RU2117139C1

RU2117139C1 - Charging module of tubular shaped-charge perforator

Info

Publication number: RU2117139C1
Application number: RU96110115A
Authority: RU
Inventors: С.П. Антипинский; С.П. Василевич; А.С. Иванов; А.В. Найченко; А.Г. Нескин; М.П. Логинов; А.Е. Скворцов; С.Ю. Юдин
Original assignee: Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: this is intended for perforation of oil, gas and other wells with purpose of their secondary activation. Charging module has base which is made of porous material, shaped charges, and detonation passage. It is filled with explosive material and connects initiators which are located at opposite ends of base. Detonation passage in zone of tops of shaped charges has interruptions. Installed in these interruptions of detonation passage are blocks of explosive material, that is one block per each shaped charge. This block of explosive is used as additional initiator, and by one of its end surfaces it keeps contact with tops of explosive blocks of shaped charges. By its side surfaces it is in contact with end surface of detonation passage. Aforesaid embodiment improves reliability of functioning of this device. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение касается перфорирования нефтяных, газовых и других скважин и может быть использовано в конструкции перфораторов, в частности в корпусных перфораторах однократного использования. The invention relates to the perforation of oil, gas and other wells and can be used in the design of perforators, in particular in single-use case perforators.

В качестве примера корпусного перфоратора однократного использования можно привести перфоратор ПКОС-89 (проспект "Аппаратура и оборудование для прострелочно-взрывных работ при геофизической разведке недр", изд. Можайского полиграфического комбината, 1989, с. 10). An example of a single-use case perforator is the PKOS-89 perforator (prospectus "Equipment and equipment for perforating and blasting operations in geophysical exploration of mineral resources", published by the Mozhaisk Polygraphic Combine, 1989, p. 10).

Зарядный модуль этого кумулятивного корпусного перфоратора содержит основание, кумулятивные заряды, размещенные в теле основания, огневую цепь в виде детонационного шнура, которая непосредственно контактирует с вершинами кумулятивных зарядов. The charging module of this cumulative casing punch contains a base, cumulative charges located in the base body, a firing chain in the form of a detonation cord, which directly contacts the tops of the cumulative charges.

Недостатками его являются низкая надежность из-за сильных ударноволновых нагрузок на корпус перфоратора и сложность сборки. Its disadvantages are low reliability due to strong shock-wave loads on the punch body and the complexity of the assembly.

Наиболее близким к изобретению является зарядный модуль кумулятивного корпусного перфоратора (авт. св. СССР N 1810503, кл. E 21 B 43/116, опубл. 27.04.93), содержащий основание, кумулятивные заряды в теле основания и канал, заполненный взрывчатым составом, причем канал ВВ непосредственно контактирует с вершинами кумулятивных зарядов. Основание выполнено как единое целое из пористого материала с плотностью в интервале 0,1-0,7 г/см³. На торцах основания канал с ВВ облицован металлом. Кумулятивные заряды соединены между собой непрерывным каналом с ВВ через передающие столбики, однако при боковом инициировании не обеспечивается надежность передачи детонации от канала с ВВ кумулятивному заряду.Closest to the invention is a charging module of a cumulative case perforator (ed. St. USSR N 1810503, class E 21 B 43/116, publ. 04/27/93), containing the base, cumulative charges in the body of the base and the channel filled with explosive composition, moreover, the explosive channel is in direct contact with the vertices of the cumulative charges. The base is made as a single unit of a porous material with a density in the range of 0.1-0.7 g / cm ³ . At the ends of the base, the channel with explosives is lined with metal. Cumulative charges are interconnected by a continuous channel with explosives through the transmitting columns, however, lateral initiation does not provide reliable transmission of detonation from the channel with explosives to a cumulative charge.

Подобное техническое решение применимо в конструкции корпусных перфораторов, спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах или на кабеле. В этом случае диаметр зарядного модуля достаточен для того, чтобы разместить в нем кумулятивные заряды и детонационную разводку с обеспечением осевой симметрии инициирования кумулятивного заряда за счет наличия инициирующего (передающего) столбика ВВ, выходящего за пределы торцевой поверхности корпуса кумулятивного заряда до поверхности канала с ВВ. A similar technical solution is applicable in the design of case perforators, lowered into the well on tubing or cable. In this case, the diameter of the charging module is sufficient to accommodate cumulative charges and detonation wiring in it, ensuring the axial symmetry of the initiation of the cumulative charge due to the presence of the initiating (transmitting) column of the explosive that extends beyond the end surface of the housing of the cumulative charge to the channel surface with the explosive.

Значительным недостатком прототипа является наличие передающего столбика, выходящего за пределы кумулятивного заряда, что уменьшает габариты самого заряда и не позволяет достичь максимальной пробивной способности перфораторных зарядов при заданных габаритах зарядного модуля, исключая его применение в перфораторах малого диаметра, а также то, что при распространении детонации по каналу ВВ в теле основания, выполненного из пористого материала, распространяются ударные волны, которые могут приводить к преждевременному ударному деформированию передающих столбиков, что, в свою очередь, приводит к отказам в срабатывании кумулятивных зарядов или к снижению их эффективности. A significant disadvantage of the prototype is the presence of a transmitting column that extends beyond the cumulative charge, which reduces the size of the charge itself and does not allow to achieve the maximum breakdown ability of perforator charges at given dimensions of the charging module, excluding its use in small diameter perforators, as well as the fact that the propagation of detonation shock waves propagate through the BB channel in the body of the base made of a porous material, which can lead to premature shock deformation transmitting columns, which, in turn, leads to failures in the operation of cumulative charges or to reduce their effectiveness.

Кроме того, выполнить передающий столбик за одно целое с детонационным каналом технологически трудноисполнимо. Поэтому реально выполнение передающего столбика с боковой передачей детонации от канала с ВВ. Однако при боковом инициировании из-за технологических зазоров не обеспечивается надежность передачи детонации от канала с ВВ передающему столбику, что также ведет к отказам в срабатывании кумулятивных зарядов. In addition, to perform the transmitting column in one piece with the detonation channel is technologically difficult. Therefore, the actual implementation of the transmitting column with lateral transmission of detonation from the channel with the explosive. However, with lateral initiation due to technological gaps, the reliability of detonation transmission from the channel from the explosive to the transmitting column is not ensured, which also leads to failures in the operation of cumulative charges.

При использовании зарядного модуля по прототипу отсутствуют в комплексе те качества, которые необходимы для надежной эксплуатации перфораторов при максимальной пробивной способности кумулятивных зарядов. When using the charging module of the prototype, the complex lacks the qualities that are necessary for the reliable operation of perforators with the maximum breakdown ability of cumulative charges.

Задачей изобретения является устранение всех нежелательных эффектов, связанных с наличием в зарядном модуле передающих столбиков. Это обеспечит как повышение надежности работы перфоратора, так и увеличивает пробивной способности кумулятивных зарядов за счет возможности увеличения габаритов кумулятивных зарядов при заданных геометрических параметрах зарядного модуля. The objective of the invention is to eliminate all undesirable effects associated with the presence in the charging module of the transmitting columns. This will provide both increased reliability of the perforator and increases the breakdown ability of the cumulative charges due to the possibility of increasing the size of the cumulative charges at the given geometric parameters of the charging module.

Для этого зарядный модуль кумулятивного корпусного перфоратора, содержащий основание, выполненное из пористого материала, кумулятивные заряды, размещенные в теле основания, и детонационный канал, заполненный взрывчатым веществом (ВВ), соединяющий инициаторы, расположенные на противоположных торцах основания. Согласно изобретению в вершинах корпусов кумулятивных зарядов выполнены пазы, в которых установлены дополнительные инициаторы в виде шашек из ВВ, контактирующих одними из своих торцевых поверхностей с вершинами шашек из ВВ кумулятивных зарядов, а боковыми поверхностями с торцевыми поверхностями детонационного канала, который выполнен с разрывами в зонах расположения вершин кумулятивных зарядов, при этом пазы совмещены с детонационным каналом. To do this, the charging module of the cumulative casing punch, containing a base made of porous material, cumulative charges placed in the body of the base, and a detonation channel filled with explosive (BB), connecting initiators located on opposite ends of the base. According to the invention, grooves are made at the tops of the shells of the cumulative charges, in which additional initiators are mounted in the form of explosive blocks, contacting one of their end surfaces with the vertices of the explosive charges from the explosive charges, and with side surfaces with end surfaces of the detonation channel, which is made with gaps in the zones the location of the vertices of the cumulative charges, while the grooves are aligned with the detonation channel.

Такое выполнение позволяет повысить надежность перфоратора и увеличить пробивную способность кумулятивных зарядов. Действительно, "утопление" канала в корпусе зарядного модуля, позволяет места стыковки канала с ВВ и дополнительных инициаторов в вершинах кумулятивных зарядов защитить от воздействия ударных волн корпусом заряда. Применение прерывного канала с ВВ позволяет передать дополнительному инициатору более высокий импульс, чем в случае бокового инициирования. Уменьшение поперечных размеров зарядного модуля за счет введения паза вдоль торцевой поверхности корпуса кумулятивного заряда вместо передающего столбика ВВ позволяет увеличить габариты кумулятивных зарядов при тех же параметрах зарядного модуля. This embodiment allows to increase the reliability of the punch and increase the breakdown ability of cumulative charges. Indeed, the "drowning" of the channel in the housing of the charging module, allows the junction of the channel with the explosive and additional initiators at the tops of the cumulative charges to protect from the effects of shock waves by the body of the charge. The use of a discontinuous channel with an explosive allows a higher impulse to be transmitted to the additional initiator than in the case of lateral initiation. Reducing the transverse dimensions of the charging module by introducing a groove along the end surface of the housing of the cumulative charge instead of the transmitting column BB allows you to increase the size of the cumulative charges with the same parameters of the charging module.

Дополнительные инициаторы в виде шашек из ВВ целесообразно выполнить переменного сечения с уширением в сторону торцевых поверхностей, контактирующих с вершинами шашек из ВВ кумулятивного заряда, а утонченную часть инициаторов наиболее оптимально выполнить со смещением относительно своей оси симметрии и установить этой частью по ходу движения детонационной волны вдоль плоскости, совпадающей с плоскостью канала с ВВ. It is advisable to carry out additional initiators in the form of explosive checkers with a variable cross section with broadening towards the end surfaces in contact with the vertices of the explosive cumulative charge checkers, and the thinned part of the initiators is most optimally performed with an offset relative to their axis of symmetry and set this part along the detonation wave along plane coinciding with the plane of the channel with BB.

Боковую поверхность основания в зоне контакта детонационного канала с кумулятивными зарядами целесообразно облицовать слоем металла. В принципе, облицовать можно и всю боковую поверхность основания. The lateral surface of the base in the zone of contact of the detonation channel with cumulative charges, it is advisable to veneer a layer of metal. In principle, the entire side surface of the base can also be lined.

На фиг. 1 представлен зарядный модуль кумулятивного корпусного перфоратора; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1 в увеличенном масштабе. In FIG. 1 shows the charging module of a cumulative casing punch; in FIG. 2 - node 1 in FIG. 1 on an enlarged scale.

Зарядный модуль состоит из основания 1, выполненного из пористого материала, кумулятивных зарядов 2, соединенных между собой детонационным каналом 3, выполненным в материале основания и заполненным ВВ. Кумулятивный заряд 2 состоит из корпуса 4, шашки взрывчатого вещества 5, кумулятивной облицовки 6 и дополнительного инициатора 7. Дополнительный инициатор выполнен в виде шашки их ВВ и установлен в вершине кумулятивного заряда 2. Шашка дополнительного инициатора 7 контактирует одной из своих поверхностей "а" с вершиной шашки 5 кумулятивного заряда 2. В вершине корпуса 4 заряда 2 выполнен паз 7, заполненный ВВ и продолжающий канал 3. Заряд 2 установлен таким образом, что паз 8 совмещен с каналом 3. Шашка дополнительного инициатора 7 своими боковыми поверхностями "b" и "c" контактирует через торцы ВВ пазов 8 с каналом 3. The charging module consists of a base 1 made of a porous material, cumulative charges 2, interconnected by a detonation channel 3 made in the base material and filled with explosives. The cumulative charge 2 consists of a casing 4, explosive blocks 5, a cumulative lining 6 and an additional initiator 7. The additional initiator is made in the form of explosives and is mounted at the top of the cumulative charge 2. The additional initiator 7 contacts one of its surfaces “a” with the top of the checker 5 of the cumulative charge 2. At the top of the housing 4 of the charge 2, a groove 7 is made, filled with an explosive and continuing channel 3. The charge 2 is installed so that the groove 8 is aligned with the channel 3. The checker of the additional initiator 7 with its side p surfaces "b" and "c" contacts through the ends of the grooves 8 BB channel 3.

Наиболее оптимальным вариантом выполнения шашки 7 является вариант уширения ее в сторону торца "а", а также со смещением оси "d" утонченной части 9 дополнительного инициатора 7 относительно оси шашки "е" на величину Δ по ходу движения детонационной волны G. Утонченный участок 9 шашки 7 выполняют цилиндрической формы. The most optimal embodiment of the checker 7 is the option of broadening it towards the end face “a”, as well as with the offset of the axis “d” of the thinned part 9 of the additional initiator 7 relative to the axis of the checker “e” by Δ along the direction of the detonation wave G. Refined section 9 checkers 7 are cylindrical in shape.

Величина Δ определяется исходя из равномерности подхода фронта детонационной волны к торцевой поверхности "а" шашки 7. Фронт движения детонационной волны показан стрелками на фиг. 2. Боковая поверхность основания в зоне контакта канала 3 с кумулятивным зарядом 2 облицована слоем металла 10. The value Δ is determined based on the uniform approach of the detonation wave front to the end surface "a" of the piece 7. The front of the detonation wave motion is shown by arrows in FIG. 2. The lateral surface of the base in the contact zone of the channel 3 with the cumulative charge 2 is lined with a layer of metal 10.

В торцах основания 1 установлены приемный и передаточный инициаторы задействования огневой разводки детонационного канала 3, которые выполнены в виде шашек из ВВ и металлических пластин. Приемный инициатор состоит из шашки 11 и металлической пластины 12. Передаточный инициатор состоит из шашки 13 и металлической пластины 14. At the ends of the base 1 there are mounted receiving and transmitting initiators for activating the fire wiring of the detonation channel 3, which are made in the form of explosive blocks and metal plates. The receiving initiator consists of a checker 11 and a metal plate 12. The transfer initiator consists of a checker 13 and a metal plate 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После инициирования приемного инициатора 11 через металлическую пластину 12 путем метания в нее металлической пластины 14 от предыдущего модуля либо от специального инициатора детонационная волна распространяется по детонационному каналу 3 к боковой поверхности "в" дополнительного инициатора 7. Детонационная волна, пройдя через утонченную часть 9 дополнительного инициатора 7, инициирует через боковую поверхность "с" ВВ канала 3. After the initiation of the receiving initiator 11 through the metal plate 12 by throwing a metal plate 14 into it from the previous module or from a special initiator, the detonation wave propagates through the detonation channel 3 to the side surface “in” of the additional initiator 7. The detonation wave, passing through the refined part 9 of the additional initiator 7, initiates through the side surface "c" of the BB channel 3.

Детонационная волна, отошедшая от боковой поверхности "в", подходит к торцу дополнительного инициатора 7 по всей площади поверхности "а" и инициирует шашку ВВ 5 заряда 2. The detonation wave, departing from the side surface "b", approaches the end face of the additional initiator 7 over the entire surface area "a" and initiates the checker BB 5 charge 2.

Таким образом, при прохождении детонационной волны по каналу 3 происходит инициирование дополнительных инициаторов всех кумулятивных зарядов. Thus, when a detonation wave passes through channel 3, additional initiators of all cumulative charges are initiated.

После прохождения детонационной волны по каналу 3 она инициирует шашку передаточного инициатора 13, которая метает пластину 14 и задействует шашку приемного инициатора следующего зарядного модуля. After the detonation wave passes through channel 3, it initiates the transfer initiator checker 13, which throws the plate 14 and engages the check initiator checker of the next charging module.

Проведены испытания опытных образцов зарядных модулей, у которых основание было выполнено из пенопласта, длиной 450 мм и диаметром 38 мм. Внутри основания располагалось 6 кумулятивных зарядов, соединенных между собой детонационным каналом сечением 2 х 2 мм. Tested prototypes of charging modules, in which the base was made of foam, 450 mm long and 38 mm in diameter. Inside the base there were 6 cumulative charges interconnected by a detonation channel with a section of 2 x 2 mm.

На торцах кумулятивных зарядов были выполнены пазы глубиной 1,5 мм и шириной 2 мм, поверхность торцев зарядов имела цилиндрическую форму и совпадала с наружной поверхностью вкладыша. Дополнительный инициатор наружным диаметром 3 мм был смещен относительно оси симметрии заряда на 1 мм. Боковая поверхность вкладыша в зоне контакта детонационного канала с кумулятивными зарядами была облицована алюминием толщиной 0,2 мм. At the ends of the cumulative charges grooves were made with a depth of 1.5 mm and a width of 2 mm, the surface of the ends of the charges had a cylindrical shape and coincided with the outer surface of the liner. An additional initiator with an outer diameter of 3 mm was shifted relative to the axis of symmetry of the charge by 1 mm. The lateral surface of the liner in the zone of contact of the detonation channel with cumulative charges was lined with aluminum 0.2 mm thick.

Зарядный модуль в составе корпусного перфоратора прошел проверку в натурных скважинных условиях и показал высокую надежность и работоспособность в процессе эксплуатации. The charging module as part of the case perforator was tested in full-scale well conditions and showed high reliability and performance during operation.

Claims

1. The charging module of the cumulative casing punch, containing a base made of porous material, cumulative charges placed in the body of the base, and a detonation channel filled with explosives (BB), connecting initiators located at opposite ends of the base, characterized in that at the vertices the casings of the cumulative charges are grooves in which additional initiators are installed in the form of drafts from explosives, in contact with one of their end surfaces with the vertices of drafts from explosives cumulative charges, and the side surfaces with the end surfaces of the detonation channel, which is made with gaps in the areas of the cumulative charges, while the grooves are aligned with the detonation channel.

2. The module according to claim 1, characterized in that the additional initiators are made of variable cross-section with broadening towards the end surfaces in contact with the vertices of the checkers from explosive cumulative charges.

3. The module according to claim 1 or 2, characterized in that the additional initiators are made with a shift of their refined part relative to their axis of symmetry and are installed by this part along the direction of the detonation wave.

4. The module according to claim 1, characterized in that the side surface of the base in the zone of contact of the detonation channel with the cumulative charges is lined with a metal layer.

5. The module according to claim 1, characterized in that the side surface of the base is lined with a layer of metal.