RU2217687C2 - Облицовка для кумулятивного заряда - Google Patents

Облицовка для кумулятивного заряда Download PDF

Info

Publication number
RU2217687C2
RU2217687C2 RU2002100542/02A RU2002100542A RU2217687C2 RU 2217687 C2 RU2217687 C2 RU 2217687C2 RU 2002100542/02 A RU2002100542/02 A RU 2002100542/02A RU 2002100542 A RU2002100542 A RU 2002100542A RU 2217687 C2 RU2217687 C2 RU 2217687C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lining
cumulative
charge
facing
shaped charge
Prior art date
Application number
RU2002100542/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2002100542A (ru
Inventor
В.В. Вахрушев
В.А. Голубев
А.А. Усков
М.В. Харламов
Original Assignee
Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики
Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии filed Critical Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики
Priority to RU2002100542/02A priority Critical patent/RU2217687C2/ru
Publication of RU2002100542A publication Critical patent/RU2002100542A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2217687C2 publication Critical patent/RU2217687C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

Изобретение относится к взрывным работам в нефтегазодобывающей промышленности. Предложена облицовка для кумулятивного заряда, выполненная в виде конуса из порошкового пиротехнического состава, плотность которого составляет ρ≥4 г/см3, а удельное тепловыделение Q≥4000 кДж/кг. Изобретение направлено на создание облицовки для кумулятивного заряда, обеспечивающей повышение энерговыделения кумулятивной струи, что приводит к увеличению эффективности работы кумулятивного заряда. 1 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к облицовкам кумулятивных зарядов (КЗ) для промышленных работ, и может быть использовано при перфорации нефтяных и газовых скважин.
В известных аналогичных конструкциях кумулятивных зарядов широкое применение нашли заряды взрывчатых веществ (ВВ) с медными облицовками [1-2] и облицовками, изготовленными методом порошковой металлургии на основе порошков вольфрама и меди с добавлением олова, свинца, графита и др., так называемых композиционных материалов. Особенно высока эффективность применения облицовок из композиционных материалов [3].
В работе [4] предложено облицовку выполнять из эластично пластичного или пластичного полимерного материала, например каучука, полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила, наполненного порошком металла, например меди.
Известны способы повышения пробивного действия кумулятивного заряда за счет теплового воздействия на металлическую облицовку кумулятивной выемки, осуществляемого до подрыва кумулятивного заряда и разупрочняющего материал металлической облицовки. При этом разогрев облицовки кумулятивной выемки реализуется посредством пропускания электрического тока по нагреваемому элементу, размещаемому на свободной поверхности металлической облицовки в контакте с ней при одновременном размещении теплоизолятора на обращенной к заряду ВВ поверхности металлической облицовки [5], или за счет подвода тепла к основанию металлической облицовки по ее торцевой части поверхности с помощью тепловода от источника тепловой энергии, например от двигателя противотанковой ракеты или специального генератора [6].
Перечисленные изобретения позволяют повысить эффективность работы кумулятивных зарядов исключительно за счет разупрочнения материала облицовки кумулятивной выемки, при этом тепловая энергия, введенная в облицовку, ограничена температурой разложения ВВ кумулятивного заряда (~300oС) и составляет незначительную долю от кинетической энергии струи.
В качестве прототипа [7] выбран удлиненный кумулятивный заряд, включающий заряд ВВ с металлонаполненной облицовкой кумулятивной выемки, выполненной в виде конуса из порошкового материала, в которой в качестве наполнителя используется порошок олова (Sn) или порошки цинка (Zn) и индия (In), которые при действии на конструкционные материалы - преграды (алюминиевые сплавы, сталь) кумулятивных струй, содержащих Sn, Zn, In, приобретают дополнительную хрупкость за счет внедрения активного металла (Sn, Zn, In и др.) в разрушаемую преграду.
К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие выделения дополнительной энергии в кумулятивной струе за счет введения в облицовку активного металла, так как главную роль в разрушении преграды играет кинетическая энергия струи.
Эффективность работы КЗ зависит от плотности материала облицовки, мощности и массы ВВ кумулятивного заряда; материала его корпуса и конфигурации облицовки, определяемые углом раствора конуса; толщиной облицовки и отношением массы облицовки к массе ВВ; радиусом расположения облицовки (
Figure 00000002
в каждом сечении КЗ).
Объем выемки в преграде (породе) определяется кинетической энергией кумулятивной струи, то есть
Figure 00000003

где m - масса струи;
U - средняя скорость ее движения.
При этом тепловая составляющая энергии невелика (даже в пористых облицовках) и ею, как правило, пренебрегают.
Одной из задач, стоящей в данной области техники, является повышение пробивной способности заряда.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение энерговыделения кумулятивной струи за счет увеличения тепловой составляющей энергии, создаваемой облицовкой, что приводит к увеличению эффективности действия кумулятивного заряда.
Указанный технический результат достигается применением в КЗ облицовки, выполненной в виде конуса из порошкового материала с плотностью ρ≥4 г/см3 и удельным тепловыделением Q≥4000 КДж/кг.
В таблице (см. в конце описания) представлены характеристики испытанных кумулятивных зарядов с медной облицовкой и облицовками из пиротехнических составов (ПТС). В качестве ПТС, из которых прессовались конусные оболочки, были взяты состав Al-CuO и состав Al-Fe2O3/KClO4, обладающие разными характеристиками, например, удельная теплота сгорания состава Аl-Fе2O3/КСlO4 в 1,4 раза больше, чем у состава Al-CuO, a их плотности отличаются в 1,6 раза - большей плотностью обладает состав Al-CuO (ρ=4,03 г/см3).
Применение облицовки из пиротехнического состава (ПТС) позволяет добиться следующего. При детонации ВВ по облицовке идет ударная волна, за фронтом которой начинается химическое взаимодействие Аl и СuО (горение) с выделением большой энергии и разогревом продуктов горения ПТС до Т~4000 К.
Эта высокоэнергетическая облицовка с удельным тепловыделением Q≥4000 КДж/кг приобретает движение к оси КЗ, создавая кумулятивную струю, которая воздействует на преграду (породу). Но теперь уже в формуле (1) нужно учитывать и тепловую энергию (Ет) в струе, то есть
Figure 00000004

Опыты, проведенные с облицовкой из состава Al-CuO, подтвердили повышение эффективности работы кумулятивного заряда. Так, объем выемки в преграде из стали оказался больше для КЗ с ПТС по сравнению с кумулятивным зарядом тех же габаритов, но с медной облицовкой, о чем свидетельствуют результаты опытов, представленных в таблице. Заметим при этом, что плотность облицовки из состава Al-CuO была всего лишь ρ=4,03 г/см3, а у медной облицовки - ρ=8,90 г/см3.
Большая эффективность КЗ с облицовкой кумулятивной выемки из пиротехнического состава получается за счет большего объема выемки в преграде (породе).
Секундный приход флюида к перфорированному отверстию из пористых пластов, прилегающих к обсадной колонне, выражается формулой
Q = ρWS, (3)
где ρ - плотность флюида;
W - скорость фильтрации;
S - площадь поверхности, через которую поступает флюид.
В первом приближении рассмотрим выемку в преграде в виде сферы, для которой поверхность связана с объемом V следующей формулой:
Figure 00000005

Скорость фильтрации по закону Дарси можно записать в виде
Figure 00000006

где К - проницаемость пористого тела (фунта);
μ - вязкость флюида.
Подставив в формулу (3) формулы (4) и (5), получим:
Figure 00000007

то есть количество нефти, поступающей к перфорированному отверстию, пропорционально объему в степени 2/3. Именно облицовка КЗ из ПТС обеспечивает больший объем выемки в районе перфорационного отверстия.
Таким образом, облицовка КЗ, выполненная из высокоэнергетических материалов (Q≥4000 КДж/кг), приводит к повышению эффективности его работы, к увеличению объема выемки в преграде (породе). За счет этого в породе создается более развитая поверхность, которая будет обеспечивать большую фильтрацию нефти из прилегающих слоев даже при меньшей глубине проникновения струи и ее меньшей плотности (4,03 г/см3 вместо 8,90 г/см3).
Увеличение плотности ПТС в облицовках КЗ приведет не только к увеличению объема выемки в преграде, но и приблизится по глубине проникновения к кумулятивным зарядам с облицовками из инертных материалов.
На чертеже представлен кумулятивный заряд (КЗ), поясняющий заявляемое изобретение, в котором использовались облицовки из пиротехнических составов на основе Al-CuO или Аl-Fе2O3/КСlO4. КЗ имеет корпус 1, в который запрессовано ВВ (2) и конусная облицовка из пиротехнического состава. Заряд ВВ(2) инициируется электродетонатором (ЭД) (4).
В качестве примера конкретного выполнения может служить кумулятивный заряд, включающий корпус из стали высотой 39 мм, в котором размещен заряд взрывчатого вещества на основе ТЭНа с кумулятивной облицовкой, выполненной в виде конуса с углом полураствора 29o из ПТС Al-CuO с плотностью ρ =4,03 г/см3 и удельной теплотой сгорания Q=4100 КДж/кг. Толщина облицовки составляет 2 мм, внутренний диаметр у основания конуса - 34 мм.
Работает заряд следующим образом. Детонационный импульс от ЭД(4) задействует заряд ВВ(2). При детонации заряда ВВ(2) по облицовке (3) идет ударная волна, при этом начинается горение облицовки из ПТС и ее движение к оси КЗ с созданием кумулятивной струи. За счет выделения большой энергии повышается эффективность работы КЗ и увеличивается объем выемки в преграде. Продукты горения ПТС, в том числе и за счет химической реакции Аl и СuО, приобретают температуру до Т~ 4000 К и вносят вклад в увеличение энергии кумулятивной струи.
Источники информации
1. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Л.Я. Фридляндера - М.: Недра, 1983, с.61.
2. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам под ред. Н.Г. Григоряна. - М.: Недра, 1990.
3. Т.А. Епифанов, Л.И. Державец, Т.Г. Сердюк. Применение порошкового материала для перфорации нефтяных и газовых скважин. Порошковая металлургия, 4, с.95, 1990.
4. Е. В. Петрищев. Заряд для разрушения горных пород. Заявка на изобретение, 96106086/02, МПК 6:F 42 В 1/02, опубл. 27.05.98.
5. Боеголовка с термальным усилением взрыва. Патент США, 5155296, МПК 6: F 42 В 12/10, опубл. 13.10.92.
6. А. В. Бабкин, Н.Я. Ирьянов, В.И. Ладов, Г.Е. Маркелов, С.В. Федоров. Способ повышения пробивного действия кумулятивного заряда. Патент РФ, 2100761, МПК 6: F 42 В 12/10, опубл. 25.04.96.
7. Д.И. Мацуков, И.А. Никольский, А.Г. Пронозова, Е.Б. Свечников. Патент RU, 2045738, МПК 6: F 42 В 1/02, опубл. 10.10.95.

Claims (1)

  1. Облицовка для кумулятивного заряда, выполненная в виде конуса из порошкового пиротехнического состава, отличающаяся тем, что в качестве порошкового пиротехнического состава использован состав плотностью ρ≥4 г/см3 и удельным тепловыделением Q≥4000 КДж/кг.
RU2002100542/02A 2002-01-03 2002-01-03 Облицовка для кумулятивного заряда RU2217687C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002100542/02A RU2217687C2 (ru) 2002-01-03 2002-01-03 Облицовка для кумулятивного заряда

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002100542/02A RU2217687C2 (ru) 2002-01-03 2002-01-03 Облицовка для кумулятивного заряда

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002100542A RU2002100542A (ru) 2003-08-20
RU2217687C2 true RU2217687C2 (ru) 2003-11-27

Family

ID=32027244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002100542/02A RU2217687C2 (ru) 2002-01-03 2002-01-03 Облицовка для кумулятивного заряда

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2217687C2 (ru)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АТТЕТКОВ А.В. и др. Резка металлов взрывом. - М.: СИПРИА, 2000, с.55-61. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7393423B2 (en) Use of aluminum in perforating and stimulating a subterranean formation and other engineering applications
CA2678697C (en) Improvements in and relating to oil well perforators
CA2745384C (en) Method for the enhancement of injection activities and stimulation of oil and gas production
EP2242896B1 (en) System and method for enhanced wellbore perforations
US5859383A (en) Electrically activated, metal-fueled explosive device
US10041769B2 (en) Scintered powder metal shaped charges
US20150362297A1 (en) Energetic material applications in shaped charges for perforation operations
WO2012091981A2 (en) Boron shaped charge
US9371709B2 (en) Downhole severing tool
RU2217687C2 (ru) Облицовка для кумулятивного заряда
WO2015148311A1 (en) Stimulation devices, initiation systems for stimulation devices and related methods
CA3031356A1 (en) A method of and a cartridge for disarming an unexploded blasting charge in a drill hole
RU2262069C1 (ru) Заряд взрывчатого вещества и способ ведения взрывных работ
US8048241B1 (en) Explosive device
RU2422637C1 (ru) Устройство для разрушения твердых пород или бетона
RU2579586C1 (ru) Композиционный материал для осуществления взрывопроникающего действия
CN115704290A (zh) 深穿透射孔弹
US20040226473A1 (en) Inert initiator and explosive device
Powell Precision blasting techniques for avalanche control
PL42354B1 (ru)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060104