RU2111448C1

RU2111448C1 - Ignition cartridge for deep-hole charges

Info

Publication number: RU2111448C1
Application number: RU96106211A
Authority: RU
Inventors: А.М. Дуванов; А.Г. Романов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "ВНИПИвзрывгеофизика"
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1998-05-20
Also published as: RU96106211A

Abstract

FIELD: wellshooting in oil and gas wells. SUBSTANCE: thin-walled metal casing (sleeve) 1 accommodates additional charge 4 of elastic fuel, electric primer 2 with conductors 3 and movable sealing component 5 isolating the content of the cartridge from direct contact with environment. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике взрывных работ и может быть использовано при прострелочно-взрывных работах в нефтегазовых и водозаборных скважинах. The invention relates to techniques for blasting and can be used for perforated blasting operations in oil and gas and water wells.

Воспламенительный патрон предназначен для инициирования горения зарядов их взрывчатых материалов и, в частности, пороховых газогенераторов, работающих в жидкости под давлением. The ignition cartridge is designed to initiate the burning of charges of their explosive materials and, in particular, powder gas generators operating in a liquid under pressure.

Известные воспламенительные устройства, предназначенные для этих целей [1 - 3], сложны по конструкции и опасны в обращении, так как срабатывают не только в скважинах, но и на дневной поверхности. Known ignition devices designed for these purposes [1 - 3] are complex in design and dangerous to handle, since they work not only in wells, but also on the surface.

Известный воспламенительный патрон [4] (прототип), называемый пиротехническим и применяемый в пороховых генераторах давления, содержит тонкостенный металлический корпус (гильзу), электрововоспламенительный узел и дополнительный заряд. Недостатками этого патрона является то, что он работает только в герметичных замкнутых устройствах и для воспламенения скважинных твердотопливных или жидких зарядов требует применения промежуточных пусковых зарядов, что усложняет конструкцию газогенерирующих устройств, работающих в жидких под давлением м снижает надежность их срабатывания. Кроме того, он обладает повышенной опасностью при обращении. Особенно при зарядке пороховых генераторов давления [3 и 4], так как в случае несанкционированного попадания электротока в запальную цепь на дневной поверхности может произойти срабатывание воспламенительного узла и пороховых зарядов генератора. The well-known igniter cartridge [4] (prototype), called pyrotechnic and used in powder pressure generators, contains a thin-walled metal case (sleeve), an electric igniter assembly and an additional charge. The disadvantages of this cartridge is that it works only in sealed enclosed devices and requires the use of intermediate starting charges to ignite downhole solid-fuel or liquid charges, which complicates the design of gas-generating devices operating in liquid under pressure and reduces the reliability of their operation. In addition, it has an increased risk of handling. Especially when charging powder pressure generators [3 and 4], since in the case of unauthorized electric current entering the ignition circuit on the surface, an igniter assembly and powder charges of the generator may occur.

Указанные недостатки устраняются тем, что известное устройство, состоящее из тонкостенного металлического корпуса, электровоспламенителя и дополнительного заряда, снабжено подвижным уплотнительным элементом, обеспечивающим герметичность корпуса, и дополнительным зарядом, выполненным в виде шашки из эластичного смесевого топлива специально подобранной рецептуры, содержащей, (мас.%):
Окислитель (перхлораты калия или аммония) - 70 - 80,
Металлическое горючее (алюминиевый порошок) - 5 - 15,
Горюче-связующее (каучук на основе термоэластопластов) - 12 - 18,
Технологические добавки - Остальное.These disadvantages are eliminated by the fact that the known device, consisting of a thin-walled metal case, an electric igniter and an additional charge, is equipped with a movable sealing element to ensure the tightness of the case, and an additional charge made in the form of a piece of flexible mixed fuel of a specially selected formulation containing (wt. %):
Oxidizing agent (potassium or ammonium perchlorates) - 70 - 80,
Metallic fuel (aluminum powder) - 5 - 15,
Combustible binder (rubber based on thermoplastic elastomers) - 12 - 18,
Technological Additives - Else.

Подвижный уплотнительный элемент выполнен из электроизоляционного материала, обладающего упругими свойствами, например, из резины или полимерного герметика. Он предохраняет взрывчатые материалы, находящиеся в корпусе, от непосредственного контакта со скважинной жидкой средой и обеспечивает передачу гидростатического давления на них, что позволяет повысить надежность воспламенения дополнительного заряда от электровоспламенителя. The movable sealing element is made of an insulating material having elastic properties, for example, of rubber or polymer sealant. It protects the explosive materials in the case from direct contact with the borehole fluid and provides hydrostatic pressure to them, which improves the reliability of ignition of the additional charge from the electric igniter.

К эластичным топливам относятся смесевые твердые ракетные топлива, содержащие в качестве горючего синтетический каучук, алюминий, а в качестве окислителя - перхлораты калия, натрия, аммония [5]. Они обладают относительно высокой энергией активации термического разложения, поэтому в атмосферных условиях трудно воспламеняются. Для этого необходимо воздействие мощного теплового потока или одновременное воздействие тепловой энергии и начального давления. Эластитное топливо должно обладать вязко-упругими свойствами, что позволяет исключить потери энергии продуктов сгорания электровоспламенителя на растрескивание и разлет осколков дополнительного заряда. Elastic fuels include mixed solid rocket fuels containing synthetic rubber, aluminum as fuel, and potassium, sodium, ammonium perchlorates as an oxidizing agent [5]. They have a relatively high activation energy for thermal decomposition; therefore, it is difficult to ignite under atmospheric conditions. This requires exposure to a powerful heat flux or simultaneous exposure to thermal energy and initial pressure. Elastite fuel must have visco-elastic properties, which eliminates the energy loss of the products of combustion of an electric igniter on cracking and expansion of additional charge fragments.

Для об6спечения сохранности вязко-упругих свойств заряда при повышенных температурах, имеющих место в глубоких скважинах, в твердом топливе использован в качестве связующе-горючего компонента синтетический каучук на основе термоэластопластов, например этиленпропиленовый или дивинилстирольный каучук. To ensure the preservation of the viscoelastic properties of the charge at elevated temperatures that occur in deep wells, synthetic rubber based on thermoplastic elastomers, for example ethylene propylene or divinyl styrene rubber, was used as a binder-combustible component in solid fuel.

Для обеспечения надежности поджигания зарядов порохового газогенератора дополнительный заряд твердого топлива в воспламенительном патроне должен иметь температуру горения в пределах 3000 - 4000 К и содержать конденсированную фазу в продуктах сгорания, что обеспечивается содержанием алюминия в рецептурном составе топлива. To ensure reliability of ignition of the charges of the powder gas generator, the additional charge of solid fuel in the ignition cartridge must have a combustion temperature in the range of 3000 - 4000 K and contain a condensed phase in the combustion products, which is ensured by the aluminum content in the fuel formulation.

В качестве технологических добавок, необходимых для формирования шашек методом проходного прессования и литья под давлением, в состав этого топлива вводятся стеорат цинка, индустриальное масло и др. в количестве 1 - 2%. As technological additives necessary for the formation of drafts by continuous pressing and injection molding, zinc steorate, industrial oil, etc. are introduced into the composition of this fuel in an amount of 1 - 2%.

Указанная рецептура топлива обеспечивает получение требуемых физико-механических, энергетических и технологических свойств дополнительного твердотопливного заряда, содержащегося в воспламенительном патроне. The specified fuel formulation provides the required physicomechanical, energy and technological properties of the additional solid fuel charge contained in the ignition cartridge.

Для обеспечения безопасности воспламенительного патрона первичный электровоспламенитель, имеющийся в нем, должен содержать весьма малое (безопасное) количество зажигательного состава и выделять при срабатывании оптимальное количество тепловой энергии, которое не способно зажечь дополнительный заряд из эластичного твердого топлива в атмосферных условиях и в тоже время должно надежно поджигать его при воздействии на патрон внешнего гидростатического давления. To ensure the safety of the ignition cartridge, the primary electric igniter contained in it must contain a very small (safe) amount of incendiary composition and, when triggered, produce the optimum amount of thermal energy that cannot ignite an additional charge of elastic solid fuel in atmospheric conditions and at the same time must reliably set it on fire when exposed to external hydrostatic pressure.

Оптимальное количество тепловой энергии может быть получено, например, при использовании состава массой 0,035 ± 0,005 г, состоящего из железисто-синеродистого свинца и перхлорита калия (поровну), применяющегося в известных воспламенителях ЭВ-ПТ [4]. The optimal amount of thermal energy can be obtained, for example, by using a composition weighing 0.035 ± 0.005 g, consisting of ferruginous-synergistic lead and potassium perchlorite (equally) used in known igniters EV-PT [4].

В предлагаемой конструкции дополнительный заряд не воспламеняется при атмосферных условиях на дневной поверхности, несмотря на срабатывание электровоспламенителя: надежное воспламенение его происходит только при одновременном воздействии теплового потока, создаваемого электровоспламенителем, и начального внешнего давления, равного P₁ ≥ 1,5 МПа, что достигается, например, при спуске устройства в скважину, заполненную водой, на глубину 150 м.In the proposed design, the additional charge does not ignite under atmospheric conditions on the day surface, despite the operation of the electric igniter: reliable ignition occurs only when the heat flux generated by the electric igniter and the initial external pressure equal to P ₁ ≥ 1.5 MPa are achieved, which is achieved, for example, when a device is lowered into a well filled with water to a depth of 150 m.

На чертеже показано устройство предлагаемой конструкции воспламенительного патрона, которое содержит тонкостенный металлический корпус (гильзу) 1, электровоспламенитель 2 с проводниками 3, дополнительный заряд из эластичного топлива 4 и подвижный уплотнительный элемент 5, изолирующий содержимое патрона от непосредственного контакта с внешней средой. Воспламенительный патрон работает следующим образом. The drawing shows the device of the proposed design of the igniter cartridge, which contains a thin-walled metal housing (sleeve) 1, an electric igniter 2 with conductors 3, an additional charge of elastic fuel 4 and a movable sealing element 5, isolating the contents of the cartridge from direct contact with the external environment. Ignition cartridge works as follows.

При подаче импульса электротока по кабелю и проводникам 3 срабатывает электровоспламенитель 2. When a pulse of electric current is supplied through the cable and conductors 3, an electric igniter 2 is activated.

При этом в атмосферных условиях на дневной поверхности или при низком гидростатическом давлении (например, в скважинах) он выбрасывается из гильзы, не поджигая дополнительный заряд 4. Срабатывание электровоспламенителя не представляет собой опасности, так как он содержит состав малой мощности и в незначительном количестве. При повышенном давлении внешней среды, т.е. при P ≥ 1,5 МПа, электровоспламенитель не выбрасывается из гильзы, а продукты горения воспламенительного состава поджигают дополнительный заряд. Затем продукты горения дополнительного заряда прожигают стенки гильзы 1 и воспламеняют пороховой заряд газогенератора. Moreover, under atmospheric conditions on the day surface or at low hydrostatic pressure (for example, in wells), it is ejected from the liner without igniting an additional charge 4. The operation of an electric igniter is not dangerous, since it contains a composition of low power and in small quantities. With increased pressure of the external environment, i.e. at P ≥ 1.5 MPa, the electric igniter is not ejected from the sleeve, and the combustion products of the igniter composition ignite an additional charge. Then, the combustion products of the additional charge burn through the walls of the sleeve 1 and ignite the powder charge of the gas generator.

Примером исполнения корпуса 1 может служить стандартная металлическая гильза, применяемая в штатных электродетонаторах типа ЭД-8 [6]. An example of a housing 1 can be a standard metal sleeve used in standard ED-8 type electric detonators [6].

В качестве электровоспламенителя может быть использовано изделие ЭВ-ПТ [4] или другие воспламенители, способные выдерживать при всестороннем обжатии повышенное внешнее давление без разрушения. Примером исполнения дополнительного заряда может служить шашка диаметром 5 - 6 мм из термостойкого смесевого топлива ТН18/5К с температурой горения Т = 3100 К, применяемого в аккумуляторах давления АДС-200 У [7]. As an electric igniter, an EV-PT product [4] or other igniters capable of withstanding high external pressure without breaking during comprehensive compression can be used. An example of an additional charge can be a checker with a diameter of 5–6 mm made of heat-resistant mixed fuel TN18 / 5K with a combustion temperature T = 3100 K used in pressure accumulators ADS-200 U [7].

Безопасность и надежность срабатывания предлагаемого воспламенительного патрона, а также работоспособность его в зарядах газогенератора из различных твердых топлив подтверждены экспериментами, результаты которых приведены в прилагаемых актах. The safety and reliability of the operation of the proposed igniter cartridge, as well as its operability in the charges of a gas generator of various solid fuels are confirmed by experiments, the results of which are given in the attached acts.

Источники информации
1. Заявка ФРГ N 1926551, кл. F 42 C 3/00, 16.10.80.Sources of information
1. The application of Germany N 1926551, CL F 42 C 3/00, 10.16.80.

2. Авторское свидетельство СССР N 1118103, кл. E 21 B 43/263, 1983. 2. USSR author's certificate N 1118103, cl. E 21 B 43/263, 1983.

3. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам. Род ред. Н.Г. Григоряна. М.: Недра, 1990. 3. A quick reference to shooting and blasting. Rod ed. N.G. Grigoryan. M .: Nedra, 1990.

4. Фридляндер Л. Я. и др. Прострелочно-взрывная аппаратура. М.: Недра, 1990. 4. Friedlander L. Ya. Et al. Rifle-blasting equipment. M .: Nedra, 1990.

5. Сарнер С. Химия ракетных топлив. М.: Мир. 1969. 5. Sarner S. Chemistry of rocket fuels. M .: World. 1969.

6. Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов. М.: Недра, 1977. 6. Lurie A.I. Electric blasting charges. M .: Nedra, 1977.

7. Дуванов А.М. и др. Методы интенсификации протоков в нефтяных и газовых скважинах с использованием энергии взрыва и горения ВМ. М., 1990 (Региональная и морская геофизика; геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Обзор ВИЭМС). 7. Duvanov A.M. and others. Methods of intensification of ducts in oil and gas wells using the energy of explosion and combustion of VM. Moscow, 1990 (Regional and marine geophysics; geophysical methods of prospecting and exploration of mineral deposits. VIEMS review).

Claims

An ignition cartridge for downhole charges containing a thin-walled metal body, an electric igniter and an additional charge, characterized in that the body is equipped with a movable sealing element, and the additional charge is made of elastic mixed fuel containing the following components, wt.%:
Potassium Perchlorate or Ammonium Perchlorate - 70 - 80
Aluminum powder - 5 - 15
Synthetic rubber based on thermoplastic elastomers - 12 - 18
Technological Additives - The Rest