RU2121654C1

RU2121654C1 - Versatile blasting cartridge to conduct shooting and blasting operations in oil and gas wells

Info

Publication number: RU2121654C1
Application number: RU96109634A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Павленко; Г.Х. Шагаев; Г.Г. Лютиков; В.В. Плохотский; В.К. Попов; Г.П. Смирнов; А.И. Шумский; В.Л. Копнов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ноябрьскнефтегазгеофизика"
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: mining art. SUBSTANCE: invention is intended to blasting initiation of shooting and blasting equipment lowered into oil and gas well on geophysical cable. Versatile blasting cartridge includes case fitted with basic charge of explosive, igniting and pyrotechnic compounds and initiating explosive and inductive pulse communication unit in the form of pulse transformer which primary winding is connected to current-carrying line of geophysical cable and which secondary winding is linked to filament of resistance bridge. Thin-walled tube is placed into safety bushing of strong material. After it igniting compound, pyrotechnic compound with high combustion temperature and high explosive showing in process of exothermic accelerating burning property of transition to explosive reaction are pressed into bushing. Safety tube is put into case with basic charge of explosive. Pulse transformer of inductive pulse communication unit is fabricated in the form of separate component of blasting cartridge encapsulated with plastic, is linked with case over seal housing in which grooves sealing rubber rings are placed by means of tight fit followed by beading of face edge of case. Leads of primary and secondary windings of pulse transformer are sealed. EFFECT: improved functional reliability, protection against unauthorized blasting, capability to withstand hydrostatic pressure up to 100 MPa, simplified design. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к производству прострелочно-взрывных работ (ПВР) для взрывного инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры (ПВА), спускаемой в нефтяные и газовые скважины на геофизическом кабеле. The invention relates to mining, and more specifically to the production of perforating and blasting (TAC) for explosive initiation of perforating and explosive equipment (PVA), lowered into oil and gas wells on a geophysical cable.

Известными аналогами изобретения являются взрывные патроны для инициирования ПВА типа ПВПД-165, ПВПД-М, ПВГУ-4(20), ПГ-170, серийно выпускаемые промышленностью. Патроны предназначены для задействования герметичных и негерметичных ПВА, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле, и содержат гильзу с размещенными в ней электровводом, мостиком накаливания, воспламенителем, высокочувствительным к тепловым воздействиям инициирующим взрывным веществом типа азида свинца и зарядом бризантного взрывчатого вещества типа гексогена, ГНДС, НТФК, где герметизация корпуса патрона осуществляется путем закатки торца гильзы по пластиковой торцовой части изделия (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник/Под ред. Л.Я.Фридляндера.- М.: Недра, 1990, с. 21-28). Known analogues of the invention are explosive cartridges for initiating PVA type PVPD-165, PVPD-M, PVGU-4 (20), PG-170, commercially available by industry. The cartridges are designed to engage airtight and leaky PVA, lowered into the well on a geophysical cable, and contain a sleeve with an electric lead, an incandescent bridge, an igniter that is highly sensitive to thermal effects by an initiating explosive such as lead azide and a blasting explosive charge such as RDX, GNSS NTFK, where the sealing of the cartridge case is carried out by rolling the end face of the sleeve on the plastic end of the product (Shooting and explosive equipment. Reference uk / Ed. L.Ya.Fridlyandera.- M .: Nedra, 1990, pp. 21-28).

Данные герметичные взрывные патроны широко используются в отечественной промышленности для взрывного инициирования бескорпусных и частично разрушаемых негерметичных перфораторов типа ПКС-80(-105), ПР-43(-54), ПРК-42(-54), ПМИ-48, а также различных по конструкции фугасных торпед и других взрывных устройств в нефтяных, газовых и водяных скважинах. При работе с данными типами ПВА имеет место контакт скважинной жидкости непосредственно со взрывным патроном, вследствие чего он подвергается влиянию высоких барических и термических воздействий. Этим определяется главный недостаток таких устройств - высокая чувствительность к любым источникам электрической энергии, способным обеспечить в электрической цепи взрывного контура сопротивление 1-2,5 Ом и величину тока более 200-250 МА, включая и статическое электричество. Вследствие высокой чувствительности патроны являются опасными в использовании. These sealed explosive cartridges are widely used in the domestic industry for the explosive initiation of open-cut and partially destructible unsealed perforators such as PKS-80 (-105), PR-43 (-54), PRK-42 (-54), PMI-48, as well as various on the design of high-explosive torpedoes and other explosive devices in oil, gas and water wells. When working with these types of PVA, there is contact of the well fluid directly with the explosive cartridge, as a result of which it is exposed to high pressure and thermal influences. This determines the main drawback of such devices - high sensitivity to any sources of electrical energy that can provide an resistance of 1-2.5 Ohms in the electric circuit of the explosive circuit and a current value of more than 200-250 MA, including static electricity. Due to their high sensitivity, cartridges are dangerous to use.

В другим известном типе взрывных патронов для ПВА, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле, не существует прямой гальванической связи цепи мостика накапливания и цепи боевой кабельной линии, и передача электрической энергии на мостике накаливания осуществляется через импульсный трансформатор. Это обеспечивает весьма низкую чувствительность к действию токов и напряжений промышленной частоты и источников постоянного тока в пределах 10-950 В, что обеспечивает высокую степень безопасности при их промышленном применении (Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов. - М.: Углетехиздат, 1987, с. 9, 14, 16; патент Великобритании N 2040612; патент США N 4414901, кл. F 42 C 11/00, 1983). В остальном данные изделия не отличаются от опасных взрывных патронов. In another known type of explosive cartridges for PVA, lowered into the well on a geophysical cable, there is no direct galvanic connection between the accumulation bridge circuit and the combat cable line circuit, and electric energy is transferred to the incandescent bridge through a pulse transformer. This provides a very low sensitivity to the action of currents and voltages of industrial frequency and DC sources within 10-950 V, which provides a high degree of safety in their industrial application (Lurie A.I. Electric explosion of charges. - M .: Ugletekhizdat, 1987, pp. 9, 14, 16; UK patent N 2040612; US patent N 4414901, CL F 42 C 11/00, 1983). Otherwise, these products do not differ from dangerous explosive cartridges.

Представителем взрывных патронов, принятым за прототип, является изделие ПВПД-Н (Щукин Ю. Г. , Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ. - М. : Недра, 1996). Это универсальный взрывной патрон, изготовленный и освоенный серийным производством ГП "Краснознаменец" (г. Санкт-Петербург), допущенный к промышленному производству Госгортехнадзор (постановление N 11-22/179 от 19.05.92). Изделие изготовлено в рамках реализации изобретения "Система электровзрывания", защищенного патентом N 2028576, зарегистрированным 09.02.95. The representative of the explosive cartridges adopted for the prototype is the PVPD-N product (Schukin Yu.G., Lyutikov G.G., Pozdnyakov Z.G. Means of initiation of industrial explosives. - M.: Nedra, 1996). This is a universal explosive cartridge manufactured and mastered by serial production of the Krasnoznamenets state enterprise (St. Petersburg), approved by the State Technical Supervision Authority for industrial production (resolution N 11-22 / 179 of 05.19.92). The product is made in the framework of the invention "Electric blasting system", protected by patent N 2028576, registered 09.02.95.

Данный универсальный взрывной патрон для производства ПВР в нефтяных и газовых скважинах содержит гильзу, снаряженную основным зарядом взрывчатого вещества, воспламенительным и пиротехническим составами и инициирующим взрывчатым веществом, и индуктивный импульсный узел связи в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с токоведущей магистральной боевой линией геофизического кабеля, а вторичная - с нитью мостика накаливания. This universal explosive cartridge for the production of oil and gas wells in oil and gas wells contains a sleeve equipped with the main explosive charge, igniter and pyrotechnic compositions and an initiating explosive, and an inductive pulse communication unit in the form of a pulse transformer, the primary winding of which is connected to the current-carrying main battle line of the geophysical cable, and the secondary - with a filament of a filament bridge.

Наряду с целым рядом преимуществ данный взрывной патрон имеет недостатки: повреждения конструкции патрона на глубинах, где гидростатическое давление скважинной жидкости может превышать 20-30 МПа, сложность конструкции патрона, затрудняющая его качественное изготовление и сборку, что может повлечь за собой несанкционированный подрыв и несчастные случаи, наличие инициирующих взрывчатых веществ, являющихся высокочувствительными и приводящих к их подрыву при неосторожных действиях, низкая технологичность конструкции патрона для условий серийного производства. Along with a number of advantages, this explosive cartridge has disadvantages: damage to the design of the cartridge at depths where the hydrostatic pressure of the wellbore fluid can exceed 20-30 MPa, the complexity of the design of the cartridge, which complicates its high-quality manufacture and assembly, which can lead to unauthorized explosion and accidents , the presence of initiating explosives, which are highly sensitive and lead to their undermining by careless actions, low manufacturability of the cartridge design for conditions mass production.

Задачей изобретения является создание универсального взрывного патрона, надежного в работе, защищенного от несанкционированного подрыва, способного выдерживать гидростатические давления в скважинах до 100 МПа, конструктивно упрощенного, а следовательно, взрывного патрона безопасного, надежного и высокотехнологичного. The objective of the invention is the creation of a universal explosive cartridge, reliable in operation, protected from unauthorized blasting, able to withstand hydrostatic pressure in wells up to 100 MPa, structurally simplified, and therefore, an explosive cartridge safe, reliable and high-tech.

Все это достигается за счет того, что в универсальном взрывном патроне для производства ПВР в нефтяных и газовых скважинах, который содержит гильзу, снаряженную основным зарядом взрывчатого вещества, воспламенительным и пиротехническим составами и инициирующим взрывчатым веществом, и индуктивный импульсный узел связи в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с токоведущей магистральной боевой линией геофизического кабеля, а вторичная - с нитью мостика накаливания, согласно изобретению установлена предохранительная втулка из прочного материала, тонкостенная трубка и уплотнительные резиновые кольца, при этом тонкостенная трубка установлена в предохранительную втулку по скользящей посадке, после чего в нее запрессованы воспламенительный состав, пиротехнический состав с высокой температурой горения в качестве пиротехнического состава и бризантное взрывчатое вещество, обладающее свойством перехода в процессе экзотермического ускоряющего горения во взрывную реакцию, в качестве инициирующего взрывчатого вещества, предохранительная трубка помещена в гильзу с основным зарядом взрывчатого вещества, импульсный трансформатор индуктивного импульсного узла связи выполнен в виде отдельного залитого пластиком элемента взрывного патрона, соединен с гильзой по посадочному месту, в пазах-проточках которого расположены уплотнительные резиновые кольца, посредством тугой посадки с последующей закаткой торцевой кромки гильзы, а выводы первичной и вторичной обмоток сердечника импульсного трансформатора выполнены герметичными, воспламенительный и пиротехнический составы и бризантное взрывчатое вещество запрессованы по каждому слою отдельно давлением 10 - 100 МПа, предохранительная втулка выполнена с соотношением внутреннего диаметра и длины в пределах от 1:4 до 2:10, пиротехнический состав и бризантное взрывчатое вещество использованы с соотношением масс от 1:2,5 до 2:10, количество витков первичной и вторичной обмоток индуктивного импульсного узла связи выполнено как соотношение 1-4 к 2-10. All this is achieved due to the fact that in a universal explosive cartridge for the production of oil and gas wells in oil and gas wells, which contains a sleeve equipped with the main explosive charge, igniter and pyrotechnic compositions and an initiating explosive, and an inductive pulse communication unit in the form of a pulse transformer, the primary winding of which is connected to the current-carrying main battle line of the geophysical cable, and the secondary - to the filament of the incandescent bridge, according to the invention is installed a storage sleeve made of durable material, a thin-walled tube and sealing rubber rings, while the thin-walled tube is installed in the safety sleeve in a sliding fit, after which an igniter composition, a pyrotechnic composition with a high combustion temperature as a pyrotechnic composition and a blasting explosive having the property the transition in the process of exothermic accelerating combustion into an explosive reaction, as an initiating explosive, safety the cabin is placed in a sleeve with the main explosive charge, the pulse transformer of the inductive pulse communication unit is made in the form of a separate plastic-filled explosive cartridge element, connected to the sleeve along the seat, in the grooves of the grooves of which there are sealing rubber rings, by means of a tight fit followed by end rolling the edges of the sleeve, and the conclusions of the primary and secondary windings of the core of the pulse transformer are sealed, igniter and pyrotechnic compositions and risant explosive is pressed into each layer separately with a pressure of 10 - 100 MPa, the safety sleeve is made with a ratio of internal diameter and length ranging from 1: 4 to 2:10, the pyrotechnic composition and blasting explosive are used with a mass ratio of 1: 2.5 up to 2:10, the number of turns of the primary and secondary windings of the inductive pulse communication unit is made as a ratio of 1-4 to 2-10.

Таким образом, условие безопасности взрывного патрона обеспечено следующими существенными признаками: отсутствием высокочувствительного инициирующего взрывчатого вещества, функцию которого выполняет бризантное взрывчатое вещество, способное в процессе горения переходить во взрывную реакцию, установкой предохранительной втулки, которая позволяет выдерживать значительные гидростатические давления и нагрузку на растяжение при взрыве и которая, к тому же, является разгонной камерой с параметрами, обеспечивающими оптимальную взрывную реакцию, заливкой импульсного трансформатора пластиком и герметичностью выводов первичной и вторичной обмоток трансформатора; изготовлением индуктивного импульсного узла связи в виде отдельного элемента взрывного патрона, что обеспечивает безопасность при перевозке и хранении изделия, а также тем, что различные по природе вещества, участвующие во взрывной реакции, помещаются в отдельную трубку и изначально конструктивно не связаны со взрывным патроном. Надежность работы взрывного патрона обеспечена соединением его элементов посредством тугой посадки гильзы на индуктивный импульсный узел связи, снабженный для герметизации уплотнительными резиновыми кольцами в пазах-проточках посадочного места, и последующей закаткой торцевой кромки, а также выбором значений посадок, давления прессования слоев в тонкостенной трубке после установки ее в предохранительной втулке, соотношения масс пиротехнического состава и бризантного взрывчатого вещества и количества витков обмоток импульсного трансформатора. Технологичность взрывного патрона обеспечена простотой конструкции, операции заливки пластиком импульсного трансформатора и операции сборки трех элементов патрона - индуктивного импульсного узла связи, гильзы, снаряженной зарядом бризантного взрывчатого вещества, и предохранительной втулки в сборе. Thus, the safety condition of the explosive cartridge is provided by the following essential features: the absence of a highly sensitive initiating explosive, the function of which is a blasting explosive capable of passing into the explosive reaction during combustion, by installing a safety sleeve that can withstand significant hydrostatic pressures and tensile stress during explosion and which, moreover, is an accelerating chamber with parameters providing optimal explosive th reaction filled plastic pulse transformer and terminals integrity of primary and secondary transformer windings; the manufacture of an inductive pulsed communication unit in the form of a separate element of an explosive cartridge, which ensures safety during transportation and storage of the product, as well as the fact that substances of different nature involved in the explosive reaction are placed in a separate tube and are not structurally connected to the explosive cartridge initially. The reliability of the explosive cartridge is ensured by connecting its elements by means of a tight fit of the sleeve onto an inductive pulse communication unit equipped for sealing with sealing rubber rings in grooves of the grooves of the seat and subsequent rolling of the end edge, as well as the choice of landing values, pressing pressure of the layers in the thin-walled tube after installing it in a safety sleeve, the ratio of the masses of the pyrotechnic composition and blasting explosive and the number of turns of the pulse windings an informant. The manufacturability of the explosive cartridge is ensured by the simplicity of the design, the operation of filling the pulse transformer with plastic, and the assembly operation of the three elements of the cartridge - an inductive pulse communication unit, a sleeve equipped with a blasting explosive charge, and a safety sleeve assembly.

На чертеже представлен продольный разрез универсального взрывного патрона. The drawing shows a longitudinal section of a universal explosive cartridge.

Универсальный взрывной патрон содержит индуктивный импульсный узел связи, выполненный в виде импульсного трансформатора с сердечником 1 и первичной 2, и вторичной 3 обмотками, первичная обмотка 2 соединена с токоведущей магистральной боевой линией (геофизическим кабелем) 4, а вторичная обмотка 3 - с нитью мостика накаливания 5. Импульсный трансформатор в сборе залит полистиролом 6. Посадочное место 7 индуктивного импульсного узла связи снабжено уплотнительными резиновыми кольцами 8, установленными в пазах-проточках. Отдельным элементом взрывного патрона является гильза 9, снаряженная зарядом бризантного взрывчатого вещества 10. В предохранительной втулке 11, помещаемой в гильзу 9, установлена по посадке типа скользящей тонкостенная трубка 12, в которой запрессованы послойно воспламенительный состав 13, пиротехнический состав 14 и бризантное вещество 15, выполняющее функцию инициирующего взрывчатого вещества. The universal explosive cartridge contains an inductive pulse communication unit made in the form of a pulse transformer with a core 1 and a primary 2 and a secondary 3 windings, the primary winding 2 is connected to a live main battle line (geophysical cable) 4, and the secondary winding 3 is connected with a filament of a filament bridge 5. The pulse transformer assembly is filled with polystyrene 6. The seat 7 of the inductive pulse communication node is equipped with rubber sealing rings 8 installed in grooves grooves. A separate element of an explosive cartridge is a sleeve 9, equipped with a charge of a blasting explosive 10. In the safety sleeve 11, placed in the sleeve 9, a thin-walled tube 12 is mounted by sliding type, in which the igniter composition 13, the pyrotechnic composition 14 and the blasting substance 15 are pressed in, acting as an initiating explosive.

Предложенный взрывной патрон работает следующим образом. The proposed explosive cartridge works as follows.

После спуска ПВА в скважину в зону производства ПВР на первичную обмотку 2 импульсного трансформатора по геофизическому кабелю 4 подают электрический импульс с расчетными параметрами, вследствие чего во вторичной обмотке 3 наводится ЭДС, и на нить мостика накаливания 5 поступает электрический ток. Накаленная нить воспламеняет состав 13, который инициирует пиротехнический состав 14, вследствие чего возгорается бризантное взрывчатое вещество 15. Последнее в процессе экзотермического ускоряющего горения взрывается и вызывает взрывную реакцию заряда бризантного взрывчатого вещества 10, который инициирует прострелочно-взрывную аппаратуру. After the PVA is lowered into the well, the primary winding 2 of the pulse transformer is supplied to the primary winding 2 of the pulse transformer via a geophysical cable 4 with an electric pulse with the calculated parameters, as a result of which an EMF is induced in the secondary winding 3, and an electric current is supplied to the filament of the filament bridge 5. The heated filament ignites the composition 13, which initiates the pyrotechnic composition 14, as a result of which the blasting explosive 15 ignites. The latter explodes during the exothermic accelerating combustion and causes an explosive charge reaction of the blasting explosive 10, which initiates the perforated explosive equipment.

Claims

1. A universal explosive cartridge for perforating blasting operations in oil and gas wells, containing a sleeve equipped with the main explosive charge, igniter and pyrotechnic compositions and an initiating explosive, and an inductive pulse communication unit in the form of a pulse transformer, the primary winding of which is connected to a current-carrying main battle line of a geophysical cable, and a secondary one with a filament of a filament bridge, characterized in that it is equipped with a safety sleeve made of durable material, with a thin-walled tube and rubber sealing rings, while the thin-walled tube is mounted in a safety sleeve along a sliding fit, after which an igniter composition, a pyrotechnic composition with a high combustion temperature as a pyrotechnic composition and a blasting explosive with the property of transition to the process of exothermic accelerated combustion in an explosive reaction, as an initiating explosive, the safety tube is on the sleeve with the main explosive charge, the pulse transformer of the inductive pulse communication node is made in the form of a separate plastic-filled explosive cartridge element, connected to the sleeve along the seat, in the grooves of the grooves of which there are sealing rubber rings, by means of a tight fit followed by rolling of the end edge sleeves, and the conclusions of the primary and secondary windings of the core of the pulse transformer are sealed.

2. The universal explosive cartridge according to claim 1, characterized in that the igniter and pyrotechnic compositions and blasting explosive are pressed into each layer separately with a pressure of 10-100 MPa.

3. The universal explosive cartridge according to claim 1, characterized in that the safety sleeve is made with a ratio of internal diameter and length ranging from 1: 4 to 2: 10.

4. The universal explosive cartridge according to claim 1, characterized in that the pyrotechnic composition and blasting explosive are used with a mass ratio of from 1: 2.5 to 2: 10.

5. The universal explosive cartridge according to claim 1, characterized in that the number of turns of the primary and secondary windings of the inductive pulse communication node is made as a ratio of 1 to 4 to 2 to 10.