RU2253831C2 - Shaped charge, facing of shaped charge (modifications)and method for its production - Google Patents
Shaped charge, facing of shaped charge (modifications)and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253831C2 RU2253831C2 RU2002134365/02A RU2002134365A RU2253831C2 RU 2253831 C2 RU2253831 C2 RU 2253831C2 RU 2002134365/02 A RU2002134365/02 A RU 2002134365/02A RU 2002134365 A RU2002134365 A RU 2002134365A RU 2253831 C2 RU2253831 C2 RU 2253831C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- specified
- lining
- cumulative charge
- tungsten
- mixture
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится в целом к области кумулятивных зарядов взрывчатых веществ. Более точно настоящее изобретение относится к составу вещества, предназначенного для использования в качестве облицовки в кумулятивном заряде, и к способу изготовления облицовки для кумулятивного заряда в том случае, когда кумулятивный заряд используется для перфорирования нефтяных скважин.The invention relates generally to the field of cumulative explosive charges. More precisely, the present invention relates to a composition of a substance intended for use as a liner in a cumulative charge, and to a method for manufacturing a liner for a cumulative charge in the case when the cumulative charge is used to perforate oil wells.
Кумулятивные заряды используются, в частности, в целях образования каналов для обеспечения сообщения по текучей среде, называемых перфорациями, в стволах скважин, пробуренных через пласты грунта, так что заданные зоны пластов грунта могут быть гидравлически связаны со стволом скважины. Перфорации необходимы, поскольку стволы скважин, как правило, заканчивают путем вставки трубы или обсадной колонны в ствол скважины с обеспечением соосности, и обсадную колонну удерживают в стволе скважины путем закачивания цемента в кольцевое пространство между стволом скважины и обсадной колонной. Зафиксированная с помощью цемента обсадная колонна в стволе скважины служи, главным образом, для обеспечения гидравлической изоляции друг от друга различных пластов грунта, через которые проходит ствол скважины.Cumulative charges are used, in particular, to form channels for providing fluid communication, called perforations, in wellbores drilled through soil strata so that predetermined zones of soil strata can be hydraulically connected to the wellbore. Perforations are necessary because wellbores are typically completed by inserting a pipe or casing into the wellbore to ensure alignment, and the casing is held in the wellbore by pumping cement into the annulus between the wellbore and the casing. The casing fixed with cement in the wellbore serves primarily to provide hydraulic isolation from each other of the different layers of soil through which the wellbore passes.
Кумулятивные заряды, известные в данной области техники как средства для перфорирования стволов скважин, используются вместе со скважинным перфоратором, и кумулятивные заряды, как правило, содержат корпус, облицовку и некоторое количество бризантного взрывчатого вещества, находящегося между облицовкой и корпусом, при этом бризантное взрывчатое вещество обычно представляет собой циклотетраметилентетранитрамин (НМХ), циклотриметилентринитрамин (RDX) PYX или HNS. При детонации бризантного взрывчатого вещества сила детонации вызывает разрушение облицовки и ее выталкивание из открытого конца корпуса с очень большой скоростью и с конфигурацией, называемой "струей". Струя проходит через обсадную колонну, цемент и некоторую часть пласта. Та часть пласта, через которую может пройти струя, может быть количественно определена для кумулятивного снаряда определенной конструкции с помощью тестовой детонации аналогичного кумулятивного заряда при стандартизированных условиях. Тест включает в себя использование длинной "мишени" из цемента, через которую струя частично проходит. Глубина проникновения струи через определенную мишень для любого конкретного типа кумулятивного снаряда примерно определяет глубину проникновения струи в конкретной скважинной перфорационной системе через пласт грунта.Cumulative charges, known in the art as a means for perforating wellbores, are used together with a downhole perforator, and cumulative charges typically comprise a body, a liner and some blasting explosive material between the liner and the body, with a blasting explosive typically is cyclotetramethylene tetranitramine (HMX), cyclotrimethylene tetrinitramine (RDX) PYX or HNS. When detonating a blasting explosive, the force of detonation causes the liner to break and push out of the open end of the casing at a very high speed and with a configuration called a "jet." The jet passes through the casing, cement and some part of the reservoir. The part of the formation through which the jet can pass can be quantified for a cumulative projectile of a certain design using test detonation of a similar cumulative charge under standardized conditions. The test involves the use of a long "target" of cement, through which the jet partially passes. The depth of penetration of the jet through a specific target for any particular type of cumulative projectile approximately determines the depth of penetration of the jet in a particular borehole perforation system through the soil layer.
Известно, что в данной области техники для создания перфораций, которые обеспечивают эффективную гидравлическую связь ствола скважины с пластом, проектируют различные кумулятивные заряды для получения струи, которая может проникать через большую часть грунта пласта, при этом данную часть обычно называют "глубиной проникновения перфорации". Одним способом увеличения глубины проникновения, известным в данной области техники, является увеличение количества взрывчатого вещества, помещаемого внутри корпуса. Недостаток, связанный с увеличением количества взрывчатого вещества, состоит в том, что некоторая часть энергии детонации расходуется в направлениях, отличных от того направления, в котором струя выталкивается из корпуса. Следовательно, при увеличении количества взрывчатого вещества существует возможность увеличения объема вызванных детонацией повреждений ствола скважины и оборудования, используемого для перемещения кумулятивного заряда на заданную глубину внутри ствола скважины, на которой должна быть выполнена перфорация.It is known that, in the art, to create perforations that provide effective hydraulic communication between the wellbore and the formation, various cumulative charges are designed to produce a jet that can penetrate most of the formation's soil, and this part is commonly called the “perforation penetration depth”. One way to increase the depth of penetration known in the art is to increase the amount of explosive placed inside the enclosure. The disadvantage associated with an increase in the amount of explosive is that some of the detonation energy is spent in directions different from the direction in which the jet is pushed out of the body. Therefore, with an increase in the amount of explosive, there is the possibility of increasing the volume of detonation damage to the wellbore and equipment used to move the cumulative charge to a predetermined depth inside the wellbore at which perforation is to be performed.
Перемещение материала облицовки со скоростью звука при взрыве кумулятивного заряда представляет собой теоретическую максимальную скорость, с которой может двигаться облицовка, образовывая неразрывную "связанную струю". Если облицовка разрушается на скорости, которая превышает скорость звука материала облицовки, получающаяся в результате струя не будет неразрывной. Неразрывная струя представляет собой струю, которая состоит из непрерывного потока малых частиц. Разрывная струя содержит большие частицы или представляет собой струю, состоящую из множества потоков частиц. Скорость звука материала облицовки рассчитывают с помощью следующего уравнения: скорость звука = (модуль объемного сжатия/плотность)1/2 (уравнение 1.1). Увеличение скорости разрушения, в свою очередь, приведет к увеличению скорости конца струи. Увеличение скорости конца струи желательно, поскольку увеличение скорости конца струи приводит к увеличению кинетической энергии струи, которая обеспечивает увеличение глубины проникновения струи в ствол скважины. Следовательно, облицовка, выполненная из материала, имеющего более высокую скорость перемещения при взрыве, чем скорость звука, является предпочтительной, поскольку это обеспечивает увеличение скоростей разрушения при одновременном сохранении неразрывности струи.The movement of the cladding material with the speed of sound during the explosion of a cumulative charge represents the theoretical maximum speed that the cladding can move, forming an inextricable “linked stream”. If the cladding collapses at a speed that exceeds the speed of sound of the cladding material, the resulting stream will not be inextricable. A continuous stream is a stream that consists of a continuous stream of small particles. The explosive stream contains large particles or is a stream consisting of many particle flows. The sound velocity of the cladding material is calculated using the following equation: sound velocity = (bulk modulus / density) 1/2 (equation 1.1). An increase in the rate of destruction, in turn, will lead to an increase in the velocity of the end of the jet. An increase in the velocity of the jet end is desirable, since an increase in the velocity of the jet end leads to an increase in the kinetic energy of the jet, which provides an increase in the depth of penetration of the jet into the wellbore. Therefore, a cladding made of a material having a higher speed of movement during the explosion than the speed of sound is preferable, since this provides an increase in the rate of destruction while maintaining the continuity of the jet.
Соответственно, важно подать инициирующий заряд к облицовке кумулятивного заряда, который не приводил бы к превышению скорости звука облицовки кумулятивного заряда. С другой стороны, для максимального увеличения глубины проникновения желательно приводить в движение материал облицовки кумулятивных зарядов со скоростью, близкой к их скорости звука, и использовать материалы облицовки кумулятивных зарядов, имеющих максимальные к скорости звука перемещения. Кроме того, важно получить реактивную струю, которая является неразрывной, поскольку глубина проникновения неразрывных реактивных струй превышает глубину проникновения разрывных реактивных струй.Accordingly, it is important to apply the initiating charge to the lining of the cumulative charge, which would not lead to an excess of the speed of sound of the lining of the cumulative charge. On the other hand, to maximize the penetration depth, it is desirable to drive the material of the lining of the cumulative charges at a speed close to their speed of sound, and to use the materials of the lining of the cumulative charges having the maximum displacement to the speed of sound. In addition, it is important to obtain a jet stream, which is indissoluble, since the penetration depth of the indissoluble jet stream exceeds the penetration depth of the explosive jet stream.
Что касается уравнения 1.1, то регулирование физических свойств материалов облицовки кумулятивного заряда может повлиять на скорость истечения получающейся в результате струи. Кроме того, физические свойства материала облицовки кумулятивного заряда можно регулировать для увеличения скорости перемещения облицовки кумулятивного заряда, что, в свою очередь, приводит к увеличению максимальной допустимой скорости для образования неразрывной струи. Знать скорость звука материала облицовки кумулятивного заряда важно, поскольку теоретически облицовка кумулятивного заряда не будет "преобразовываться" в неразрывную струю, когда скорость струи значительно превышает скорость звука материала облицовки кумулятивного заряда.As for equation 1.1, the regulation of the physical properties of the materials of the lining of the cumulative charge can affect the flow rate of the resulting jet. In addition, the physical properties of the material of the lining of the cumulative charge can be adjusted to increase the speed of movement of the lining of the cumulative charge, which, in turn, leads to an increase in the maximum allowable speed for the formation of a continuous jet. It is important to know the speed of sound of the material of the lining of the cumulative charge, since theoretically the lining of the cumulative charge will not be "converted" into an inextricable stream when the speed of the stream significantly exceeds the speed of sound of the material of the lining of the cumulative charge.
В данной области техники также известно проектирование различной формы облицовки с тем, чтобы максимально увеличить глубину проникновения кумулятивного заряда для любого определенного количества взрывчатого вещества. Даже если форма и скорость звука материала облицовки кумулятивного заряда будут оптимизированы, количество энергии, которая может быть передана облицовке для образования перфорационного отверстия, обязательно ограничено количеством взрывчатого вещества. Эффективность действия кумулятивного заряда зависит от других свойств материала облицовки. Плотность и пластичность представляют собой свойства, которые влияют на эффективность действия кумулятивного заряда. Оптимальная результативность действия облицовки кумулятивного заряда имеет место тогда, когда струя, образованная материалом облицовки кумулятивного заряда, является длинной, неразрывной и имеет высокую плотность. Плотность струи может быть увеличена путем использования высокоплотного материала облицовки. Длина струи определяется скоростью конца струи и градиентом скорости струи. Градиент скорости струи представляет собой интенсивность, с которой скорость струи изменяется по длине струи, при этом скорость струи представляет собой скорость конца струи. Скорость конца струи и градиент скорости струи определяются материалом и формой облицовки. Чем больше скорость конца струи и градиент скорости струи, тем длиннее струя. При сплошных облицовках желателен пластичный материал, поскольку сплошная облицовка может растягиваться в более длинную "струю" перед тем, как градиент скорости заставит облицовку начать дробиться. При пористых облицовках желательно, чтобы облицовка образовывала длинную, плотную, непрерывную струю из небольших частиц (неразрывную струю). Для получения неразрывной струи или из сплошной облицовки или из пористой облицовки, материал облицовки должен быть таким, чтобы облицовка не раскалывалась на большие осколки после детонации.It is also known in the art to design various forms of cladding in order to maximize the penetration depth of the cumulative charge for any given amount of explosive. Even if the shape and speed of sound of the material of the cumulative charge cladding are optimized, the amount of energy that can be transferred to the cladding to form a perforation hole is necessarily limited by the amount of explosive. The effectiveness of the cumulative charge depends on other properties of the cladding material. Density and ductility are properties that affect the effectiveness of the cumulative charge. The optimum effect of the cumulative charge lining occurs when the jet formed by the material of the cumulative charge lining is long, inextricable and has a high density. The density of the jet can be increased by using high-density lining material. The jet length is determined by the velocity of the jet end and the gradient of the jet velocity. The jet velocity gradient is the intensity with which the jet velocity varies along the length of the jet, while the jet velocity is the velocity of the jet end. The speed of the end of the stream and the gradient of the speed of the stream are determined by the material and shape of the lining. The greater the speed of the jet end and the gradient of the jet velocity, the longer the jet. For continuous claddings, a plastic material is desirable, since a continuous cladding can stretch into a longer “stream” before the velocity gradient causes the cladding to begin to crumble. For porous linings, it is desirable that the liner forms a long, dense, continuous stream of small particles (continuous stream). In order to obtain an inextricable stream from either a continuous cladding or a porous cladding, the cladding material must be such that the cladding does not split into large fragments after detonation.
Сплошные облицовки кумулятивных зарядов получают путем холодной обработки металла до получения заданной формы, другие облицовки получают добавлением покрытия на полученную путем деформирования в холодном состоянии облицовку для получения многослойной облицовки. Информацию, относящуюся к облицовкам, полученным путем холодной обработки, можно найти в патентах США №№4766813, 5279228 и 4498367. Однако недостатком сплошных облицовок является возможность образования элементов, имеющих форму моркови, в получающемся перфорационном отверстии, что приводит к уменьшению потока углеводородов из продуктивной зоны пласта в ствол скважины. Элементы, имеющие форму моркови, представляют собой части облицовки кумулятивного заряда, которые преобразуются в твердую мелкую дробь после разрушения в результате детонации облицовки и не становятся частью струи кумулятивного заряда. Вместо этого элементы, имеющие форму моркови, могут принимать овальную форму, перемещаться со скоростью, которая меньше скорости струи кумулятивного заряда и, следовательно, отставать от струи кумулятивного заряда.Continuous claddings of cumulative charges are obtained by cold working the metal until a given shape is obtained, other claddings are obtained by adding a coating to the cladding obtained by cold deformation to obtain a multilayer cladding. Information regarding claddings obtained by cold working can be found in US Pat. Nos. 4,766,813, 5,279,228 and 4,498,367. However, the drawback of continuous claddings is the possibility of forming carrot-shaped elements in the resulting perforation hole, which reduces the flow of hydrocarbons from the productive formation zones in the wellbore. The carrot shaped elements are parts of the lining of the cumulative charge, which are converted to a solid fine fraction after destruction as a result of detonation of the lining and do not become part of the jet of the cumulative charge. Instead, carrot-shaped elements can take an oval shape, move at a speed that is less than the speed of the jet of cumulative charge and, therefore, lag behind the jet of cumulative charge.
Пористые облицовки образуют путем прессования металлического порошка в твердое тело, имеющее по существу коническую форму. Как правило, в пористых облицовках, которые были образованы путем прессования металлических порошков, использовали композит из двух или более различных металлов, при этом, по меньшей мере, один из металлических порошков представляет собой тяжелый металл или металл более высокой плотности и, по меньшей мере, один из металлических порошков служит в качестве связующего или матрицы, предназначенной для связывания тяжелого металла или металла более высокой плотности. Примерами тяжелых металлов или металлов более высокой плотности, используемых в прошлом для образования облицовок кумулятивных снарядов, являются вольфрам, гафний, медь или висмут. Как правило, используемые связующие или металлические связки содержат свинцовый порошок, хотя в то же время порошок из висмута использовался в качестве металлического связующего или металлической матрицы. Несмотря на то, что свинец и висмут более часто используются в качестве материала связующего или матрицы для получения связующего из металлического порошка, другие металлы, имеющие высокую пластичность и ковкость, могут быть использованы для металлической связки или металлической матрицы. Другие металлы, которые имеют высокую пластичность и ковкость и пригодны для использования в качестве металлической связки или матрицы, включают в себя цинк, олово, уран, серебро, золото, сурьму, кобальт, медь, цинковые сплавы, сплавы на оловянной основе, никель и палладий. Информацию, относящуюся к облицовкам кумулятивных зарядов, образованным из металлических порошков, можно найти в патентах США №№5221808, 5413048, 5814758, 4613370, 5656791 и 5567906.Porous linings are formed by pressing a metal powder into a solid having a substantially conical shape. Typically, in porous linings that have been formed by pressing metal powders, a composite of two or more different metals is used, wherein at least one of the metal powders is a heavy metal or a metal of higher density and at least one of the metal powders serves as a binder or matrix designed to bind a heavy metal or a metal of higher density. Examples of heavy metals or higher density metals used in the past to form shell liners are tungsten, hafnium, copper or bismuth. Typically, the binders or metal bonds used contain lead powder, although at the same time, bismuth powder was used as a metal binder or metal matrix. Although lead and bismuth are more often used as a binder or matrix material to produce a binder from a metal powder, other metals having high ductility and ductility can be used for a metal binder or metal matrix. Other metals that have high ductility and ductility and are suitable for use as a metal bond or matrix include zinc, tin, uranium, silver, gold, antimony, cobalt, copper, zinc alloys, tin-base alloys, nickel and palladium . Information related to cumulative charge liners formed from metal powders can be found in US Pat. Nos. 5,221,808, 5,413,048, 5,814,758, 4,613,370, 5,656,991 and 5,567,906.
Решения, описанные в каждой из вышеупомянутых публикаций, относящихся к облицовкам из металлических порошков, имеют недостатки, связанные с неравномерной плотностью облицовки, ограниченными геометрическими параметрами облицовки, неповторяемостью характеристик облицовок, ползучестью облицовки и/или высокой долей материала связующего в смеси материалов. Ползучесть облицовки приводит к тому, что облицовка кумулятивного заряда несколько расширяется после сборки и хранения кумулятивного заряда. Даже небольшие расширения облицовки кумулятивного заряда приводят к снижению эффективности действия и повторяемости характеристик кумулятивного заряда.The solutions described in each of the aforementioned publications relating to claddings of metal powders have disadvantages associated with uneven cladding density, limited geometrical parameters of the cladding, the unmatched characteristics of the cladding, creep of the cladding and / or a high proportion of binder material in the mixture of materials. Creep of the lining leads to the fact that the lining of the cumulative charge is somewhat expanded after the assembly and storage of the cumulative charge. Even small expansion of the lining of the cumulative charge leads to a decrease in the effectiveness of the action and the repeatability of the characteristics of the cumulative charge.
Большинство пористых облицовок кумулятивных зарядов в настоящее время изготавливают путем прессования смеси металлических порошков с помощью вращающегося пресс-штока. Этот способ ограничивает геометрию облицовок кумулятивных снарядов геометрией конуса или усеченного конуса. Полагают, что облицовки, имеющие различные геометрические элементы, такие как расширенные на конус отверстия, подобные раструбу воронки, могут обеспечить получение более высоких скоростей конца струи и более длинных струй. Однако узел с вращающимся пресс-штоком не позволяет получить облицовки, где криволинейная поверхность ее боковой стороны имеет небольшой радиус.Most of the porous liners of the cumulative charges are currently made by pressing a mixture of metal powders using a rotating press rod. This method limits the geometry of the shells of cumulative shells to the geometry of a cone or a truncated cone. It is believed that linings having various geometrical elements, such as conically widened openings, like a funnel sockets, can provide higher jet end speeds and longer jets. However, the node with the rotating press rod does not allow to obtain cladding, where the curved surface of its lateral side has a small radius.
Кроме того, время вращения и давление, создаваемое вращающимся пресс-штоком, изменяются с каждой последующей изготавливаемой облицовкой. По существу каждая полученная облицовка кумулятивного заряда по своим физическим свойствам отличается от следующей или ранее изготовленной облицовки кумулятивного заряда. Следовательно, невозможно точно спрогнозировать эффективность действия облицовок кумулятивных зарядов, и результаты использования кумулятивных зарядов трудно воспроизвести. Вращающийся пресс-шток позволяет получить облицовки, имеющие плотности, которые не являются равномерными по всей облицовке. Облицовка, которая имеет неравномерную плотность, не будет образовывать такую неразрывную струю, которую создает облицовка с равномерной плотностью.In addition, the rotation time and pressure generated by the rotating press rod are changed with each subsequent cladding manufactured. Essentially, each resulting cumulative charge lining differs in its physical properties from the next or previously manufactured cumulative charge lining. Therefore, it is impossible to accurately predict the effectiveness of the action of the facings of cumulative charges, and the results of using cumulative charges are difficult to reproduce. A rotating press rod allows to obtain claddings having densities that are not uniform throughout the cladding. A cladding that has an uneven density will not form the same inextricable stream that a cladding with a uniform density creates.
Материал связующего или матрицы, как правило, имеет более низкую плотность по сравнению с компонентом, представляющим собой тяжелый металл. Соответственно, общая плотность облицовки кумулятивного заряда уменьшается, когда значительная часть (например, 30% или более) облицовки кумулятивного заряда состоит из материала связующего или матрицы. Уменьшение общей плотности облицовки кумулятивного заряда приводит к уменьшению глубины проникновения, получаемой в результате использования определенного кумулятивного заряда.The binder or matrix material typically has a lower density compared to the heavy metal component. Accordingly, the total density of the lining of the cumulative charge decreases when a significant part (for example, 30% or more) of the lining of the cumulative charge consists of a binder or matrix material. A decrease in the total density of the lining of the cumulative charge leads to a decrease in the depth of penetration resulting from the use of a certain cumulative charge.
Следовательно, желательно получить облицовки кумулятивных зарядов, которые имеют равномерную плотность, разнообразные геометрические формы, повышенную общую плотность, высокую скорость звука, обеспечивают результаты работы с высокой повторяемостью по точности и не подвержены ползучести.Therefore, it is desirable to obtain facings of cumulative charges that have uniform density, diverse geometric shapes, increased overall density, high speed of sound, provide results with high repeatability in accuracy and are not prone to creep.
В изобретении предлагаются облицовка кумулятивного заряда, кумулятивный заряд и способ получения облицовки кумулятивного заряда.The invention provides a cumulative charge lining, a cumulative charge and a method for producing a cumulative charge lining.
Облицовка кумулятивного заряда согласно изобретению содержит смесь порошка тяжелого металла и порошкообразного металлического связующего, причем указанная облицовка отформована в форму облицовки путем инжекционного формования и спекания.The cumulative charge cladding according to the invention comprises a mixture of a heavy metal powder and a powdered metal binder, said cladding being molded into a cladding shape by injection molding and sintering.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения указанный порошок тяжелого металла содержит вольфрам и указанное порошкообразное металлическое связующее содержит кобальт либо указанный порошок тяжелого металла содержит вольфрам и указанное порошкообразное металлическое связующее содержит медь.In a preferred embodiment of the invention, said heavy metal powder contains tungsten and said powdered metal binder contains cobalt or said heavy metal powder contains tungsten and said powdered metal binder contains copper.
При этом в первом варианте указанный вольфрам составляет от 60 мас.% до 97 мас.% от указанной смеси, а указанный кобальт составляет от 40 мас.% до 3 мас.% от указанной смеси.Moreover, in the first embodiment, the specified tungsten is from 60 wt.% To 97 wt.% From the specified mixture, and the specified cobalt is from 40 wt.% To 3 wt.% From the specified mixture.
Во втором варианте указанный вольфрам составляет от 60 мас.% до 97 мас.% от указанной смеси, а указанная медь составляет от 40 мас.% до 3 мас.% от указанной смеси.In a second embodiment, said tungsten comprises from 60 wt.% To 97 wt.% Of said mixture, and said copper is from 40 wt.% To 3 wt.% Of said mixture.
В третьем варианте указанный вольфрам составляет от 90 мас.% до 94 мас.% от указанной смеси, а указанный кобальт составляет от 10 мас.% до 6 мас.% от указанной смеси.In a third embodiment, said tungsten comprises from 90 wt.% To 94 wt.% Of said mixture, and said cobalt is from 10 wt.% To 6 wt.% Of said mixture.
В еще одном варианте указанный вольфрам составляет 85 мас.% от указанной смеси, а указанная медь составляет 15 мас.% от указанной смеси.In yet another embodiment, the specified tungsten is 85 wt.% From the specified mixture, and the specified copper is 15 wt.% From the specified mixture.
В предпочтительном варианте выполнения облицовки указанная форма облицовки выбирается из группы, состоящей из конической, двухконусной, тюльпанообразной, полусферической, круговой, линейной и воронкообразной форм.In a preferred embodiment of the cladding, said cladding form is selected from the group consisting of conical, biconical, tulip-shaped, hemispherical, circular, linear and funnel-shaped.
Кумулятивный заряд согласно изобретению содержит корпус, взрывчатое вещество, размещенное в указанном корпусе, и облицовку с вышеуказанными особенностями, вставленную в указанный корпус таким образом, что указанное взрывчатое вещество расположено между указанной облицовкой и указанным корпусом.The cumulative charge according to the invention comprises a casing, an explosive placed in said casing, and a lining with the above features inserted into said casing so that said explosive is located between said casing and said casing.
В облицовке этого кумулятивного заряда указанный порошок тяжелого металла в одном случае содержит вольфрам и указанное порошкообразное металлическое связующее содержит кобальт.In the lining of this cumulative charge, said heavy metal powder in one case contains tungsten and said powdered metal binder contains cobalt.
В другом случае в облицовке этого кумулятивного заряда указанный порошок тяжелого металла содержит вольфрам и указанное порошкообразное металлическое связующее содержит медь.In another case, in the lining of this cumulative charge, said heavy metal powder contains tungsten and said powdered metal binder contains copper.
Указанный вольфрам составляет от 60 мас.% до 97 мас.% от указанной смеси, указанный кобальт составляет от 40 мас.% до 3 мас.% от указанной смеси.The specified tungsten is from 60 wt.% To 97 wt.% From the specified mixture, the specified cobalt is from 40 wt.% To 3 wt.% From the specified mixture.
Указанный вольфрам составляет от 60 мас.% до 97 мас.% от указанной смеси, указанная медь составляет от 40 мас.% до 3 мас.% от указанной смеси.The specified tungsten is from 60 wt.% To 97 wt.% From the specified mixture, the specified copper is from 40 wt.% To 3 wt.% From the specified mixture.
Однако указанный вольфрам может составлять от 90 мас.% до 94 мас.% от указанной смеси, указанный кобальт может составлять от 10 мас.% до 6 мас.% от указанной смеси.However, said tungsten may comprise from 90% to 94% by weight of said mixture, said cobalt may be from 10% to 6% by weight of said mixture.
Указанный вольфрам может также составлять 85 мас.% от указанной смеси, указанная медь может также составлять 15 мас.% от указанной смеси.The specified tungsten may also be 85 wt.% From the specified mixture, the specified copper may also be 15 wt.% From the specified mixture.
При этом форма облицовки кумулятивного заряда для перфорирования пород в скважинах может быть выбрана из группы, состоящей из конической, двухконусной, тюльпанообразной, полусферической, круговой, линейной и воронкообразной форм.Moreover, the shape of the lining of the cumulative charge for perforating rocks in wells can be selected from the group consisting of conical, biconical, tulip-shaped, hemispherical, circular, linear and funnel-shaped.
Способ получения облицовки кумулятивного заряда согласно изобретению включает в себя смешивание состава металлического порошка, состоящего из порошка тяжелого металла и порошкообразного металлического связующего, с пластификаторами для образования пасты. После этого пасту разделяют на частицы и вводят в пресс-форму для инжекционного формования, формуют разделенную на частицы пасту в отформованную заготовку облицовки. Далее удаляют пластификаторы и порошкообразное металлическое связующее из указанной отформованной заготовки облицовки и спекают отформованную заготовку облицовки с получением облицовки кумулятивного заряда.A method for producing a cumulative charge lining according to the invention involves mixing a composition of a metal powder consisting of a powder of a heavy metal and a powdered metal binder with plasticizers to form a paste. After that, the paste is divided into particles and injected into the injection molding mold, the paste divided into particles is formed into a molded blank of the lining. Next, plasticizers and a powdered metal binder are removed from said molded blank of the cladding and the molded blank of the cladding is sintered to produce a cumulative charge facing.
В процессе спекания удаляются любые остающиеся органические вещества.Sintering removes any remaining organic matter.
Предпочтительно состав порошка тяжелого металла по данному изобретению состоит из вольфрама, а металлическое связующее представляет собой или медь, или кобальт. В том случае, когда связующее представляет собой медь, смесь содержит от 60 мас.% до 97 мас.% порошка тяжелого металла и от 40 мас.% до 3 мас.% меди. В том случае, когда связующее представляет собой кобальт, смесь содержит от 60 мас.% до 97 мас.% порошка тяжелого металла и от 40 мас.% до 3 мас.% кобальта. Возможно также содержание от 90 мас.% до 94 мас.% вольфрама и от 10 мас.% до 6 мас.% кобальта или 85 мас% вольфрама и 15 мас.% меди.Preferably, the heavy metal powder composition of this invention consists of tungsten, and the metal binder is either copper or cobalt. In the case where the binder is copper, the mixture contains from 60 wt.% To 97 wt.% Powder of a heavy metal and from 40 wt.% To 3 wt.% Copper. In the case where the binder is cobalt, the mixture contains from 60 wt.% To 97 wt.% Powder of heavy metal and from 40 wt.% To 3 wt.% Cobalt. It is also possible content from 90 wt.% To 94 wt.% Tungsten and from 10 wt.% To 6 wt.% Cobalt or 85 wt.% Tungsten and 15 wt.% Copper.
Предпочтительные формы облицовок включают в себя конические, двухконусные, тюльпанообразные, полусферические, круговые [кольцевые], линейные и воронкообразные.Preferred forms of cladding include conical, biconical, tulip-shaped, hemispherical, circular [ring], linear and funnel-shaped.
Изобретение поясняется ниже с ссылкой на чертеж, показывающий поперечное сечение кумулятивного заряда с облицовкой согласно настоящему изобретению.The invention is explained below with reference to a drawing showing a cross section of a cumulative charge with a liner according to the present invention.
Кумулятивный заряд 10 согласно изобретению показан на чертеже. Кумулятивный заряд 10, как правило, имеет корпус 1 по существу цилиндрической формы, который может быть изготовлен из стали, керамического материала или другого материала, известного в данной области техники. Порошкообразное взрывчатое вещество 2 расположено во внутреннем пространстве корпуса 1. Взрывчатое вещество 2 может иметь состав, известный в данной области техники. Взрывчатые вещества, известные в данной области техники и предназначенные для использования в кумулятивных зарядах, включают в себя составы, продаваемые под торговыми обозначениями НМХ [циклотетраметилентетранитрамин], HNX, RDX [циклотриметилентринитрамин], HNIW, PYX и TNAZ. В выемке 4, образованной в нижней части корпуса 1, может быть размещено промежуточное взрывчатое вещество (бустер) (не показано), такое как чистый циклотриметилентринитрамин (RDX). Промежуточное взрывчатое вещество, как очевидно для специалистов в данной области техники, обеспечивает эффективную передачу взрывчатому веществу 2 детонирующего сигнала от детонирующего шнура (не показан), который, как правило, размещают в контакте с наружной частью выемки 4. Выемка 4 может быть снаружи закрыта герметиком 3.The cumulative charge 10 according to the invention is shown in the drawing. The cumulative charge 10, as a rule, has a housing 1 of a substantially cylindrical shape, which can be made of steel, ceramic material or other material known in the art. Powdered explosive 2 is located in the interior of the housing 1. The explosive 2 may have a composition known in the art. Explosives known in the art for use in cumulative charges include those sold under the trade names HMX [cyclotetramethylene tetranitramine], HNX, RDX [cyclotrimethylene tetrinitramine], HNIW, PYX and TNAZ. An intermediate explosive (booster) (not shown), such as pure cyclotrimethylene nitramine (RDX), may be placed in a recess 4 formed in the lower part of the housing 1. Intermediate explosive, as is obvious to experts in the field of technology, provides an effective transmission of explosive 2 detonating signal from a detonating cord (not shown), which, as a rule, is placed in contact with the outer part of the recess 4. The recess 4 may be sealed from the outside with a sealant 3.
Облицовка 5, как правило, вставлена достаточно глубоко в корпус 1 и установлена на взрывчатое вещество 2, так что взрывчатое вещество 2 по существу заполняет объем между корпусом 1 и облицовкой 5. Облицовка 5 в настоящем изобретении, как правило, изготовлена из смеси порошка тяжелого металла и порошкообразного металлического связующего, которые подвергают инжекционному формованию и затем спекают с получением заданной формы. Возможные формы облицовки включают в себя коническую форму (которая включает в себя форму усеченного конуса), двухконусную, тюльпанообразную, полусферическую, круговую, линейную и воронкообразную.The lining 5 is typically inserted deep enough into the housing 1 and mounted on the explosive 2, so that the explosive 2 essentially fills the volume between the housing 1 and the lining 5. The lining 5 in the present invention is typically made from a mixture of heavy metal powder and a powdered metal binder, which is subjected to injection molding and then sintered to obtain the desired shape. Possible forms of cladding include a conical shape (which includes the shape of a truncated cone), biconical, tulip-shaped, hemispherical, circular, linear and funnel-shaped.
Как очевидно для специалистов в данной области техники, при детонации взрывчатого вещества 2 или непосредственно посредством передачи сигнала от детонирующего шнура (не показан), или путем передачи через промежуточное взрывчатое вещество (не показано) сила детонации приводит к разрушению облицовки 5 и вызывает превращение облицовки 5 в струю, которая после образования выталкивается из корпуса 1 с очень большой скоростью.As is obvious to those skilled in the art, when detonating an explosive 2 either directly by transmitting a signal from a detonating cord (not shown) or by transmitting through an intermediate explosive (not shown), the detonation force destroys the lining 5 and causes the lining 5 to turn. into the jet, which after formation is pushed out of the housing 1 with a very high speed.
Одним из новых признаков настоящего изобретения является то, что облицовки кумулятивных зарядов изготавливают с помощью способа, который включает в себя операции инжекционного формования и спекания смеси порошка тяжелого металла и порошкообразного металлического связующего для получения облицовки кумулятивного заряда. Предпочтительным порошкообразным тяжелым металлом является вольфрам. Несмотря на то, что связующее может быть выбрано из группы, состоящей из свинца, висмута, цинка, олова, урана, серебра, золота, сурьмы, кобальта, цинковых сплавов, сплавов на оловянной основе, никеля и палладия, предпочтительными связующими для настоящего изобретения являются кобальт или медь. Другим новым признаком настоящего изобретения является то, что в состав смеси порошка тяжелого металла и порошкообразного металлического связующего может входить от 60% до 97% порошка тяжелого металла и от 40% до 3% кобальта или от 40% до 3% меди. Предпочтительный состав смеси порошка тяжелого металла и кобальта включает в себя от 90% до 94% порошка тяжелого металла и от 10% до 6% кобальта. Предпочтительный состав смеси порошка тяжелого металла и меди включает в себя 85% порошка тяжелого металла и 15% меди.One of the new features of the present invention is that the cumulative charge liners are manufactured using a method that includes injection molding and sintering a mixture of a heavy metal powder and a powdered metal binder to form a cumulative charge liner. A preferred powdered heavy metal is tungsten. Although the binder may be selected from the group consisting of lead, bismuth, zinc, tin, uranium, silver, gold, antimony, cobalt, zinc alloys, tin-base alloys, nickel and palladium, preferred binders for the present invention are cobalt or copper. Another new feature of the present invention is that a mixture of a heavy metal powder and a powdered metal binder may comprise from 60% to 97% of the heavy metal powder and from 40% to 3% cobalt or from 40% to 3% copper. A preferred composition of the mixture of heavy metal powder and cobalt includes from 90% to 94% of the powder of heavy metal and from 10% to 6% of cobalt. The preferred composition of the mixture of powder of heavy metal and copper includes 85% powder of heavy metal and 15% copper.
Смесь порошка тяжелого металла и порошкообразного металлического связующего сначала смешивают с пластификаторами для получения пасты из металлических порошков, которая состоит из пастообразных комков материала, которые имеют длину от 2 до 3 дюймов. Комки из металлических порошков разделяют затем на частицы меньшего размера, длина которых составляет приблизительно 1 см. Несмотря на то, что предпочтительным способом разделения на частицы является разделение внутри машины для разделения на частицы, в которой происходит превращение комков из металлических порошков в частицы меньшего размера, разделение на частицы может быть выполнено любым пригодным способом, известным в данной области техники. После разделения на частицы меньшего размера пасту вводят в пресс-форму, в которой путем инжекционного формования разделенную на частицы пасту формуют в облицовку заданной формы. После формования облицовку извлекают из пресс-формы и подвергают химической обработке для удаления большей части пластификаторов и металлического связующего. Затем облицовку заданной формы помещают в печь, где ее подвергают нагреву при температуре, которая ниже температуры плавления смеси металлических порошков, но которая достаточно высока, чтобы обеспечить удаление остающихся пластификаторов и металлического связующего. Поскольку в процессе спекания происходит удаление массы (пластификаторов и связующих) из материала облицовки, облицовка будет подвергаться усадке по размеру в процессе спекания. Как только облицовка достигнет заданных размеров, облицовку удаляют из печи. Данный процесс известен как спекание, и, как очевидно для обычных специалистов в данной области техники, продолжительность спекания и температура в печи будут изменяться в зависимости от заданного размера облицовки и количества пластификаторов и связующих, остающихся в материале. Однако и без ненужного экспериментирования специалист в данной области техники будет знать температуру и время, в течение которого облицовка достигнет заданных размеров.A mixture of a heavy metal powder and a powdered metal binder is first mixed with plasticizers to form a paste of metal powders that consists of pasty lumps of material that are 2 to 3 inches long. Lumps of metal powders are then separated into smaller particles, the length of which is approximately 1 cm. Despite the fact that the preferred method of separation into particles is separation inside a particle separation machine in which lumps from metal powders are converted into smaller particles, particle separation can be performed by any suitable method known in the art. After separation into smaller particles, the paste is introduced into the mold in which, by injection molding, the divided into particles, the paste is molded into the lining of a given shape. After molding, the liner is removed from the mold and subjected to chemical treatment to remove most of the plasticizers and metal binder. Then, the lining of a given shape is placed in a furnace, where it is heated at a temperature that is lower than the melting temperature of the mixture of metal powders, but which is high enough to ensure the removal of the remaining plasticizers and metal binder. Since the sintering process removes the mass (plasticizers and binders) from the cladding material, the cladding will shrink in size during the sintering process. As soon as the lining reaches a predetermined size, the lining is removed from the furnace. This process is known as sintering, and, as is apparent to those of ordinary skill in the art, the sintering time and temperature in the furnace will vary depending on the size of the lining and the amount of plasticizers and binders remaining in the material. However, even without unnecessary experimentation, a person skilled in the art will know the temperature and the time during which the lining will reach the given dimensions.
При изготовлении кумулятивного заряда облицовка 5 может фиксироваться в корпусе 1 за счет применения клеящего вещества 6. Клеящее вещество 6 дает возможность кумулятивному заряду 10 выдерживать ударные нагрузки и вибрацию, с которыми, как правило, сталкиваются при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке, без смещения облицовки 5 или взрывчатого вещества 2 внутри корпуса 1. Следует понимать, что клеящее вещество 6 используется только для удерживания облицовки 5 в заданном положении внутри корпуса 1, и его не следует рассматривать как ограничение, накладываемое на изобретение.In the manufacture of the cumulative charge, the lining 5 can be fixed in the housing 1 through the use of an adhesive 6. The adhesive 6 allows the cumulative charge 10 to withstand shock loads and vibration, which, as a rule, are encountered during loading and unloading and transportation, without shifting the lining 5 or explosive 2 inside the housing 1. It should be understood that the adhesive 6 is used only to hold the cladding 5 in a predetermined position inside the housing 1, and should not be considered as a limitation on the invention.
Следовательно, настоящее изобретение, описанное здесь, хорошо приспособлено для реализации и достижения упомянутых целей и преимуществ, а также других преимуществ, присущих изобретению. В то время как предпочтительный в настоящее время вариант осуществления изобретения был представлен в целях раскрытия изобретения, возможны многочисленные изменения в деталях операций, выполняемых для достижения заданных результатов. Например, могут быть использованы связующие, выбранные из группы, состоящей из свинца, висмута, цинка, олова, урана, серебра, золота, сурьмы, цинковых сплавов, сплавов на оловянной основе, никеля и палладия. Эти и другие аналогичные модификации очевидны для специалистов в данной области техники, и предусмотрено, что они охватываются идеей настоящего изобретения, раскрытого здесь, и объемом приложенной формулы изобретения.Therefore, the present invention described herein is well adapted to implement and achieve the aforementioned objectives and advantages, as well as other advantages inherent in the invention. While the currently preferred embodiment of the invention has been presented in order to disclose the invention, numerous changes are possible in the details of the operations performed to achieve the desired results. For example, binders selected from the group consisting of lead, bismuth, zinc, tin, uranium, silver, gold, antimony, zinc alloys, tin base alloys, nickel and palladium can be used. These and other similar modifications are apparent to those skilled in the art, and are intended to be embraced by the spirit of the present invention disclosed herein and the scope of the appended claims.
Claims (24)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US20609900P | 2000-05-20 | 2000-05-20 | |
| US60/206,099 | 2000-05-20 | ||
| US09/860,117 | 2001-05-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002134365A RU2002134365A (en) | 2004-06-27 |
| RU2253831C2 true RU2253831C2 (en) | 2005-06-10 |
Family
ID=35834810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002134365/02A RU2253831C2 (en) | 2000-05-20 | 2001-05-18 | Shaped charge, facing of shaped charge (modifications)and method for its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2253831C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA009749B1 (en) * | 2005-08-23 | 2008-04-28 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Injection moulded shaped charge liner and method of forming thereof (embodiments) |
| US8726809B2 (en) | 2006-06-27 | 2014-05-20 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for perforating |
-
2001
- 2001-05-18 RU RU2002134365/02A patent/RU2253831C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA009749B1 (en) * | 2005-08-23 | 2008-04-28 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Injection moulded shaped charge liner and method of forming thereof (embodiments) |
| US8726809B2 (en) | 2006-06-27 | 2014-05-20 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for perforating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6530326B1 (en) | Sintered tungsten liners for shaped charges | |
| US11112221B2 (en) | Oil well perforators | |
| EP1812771B1 (en) | Improvements in and relating to oil well perforators | |
| EP1299687B1 (en) | Lead free liner composition for shaped charges | |
| EP1290398B1 (en) | Coated metal particles to enhance oil field shaped charge performance | |
| US3255659A (en) | Method of manufacturing shaped charge explosive with powdered metal liner | |
| EP1682846B1 (en) | Apparatus for penetrating oilbearing sandy formations | |
| US8584772B2 (en) | Shaped charges for creating enhanced perforation tunnel in a well formation | |
| EP1373823B1 (en) | Shaped charges having enhanced tungsten liners | |
| EP1680644A2 (en) | Improvements in and relating to perforators | |
| RU2253831C2 (en) | Shaped charge, facing of shaped charge (modifications)and method for its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150519 |