This is due to the negative effect on the hydrodynamic flow of technological errors in the manufacture of the charge, which manifest themselves in the form of radial components of the velocity of the cumulative jet and lead to the fact that the trajectories of the individual fragments into which the jet breaks do not coincide.
При спуске в скважину кассетной головки с тремя осесимметрично расположенными торпедами соотношение между диаметром скважины Dс и диаметром заряда торпеды d составляет ≈2,2. Максимальная толщина слоя шлама, пробиваемого торпедой, рассчитанная исходя из максимального расстояния от основания облицовки до металлической преграды, равного 15d, и расстояния от основания облицовки до дна обтекателя, равного 4d, составляет 11d или 5Dс.When a cartridge head with three axisymmetrically located torpedoes is lowered into the well, the ratio between the well diameter D с and the torpedo charge diameter d is ≈2.2. The maximum thickness of the slurry layer pierced by the torpedo, calculated on the basis of the maximum distance from the cladding base to the metal barrier equal to 15d and the distance from the cladding base to the bottom of the fairing equal to 4d, is 11d or 5D s .
Дополнительное уменьшение фугасного воздействия разрывного заряда спускаемой торпеды на стенки скважины достигается также за счет изменения конструкции разрывного заряда в зоне, примыкающей к взрывателю. Взрывной элемент, расположенный в зоне взрывателя и предназначенный для того, чтобы от инициирующего импульса взрывателя сформировать в разрывном заряде расходующуюся сферическую детонационную волну, выполнен в виде детонационного распределителя, состоящего из взрывонепроводящего (ослабляющего ударно-волновой импульс) экрана, изготовленного, например, из пенопластов различных марок (пенополистирола, пенодифлона и т. п.) и заряда пластического взрывчатого вещества (ПВВ) толщиной 1-6 мм с критическим диаметром детонации, меньшим, чем 2 мм. Инициирование разрывного заряда детонационным распределителем производится по кольцу шириной (d1 dэ)/2, где d1 наружный диаметр разрывного заряда торпеды, в плоскости инициирования, перпендикулярной оси заряда, а dэ наружный диаметр взрывонепроводящего экрана. Указанная ширина составляет величину от 2 до 10 мм, которая гарантирует надежную передачу детонационного импульса от ПВВ к ВВ разрывного заряда. Максимальный эффект от применения такого детонационного распределителя достигается при выполнении условия, при котором d1 dmax, где dmax наибольший из возможных для реализации в данной конструкции разрывного заряда диаметров плоскости инициирования по кольцу. Если d1dmax d на всей длине разрывного заряда (т.е. корпус торпеды представляет собой равностенную цилиндрическую трубу), то оптимальное расстояние от вершины облицовки кумулятивной выемки до плоскости инициирования выбирается в зависимости от угла раствора облицовки и таких параметров ВВ разрывного заряда, как чувствительность к ударной волне и времени выхода детонации на нормальный режим. Величина этого расстояния может варьироваться в пределах от (0,18-0,28)˙d, для угла α= 50о, до (0,26-0,38)˙d, для α 70о. Следует отметить, что в любом случае увеличение ее за предел 0,5˙d нежелательно, так как значительно возрастает пассивная, с точки зрения кумулятивного эффекта, масса ВВ и общее фугасное действие торпеды на стенки скважины.An additional decrease in the high-explosive impact of the explosive charge of the launched torpedo on the borehole wall is also achieved by changing the design of the explosive charge in the area adjacent to the fuse. An explosive element located in the fuse zone and designed to form a diverging spherical detonation wave in the burst charge in the burst charge is made in the form of a detonation distributor consisting of an explosive (attenuating shock wave impulse) screen made of, for example, foam various grades (expanded polystyrene, foam diphlon, etc.) and a plastic explosive (PVV) charge 1-6 mm thick with a critical detonation diameter of less than 2 mm. The initiation of the explosive charge by the detonation distributor is carried out along a ring of width (d 1 d e ) / 2, where d 1 is the outer diameter of the explosive charge of the torpedo, in the initiation plane perpendicular to the axis of the charge, and d e is the outer diameter of the explosion-proof screen. The specified width is from 2 to 10 mm, which guarantees reliable transmission of the detonation pulse from the explosive to explosive explosive charge. The maximum effect of the use of such a detonation distributor is achieved when the condition is fulfilled, under which d 1 d max , where d max is the largest of the possible diameters of the initiation plane diameters of the breaking plane in the ring. If d 1 d max d over the entire length of the bursting charge (i.e., the torpedo body is an equal cylindrical tube), then the optimal distance from the top of the lining of the cumulative recess to the initiation plane is selected depending on the angle of the lining of the cladding and such explosive burst charge parameters, as sensitivity to the shock wave and the time the detonation exits to normal mode. The value of this distance can vary from (0.18-0.28) ˙d, for an angle α = 50 о , to (0.26-0.38) ˙d, for α 70 о . It should be noted that in any case, an increase beyond 0.5˙d is undesirable, since the passive mass of the explosive and the high-explosive action of the torpedo on the well walls increase significantly from the point of view of the cumulative effect.
Форма взрывонепроводящего экрана в детонационном распределителе может быть также различной: от наиболее простой цилиндрической с плоскими торцами до односторонне выпуклой в форме конуса или двояковыпуклой в форме двухстороннего конуса. Если в первых двух случаях экраны делают конструкцию детонационного распределителя наиболее технологичной, с точки зрения изготовления разрывного заряда и сборки торпеды (при меньшей массе ВВ во втором варианте экрана), то в третьем случае, где нижний конус может практически достигать вершины облицовки кумулятивной выемки, при усложнении технологии изготовления деталей торпеды и ее снаряжения уменьшается масса разрывного заряда и, соответственно, фугасное действие на стенки скважины. Масса ПВВ, содержащаяся в детонационном распределителе, как минимум в 4-5 раз меньше, чем масса ВВ во взрывном элементе, установленном во всех известных конструкциях кумулятивных торпед (кассетных головок). Принцип инициирования по кольцу известен, (см. Физика взрыва. М. Наука, 1975, с. 373, 424). The shape of the explosion-proof screen in the detonation distributor can also be different: from the simplest cylindrical with flat ends to one-sided convex in the shape of a cone or biconvex in the form of a two-sided cone. If in the first two cases the screens make the design of the detonation distributor the most technologically advanced, from the point of view of manufacturing a bursting charge and assembling a torpedo (with a smaller mass of explosives in the second version of the screen), then in the third case, where the lower cone can almost reach the top of the lining of the cumulative recess, when the complexity of the manufacturing technology of parts of the torpedo and its equipment decreases the mass of the explosive charge and, accordingly, the explosive effect on the walls of the well. The mass of explosives contained in the detonation distributor is at least 4-5 times less than the mass of explosives in an explosive element mounted in all known designs of cumulative torpedoes (cluster heads). The principle of ring initiation is known (see Physics of Explosion. M. Nauka, 1975, p. 373, 424).
Применение детонационного распределителя имеет еще три других преимущества: дополнительно уменьшается на 15-20% высота кумулятивной торпеды, что приводит к уменьшению ее массы; повышается скорость обжатия облицовки кумулятивной выемки, а следовательно, и скорость кумулятивной струи, за счет того, что процесс формирования кумулятивной струи идет в режиме сходящейся падающей на облицовку детонационной волны, создающей большее давление на поверхности облицовки по сравнению со сферической скользящей детонационной волной, реализованной во всех известных конструкциях торпед; стабильность работы зарядов торпед в кассетной головке позволяет значительно уменьшить разновременность срабатывания зарядов, тем самым существенным образом снижается их взаимное влияние друг на друга и значительно повышается эффективность применения кассетных прострелочных торпед. The use of a detonation distributor has three other advantages: the height of the cumulative torpedo is further reduced by 15-20%, which leads to a decrease in its mass; the compression speed of the lining of the cumulative recess increases, and therefore the speed of the cumulative jet, due to the fact that the process of forming the cumulative jet is in the mode of converging detonating wave incident on the lining, creating more pressure on the lining surface compared to a spherical sliding detonation wave realized in all known torpedo structures; the stability of the operation of torpedo charges in the cassette head can significantly reduce the difference in the timing of the charges, thereby significantly reducing their mutual influence on each other and significantly increasing the efficiency of the use of cluster shooting torpedoes.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой кумулятивной торпеды осевого действия с металлическим насадком, которая может применяться как индивидуально, так и в составе кассетной головки. На фиг. 2 показан вариант выполнения торпеды. In FIG. 1 shows a General view of the proposed cumulative torpedo axial action with a metal nozzle, which can be used both individually and as part of a cassette head. In FIG. 2 shows an embodiment of a torpedo.
Предлагаемая авторами конструкия кумулятивной торпеды осевого действия (см. фиг. 1) содержит герметичный металлический корпус 1, разрывной заряд ВВ 2 с кумулятивной выемкой и облицовкой 3, взрывной элемент 4, обтекатель 5, размещенный в нижней части корпуса, взрыватель 6, металлический насадок 7, установленный на основание облицовки кумулятивной выемки, при этом взрывной элемент 4 и взрыватеоль 6 расположены последовательно и осесимметрично над разрывным зарядом 2. The design of the axial-shaped cumulative torpedo proposed by the authors (see Fig. 1) contains a sealed metal housing 1, an
Вариант исполнения торпеды представлен на фиг. 2, где корпус 1 в зоне основания кумулятивной выемки выполнен с кольцевой расточкой на внутренней поверхности, в которой размещен кольцевой вкладыш 8, изготовленный из материала с высокой акустической жесткостью, а взрывной элемент выполнен в виде детонационного распределителя, состоящего из экрана 10, изготовленного из взрывонепроводящего (ослабляющего ударно-волновой импульс) материала, корпуса 9 и размещенного между ними слоя пластического ВВ 11 толщиной 1-6 мм. An embodiment of the torpedo is shown in FIG. 2, where the housing 1 in the base zone of the cumulative recess is made with an annular bore on the inner surface, in which an
Представленная конструкция кумулятивной торпеды осевого действия (кассетной головки) работает следующим образом. The presented design of the cumulative torpedo axial action (cluster head) works as follows.
При достижении спускаемой в скважину кумулятивной торпеды (кассетной головки) дна скважины (поверхности застрявших в ней металлических деталей бурового инструмента и оборудования или поверхности шлама высотой не более пяти диаметров скважины) выдается команда на срабатывание взрывателя 6 (см. фиг. 1), от инициирующего импульса которого детонирует взрывной элемент 4, передающий детонацию разрывному заряду 2. Сферическая детонационная волна, распространяющаяся по разрывному заряду 2, достигнув поверхности облицовки 3, начинает процесс формирования кумулятивной струи и песта. При достижении детонационной волной переднего торца разрывного заряда под действием давления продуктов детонации начинает разгоняться основание облицовки. Опирающийся на основание облицовки насадок 7 в течение времени, за которое не произойдет разрушение корпуса 1 в зоне основания облицовки и изменение формы самого насадка, исключит прорыв продуктов детонации в зазоре между своей внутренней конической поверхностью и скользящей по этой поверхности кромкой облицовки 3. Тем самым основание облицовки приобретет дополнительную скорость. Отраженная от стенки корпуса ударная волна успеет догнать движущийся к оси материал зоны основания облицовки и передаст ему дополнительный импульс, способствующий разгону кромки облицовки. В тот момент, когда давление продуктов детонации, заключенных в пространстве, ограниченном корпусом 1, насадком 7 и облицовкой 3, станет недостаточным для дальнейшего ускорения основания облицовки, из-за расширения этого пространства за счет движущейся облицовки, разрушения корпуса 1 в зоне основания облицовки, а также изменения формы насадка (скорость этого процесса на порядок меньше скорости движения облицовки), кромка облицовки достигнет конца насадка и сорвется с его конической поверхности. Тем самым возможное торможение нижней части облицовки, движущейся по инерции, будет исключено. В результате сформируются: кумулятивная струя с повышенной скоростью ее хвостовых элементов, что повышает пробивное действие торпеды за счет увеличения эффективной длины кумулятивной струи (той части струи, которая непосредственно участвует в процессе формирования канала в преграде), а также пест со скоростью 1,0-1,2 км/с, который при прохождении по каналу в преграде, пробитому кумулятивной струей, значительно растягивает импульс ударной волны, распространяющейся в боковом направлении к стенкам скважины в материале преграды. Upon reaching the cumulative torpedo (cartridge head) lowered into the well, the bottom of the well (the surface of the metal parts of the drilling tool and equipment stuck in it or the surface of the cuttings with a height of not more than five well diameters), a command is issued to fire fuse 6 (see Fig. 1), from the initiating the pulse of which is detonated by the explosive element 4, which transfers the detonation to the
Так как преграда в радиальном (боковом) направлении имеет ограниченные размеры (диаметр скважины либо практически совпадает с диаметром спускаемой торпеды, либо примерно в 2,2 раза больше диаметра торпеды, если она спускается в составе кассетной головки), то под действием указанного выше импульса ударной волны вдоль оси преграды начинают образовываться раскрытые трещины. Когда эти трещины достигают противоположного конца преграды, то преграда разрушается на части, которые уже можно извлечь из скважины с помощью ловителей различных типов. Since the obstacle in the radial (lateral) direction has limited dimensions (the well’s diameter either practically coincides with the diameter of the launched torpedo, or about 2.2 times the diameter of the torpedo if it descends as part of the cartridge head), then under the influence of the shock impulse indicated above waves along the axis of the barrier begin to form open cracks. When these cracks reach the opposite end of the barrier, the barrier collapses into parts that can already be removed from the well using various types of catchers.
Обтекатель 5, закрепленный на переднем торце корпуса 1, высота которого обеспечивает фокусное расстояние, равное 2,0-4,0 диаметрам разрывного заряда, способствует тому, что пробивное действие кумулятивной торпеды оптимально для применения ее как в случае непосредственного касания обтекателем поверхности преграды, так и в случае срабатывания торпеды через слой шлама до 5 Dс.The
Получению высокоэффективной кумулятивной струи способствует то, что торпеда укомплектована медной облицовкой с углом раствора, лежащим в оптимальном диапазоне от 50 до 70о, а также за счет того, что насадок 7 выполнен из материала с акустической жесткостью, значение которой не ниже значения акустической жесткости материала облицовки, например, для случая медной облицовки из стали, что исключает возможность образования множественного откола в зоне основания облицовки, и, соответственно, его отрицательное влияние на процесс формирования струи.Obtaining highly cumulative jet contributes to the fact that the torpedo is equipped with a copper cladding of angle lying in the optimal range of 50 to 70, and also due to the fact that the
Выполнение облицовки с углом раствора от 50 до 70о вместо используемых во всех известных торпедах облицовок с углами раствора от 30 до 40о снижает высоту и соответственно массу разрывного заряда торпеды, уменьшая, тем самым, ее фугасное действие на стенки скважины в месте подрыва торпеды. Это снижает массу образовывающегося шлама.Performing cladding with an angle of from 50 to 70 instead used in all known torpedoes facings with a solution of angles from 30 to 40 reduces the height and respectively the mass burster torpedoes, reducing, thereby, its explosive action on the borehole wall at the site of blasting torpedo. This reduces the mass of sludge formed.
Если дополнительно использовать детонационный распределитель, представленный на фиг. 2, то описанный выше процесс приобретет следующие положительные качества:
повышается скорость кумулятивной струи за счет того, что процесс ее формирования протекает в режиме сходящейся падающей на облицовку детонационной волны, создающей большее давление на поверхности облицовки по сравнению со скользящей сферической детонационной волной, режим которой реализуется в конструкции, представленной на фиг. 1;
распространяющаяся по пластическому ВВ детонационная волна, огибающая экран 10, сынициирует разрывной заряд в плоскости, перпендикулярной его оси, по кольцу с разновременностью, не превышающей 0,04 мкс, что практически исключает осевую асимметрию фронта детонационной волны при его переходе в разрывной заряд 2;
масса ВВ в торпеде дополнительно сократится (масса пластического ВВ в распределителе в 4-5 раз меньше массы ВВ во взрывном элементе, вместо которого применяется детонационный распределитель), что еще уменьшит фугасное действие кумулятивной торпеды (кассетной головки) на стенки скважины;
сократится высота кумулятивного заряда торпеды, в результате чего уменьшится масса спускаемой торпеды (кассетной головки).If the detonation distributor shown in FIG. 2, the process described above will acquire the following positive qualities:
the speed of the cumulative jet increases due to the fact that the process of its formation proceeds in the mode of converging detonation wave incident on the cladding, which creates more pressure on the surface of the cladding compared to a sliding spherical detonation wave, the mode of which is implemented in the structure shown in FIG. 1;
a detonation wave propagating through a plastic explosive envelope around the
the mass of explosives in the torpedo will be further reduced (the mass of plastic explosives in the distributor is 4-5 times less than the mass of explosives in the explosive element, instead of which a detonation distributor is used), which will further reduce the high-explosive effect of the cumulative torpedo (cluster head) on the borehole walls;
the height of the cumulative charge of the torpedo will be reduced, as a result of which the mass of the launched torpedo (cluster head) will decrease.
В случае дополнительного применения внутренного кольцевого вкладыша 8, изготовленного из материала с высокой акустической жесткостью, например, молибдена, тантала, урана, сплавов вольфрама типа ВНЖ, ВНМ, ВНДС (см. фиг. 2), скорость обжатия облицовки в зоне ее основания повышается за счет того, что повышается интенсивность отраженной от корпуса ударной волны, которая передает этот дополнительный импульс облицовке в момент догона. In the case of the additional use of the
Таким образом применение предлагаемой конструкции кумулятивной торпеды осевого действия (кассетной головки) позволяет произвести разрушение застрявших в скважине неизвлекаемых металлических деталей бурового инструмента и образования за один спуск кумулятивной торпеды (кассетной головки) и без предварительной очистки скважины от слоя шлама толщиной до пяти диаметров скважины. Традиционная технология очистки скважин при помощи прострелочно-взрывных работ с использованием известных конструкций кумулятивных торпед осевого действия (кассетных головок) включает в себя очень трудоемкий и повторяемый после каждого очередного спуска торпеды (а число таких спусков может достигать трех-четырех) процесс проработки скважины, заключающийся в очистке ее от шлама (раздробленного металла и осыпавшейся породы) и шаблонировании. При применении предлагаемого изобретения число операций, связанных с аварийными работами внутри скважины, сократится до одного цикла: спуск кумулятивной торпеды (кассетной головки), очистки скважины от раздробленного металла и шлама и шаблонирование. Thus, the application of the proposed design of an axial-shaped cumulative torpedo (cassette head) allows for the destruction of non-recoverable metal parts of the drilling tool stuck in the well and the formation of a cumulative torpedo (cassette head) in one run and without preliminary cleaning of the well from a slurry layer up to five well diameters. The traditional technology of cleaning wells using perforated blasting using known designs of cumulative axial torpedoes (cluster heads) includes a very time-consuming and repeated after each next launch of the torpedo (and the number of such launches can reach three to four) the process of well development, which consists in cleaning it from sludge (crushed metal and crumbled rock) and patterning. When applying the present invention, the number of operations associated with emergency work inside the well will be reduced to one cycle: the launch of a cumulative torpedo (cluster head), cleaning the well of crushed metal and sludge, and patterning.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93012464A RU2034977C1 (en) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Axial action cumulative torpedo |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93012464A RU2034977C1 (en) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Axial action cumulative torpedo |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2034977C1 true RU2034977C1 (en) | 1995-05-10 |
| RU93012464A RU93012464A (en) | 1996-01-10 |
Family
ID=20138284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93012464A RU2034977C1 (en) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | Axial action cumulative torpedo |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2034977C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002001140A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-03 | Alexander Maximovich Isakov | Method for engaging an armoured target and device for performing said method |
| WO2019081934A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-02 | Spex Corporate Holdings Ltd | Penetrating tool |
-
1993
- 1993-03-10 RU RU93012464A patent/RU2034977C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 295866, кл. e 21B 29/02, 1973. * |
| Авторское свидетельство СССР N 945373, кл. E 21B 29/02, 1982. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002001140A1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-01-03 | Alexander Maximovich Isakov | Method for engaging an armoured target and device for performing said method |
| WO2019081934A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-02 | Spex Corporate Holdings Ltd | Penetrating tool |
| GB2569029B (en) * | 2017-10-24 | 2020-07-15 | Spex Corp Holdings Ltd | Penetrating tool |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5753850A (en) | Shaped charge for creating large perforations | |
| US3100445A (en) | Shaped charge and method of firing the same | |
| US7104326B2 (en) | Apparatus and method for severing pipe utilizing a multi-point initiation explosive device | |
| US4387773A (en) | Shaped charge well perforator | |
| US6305289B1 (en) | Shaped charge for large diameter perforations | |
| US6523474B2 (en) | Shaped recesses in explosive carrier housings that provide for improved explosive performance | |
| NO313017B1 (en) | Apparatus and method for forming a window or outline of the same in a lined borehole liner | |
| US20080289529A1 (en) | Apparatus for penetrating a target and achieving beyond-penetration results | |
| PL182548B1 (en) | Method of and appartus for controllably shooting off hard rock and concrete by means of small explosive charges | |
| US5939663A (en) | Method for dispersing a jet from a shaped charge liner via multiple detonators | |
| US3358780A (en) | Cumulative shaped charges | |
| US8887609B1 (en) | Explosive system for destruction of overpacked munitions | |
| US2796833A (en) | Perforating devices | |
| US3190372A (en) | Methods and apparatus for drilling bore holes | |
| US3021784A (en) | Shaped charge unit for well perforators | |
| US6510797B1 (en) | Segmented kinetic energy explosively formed penetrator assembly | |
| US6494139B1 (en) | Hole boring charge assembly | |
| US5847312A (en) | Shaped charge devices with multiple confinements | |
| US4724767A (en) | Shaped charge apparatus and method | |
| US11486233B2 (en) | Sympathetically detonated self-centering explosive device | |
| US4669384A (en) | High temperature shaped charge perforating apparatus | |
| RU2034977C1 (en) | Axial action cumulative torpedo | |
| US3176613A (en) | Shaped explosive charge | |
| US5633475A (en) | Circulation shaped charge | |
| CN104265224B (en) | Fast unclamping device realizing oil well drill clamping object directional explosion impact failure separation |