RU2540759C1

RU2540759C1 - Plane wave explosive generator for cumulative perforators

Info

Publication number: RU2540759C1
Application number: RU2013145208/03A
Authority: RU
Inventors: Владилен Федорович Минин; Игорь Владиленович Минин; Олег Владиленович Минин
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-02-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: plane wave explosive generator for cumulative perforators consists of imitator, a body with preliminary explosive charge with hollow lens and metal cone placed in it, the lens and the main explosive charge placed under the metal cone base, which cross-section corresponds to the base of the generator metal cone with aperture angle determined by the condition that at the moment of impact against the main charge surface the cone material has flat shape. The cone and lens are made of pressed metal powders, for example, of iron or metal ceramic impregnated with celluloid with quantity of the filling material varying within the range of 20-50%.

EFFECT: improving efficiency of hollow-cone charges.

2 dwg

Description

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано в кумулятивных перфораторах, применяемых для перфорации нефтяных и газовых скважин.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in cumulative perforators used for perforation of oil and gas wells.

Известно устройство управления формой фронта детонационной волны по патенту РФ №2160880, кл. МПК F42B 1/00, содержащее осесимметричные промежуточный заряд взрывчатого вещества (BB) с детонатором, с противоположной стороны которого примыкает инертная линза, выполненная из материала с низкой скоростью распространения звука, например из свинца или обедненного урана, имеющая в основном плоскую поверхность, расположенную в непосредственной близости от детонатора вещества, и выпуклую поверхность, противоположную упомянутой плоской поверхности, или выпукло-выпуклую форму поверхности, основной заряд ВВ с кумулятивной выемкой, примыкающий к линзе с обратной стороны, и расположенные в едином корпусе.A device for controlling the shape of the front of a detonation wave according to the patent of the Russian Federation No. 2160880, class. IPC F42B 1/00, containing an axisymmetric intermediate explosive charge (BB) with a detonator, on the opposite side of which there is an inert lens made of a material with a low sound propagation velocity, for example, lead or depleted uranium, which has a substantially flat surface located in the immediate vicinity of the substance detonator, and the convex surface opposite the said flat surface, or the convex-convex shape of the surface, the main explosive charge with a cumulative recess adjacent th to the lens on the back side, and located in a single housing.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является устройство, описанное в патенте РФ 2317406 МПК E21B 43/117, содержащее инициатор, корпус с размещенными в нем предварительным зарядом BB с пустотелой линзой с металлической кумулятивной облицовкой и основным зарядом BB, размещенным под основанием конической облицовки, сечение которой соответствует основанию кумулятивной облицовки генератора, с углом раствора облицовки, определяемым из условия, чтобы в момент ее удара по поверхности основного заряда материал облицовки имел плоскую форму.The closest analogue adopted as a prototype is the device described in RF patent 2317406 IPC E21B 43/117, containing an initiator, a housing with a preliminary charge BB placed therein with a hollow lens with a metal cumulative lining and the main charge BB placed under the base of the conical lining, the cross section of which corresponds to the base of the cumulative lining of the generator, with the angle of the lining of the lining, determined from the condition that at the time of its impact on the surface of the main charge, the lining material has a plane form.

Недостатками рассмотренных технических решений являются наличие в конструкции кумулятивных зарядов, не разрушаемых линз, расположенных внутри основного заряда BB, снижающего эффективность кумулятивного заряда, и остающихся в створе скважины после подрыва кусочков материала линзы.The disadvantages of the considered technical solutions are the presence in the design of cumulative charges, indestructible lenses located inside the main charge BB, which reduces the efficiency of the cumulative charge, and remaining in the well alignment after blasting pieces of lens material.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности кумулятивных зарядов с линзами.The aim of the invention is to increase the efficiency of cumulative charges with lenses.

Технический результат заключается в формировании детонационной волны с плоским фронтом линзой, разрушаемой после формирования ею плоской волны.The technical result consists in the formation of a detonation wave with a flat front by a lens that is destroyed after it forms a plane wave.

Это достигается тем, что в устройстве взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов, содержащем инициатор, корпус с размещенными в нем предварительным зарядом BB с пустотелой линзой с кумулятивной выемкой, облицованной конической металлической оболочкой (линзой) с металлической кумулятивной облицовкой, и основным зарядом BB, размещенным под основанием конической облицовки, сечение которой соответствует основанию кумулятивной облицовки генератора, с углом раствора облицовки, определяемым из условия, чтобы в момент ее удара по поверхности основного заряда материал облицовки имел плоскую форму, согласно изобретению, облицовка (линза) выполнена из спрессованных порошков металла, например железа, или металлокерамики, пропитанных целлулоидом, с количеством наполнителя, изменяющимся в пределах от 20 до 50%.This is achieved by the fact that in the device of an explosive generator of a plane wave for cumulative perforators containing an initiator, a housing with a preliminary charge BB placed therein with a hollow lens with a cumulative recess lined with a conical metal shell (lens) with a metal cumulative lining, and the main charge BB, placed under the base of the conical cladding, the cross section of which corresponds to the base of the cumulative cladding of the generator, with the angle of the cladding, determined from the condition that at the time of impact on the surface of the main charge, the cladding material had a flat shape, according to the invention, the cladding (lens) is made of pressed metal powders, for example iron, or cermet impregnated with celluloid, with the amount of filler varying from 20 to 50%.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его условию «новизна».The presence in the claimed invention of features that distinguish the invention from the prototype, allows us to conclude that it meets the condition of "novelty."

Новые признаки (металлическая облицовка (линза) выполнена из спрессованных порошков металла, например железа, или металлокерамики, пропитанных целлулоидом, с количеством наполнителя, равным 20-50%) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features (metal cladding (lens) made of pressed metal powders, for example iron, or cermet impregnated with celluloid, with a filler amount of 20-50%) were not detected in technical solutions for a similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг.1 изображено устройство взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов.Figure 1 shows the device of an explosive plane wave generator for cumulative perforators.

На фиг.2 приведен пример процесса преобразования детонационной волны со сферически расходящимся волновым фронтом в волну с плоским фронтом и разрушения материала линзы во времени в гиперкумулятивном заряде для перфорации скважин в соответствии с рекомендациями Патента РФ 2412338, МПК E 43/117, F42B 1/02. Устройство взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов содержит инициатор 1, предварительный заряд BB 2, пустотелую линзу с металлической кумулятивной облицовкой 3, основной заряд BB 4 с кумулятивной выемкой 6, корпус устройства 5. Пустотелая линза с кумулятивной облицовкой 3 может быть выполнена из металлокерамики, пропитанной целлулоидом, с количеством наполнителя изменяющимся в пределах от 20 до 50%.Figure 2 shows an example of the process of converting a detonation wave with a spherically diverging wavefront into a wave with a flat front and destruction of the lens material in time in a hyper cumulative charge for perforating wells in accordance with the recommendations of RF Patent 2412338, IPC E 43/117, F42B 1/02 . The device of the explosive generator of a plane wave for cumulative perforators contains an initiator 1, a preliminary charge BB 2, a hollow lens with a metal cumulative lining 3, the main charge BB 4 with a cumulative recess 6, the housing of the device 5. The hollow lens with a cumulative lining 3 can be made of cermet, impregnated with celluloid, with the amount of filler varying from 20 to 50%.

Работает устройство следующим образом. Инициатор 1 (электродетонатор, детонирующий шнур, капсюль детонатор) возбуждает симметричную детонационную волну в предварительном заряде BB 2 с формой волны детонации, близкой к сферически расходящейся. Сформированная детонационная волна падает на полую линзу с кумулятивной облицовкой 3. Продукты детонации предварительного заряда BB 2 метают пустотелую линзу с кумулятивной облицовкой 3, одновременно возбуждая в материале линзы ударную волну. Пустотелая линза с кумулятивной облицовкой 3 выгибается и приобретает плоскую форму, ударяет по основному заряду ВВ 4 с кумулятивной выемкой 6. В основном заряде BB возбуждается детонационная волна с плоским фронтом, которая далее взаимодействует с кумулятивной облицовкой с формированием кумулятивной струи. Одновременно ударная волна в материале такой динамической линзы, взаимодействуя с материалом наполнителя, вызывает разлет материала линзы в радиальном направлении от оси симметрии заряда. Экспериментально определено, что при количестве наполнителя менее 20% разлет материала линзы не происходит. А при количестве наполнителя более 50% разлет материала линзы происходит очень быстро и инициирование основного заряда BB 4 становится неустойчивым. Максимальная скорость разлета материала линзы при количестве наполнителя 50% составляет 170-200 м/с. Таким образом, можно в зависимости от концентрации целлулоида в смеси использовать этот материал в качестве материала для линзы, когда материал не сжимается, а расширяется после взрыва. Этот факт оказывается важным, например, в сдвоенных кумулятивных зарядах.The device operates as follows. The initiator 1 (electric detonator, detonating cord, detonator capsule) excites a symmetric detonation wave in the preliminary charge BB 2 with a detonation wave form close to spherically diverging. The generated detonation wave is incident on a hollow lens with a cumulative lining 3. The detonation products of the preliminary charge BB 2 throw a hollow lens with a cumulative lining 3, while simultaneously exciting a shock wave in the lens material. A hollow lens with a cumulative lining 3 bends and acquires a flat shape, striking the main explosive charge 4 with a cumulative recess 6. In the main charge BB, a detonation wave with a flat front is excited, which then interacts with the cumulative lining with the formation of a cumulative jet. At the same time, the shock wave in the material of such a dynamic lens, interacting with the filler material, causes the lens material to expand in the radial direction from the axis of symmetry of the charge. It was experimentally determined that when the amount of filler is less than 20%, the expansion of the lens material does not occur. And when the amount of filler is more than 50%, the lens material expands very quickly and the initiation of the main charge BB 4 becomes unstable. The maximum expansion speed of the lens material with a filler amount of 50% is 170-200 m / s. Thus, depending on the concentration of celluloid in the mixture, this material can be used as a material for the lens, when the material does not compress, but expands after the explosion. This fact is important, for example, in dual cumulative charges.

Важным свойством материала линзы в большинстве случаев должна быть возможность его «рассыпания» после силового воздействия взрыва. В этом направлении перспективны композиционные материалы, в состав которых могут входить вещества, содержащие окислитель и горючее и при адиабатическом сжатии превращающиеся в газ, вызывающий разрушение сгустка вспомогательного вещества. В такой среде термодинамического равновесия за фронтом ударной волны в материале облицовки нет. Например, изделие из смеси металлического порошка и целлулоида, где он может быть связующим, или пропитка целлулоидом сформированной детали раствором в ацетоне во время кумулятивного взрыва ведут себя таким образом. Целлулоид при высоком давлении разлагается полностью, а при нормальных давлениях является безопасным материалом. Из него изготавливают детские игрушки. Тело линзы может быть также сформировано из полуактивных материалов, например из смеси металлокерамики или порошков металлов с целлулоидом.An important property of the lens material in most cases should be the possibility of its "scattering" after the force of the explosion. Composite materials are promising in this direction, which may include substances containing an oxidizing agent and fuel and, when adiabatically compressed, turn into a gas, which causes the destruction of an auxiliary substance clot. In such a medium of thermodynamic equilibrium, there is no lining in the cladding material behind the front of the shock wave. For example, an article made from a mixture of a metal powder and celluloid, where it can be a binder, or impregnated with a celluloid-formed part into a solution in acetone during a cumulative explosion, behaves in this way. Celluloid decomposes completely under high pressure, and is a safe material under normal pressure. Children's toys are made from it. The lens body can also be formed from semi-active materials, for example, from a mixture of cermet or metal powders with celluloid.

Более того, можно упростить изготовление такого рода деталей, используя, например, целлулоид в качестве связующего в конструкции и миновать стадию спекания изделия из порошка до пропитки ее целлулоидом, что удешевит и упростит технологию изготовления такого рода изделий.Moreover, it is possible to simplify the manufacture of such parts by using, for example, celluloid as a binder in the structure and bypass the stage of sintering the product from the powder before impregnating it with celluloid, which will reduce the cost and simplify the manufacturing technology of such products.

Для изготовления полуактивной линзы использовались порошки железа. Использовались фракции частиц порошка размером менее 50 мкм, которые отсеивались с помощью сита. Полуактивная линза изготавливалась прессованием заготовок с последующим токарным точением. В качестве наполнителя использовался целлулоид, который предварительно растворялся ацетоном.For the manufacture of a semi-active lens, iron powders were used. Used fractions of powder particles less than 50 microns in size, which were screened using a sieve. A semi-active lens was made by pressing blanks followed by turning. As a filler, celluloid was used, which was previously dissolved with acetone.

Таким образом, рассыпающаяся в радиальном направлении от оси симметрии заряда линза из порошкового или металлокерамического материала, пропитанная целлулоидом, не засоряет кусками металла скважинное пространство и повышается эффективность применения кумулятивных зарядов с линзами.Thus, a lens made of a powder or cermet material impregnated in the radial direction from the axis of symmetry of the charge, impregnated with celluloid, does not clog the borehole with pieces of metal and increases the efficiency of the use of cumulative charges with lenses.

Предлагаемое устройство управления детонационным фронтом прошло экспериментальную проверку и доступно для методов вычислительного эксперимента.The proposed control device for the detonation front has passed an experimental test and is available for computational experiment methods.

Использование данного изобретения позволит получить плоский детонационный фронт в основном заряде BB из расходящегося сферического детонационного фронта в предварительном заряде взрывчатого вещества с разрушающейся линзой с возможностью управления временем и скоростью разрушения пустотелой линзы с кумулятивной облицовкой.The use of this invention will allow to obtain a flat detonation front in the main charge BB from a diverging spherical detonation front in the preliminary charge of an explosive with a collapsing lens with the ability to control the time and rate of destruction of a hollow lens with a cumulative lining.

Claims

An explosive plane wave generator for cumulative perforators, consisting of an initiator, a housing with a preliminary explosive charge placed in it with a hollow lens with a metal cumulative cladding - a lens and the main explosive charge placed under the base of the conical cladding, the cross section of which corresponds to the base of the cumulative generator cladding with the angle of the cladding solution, determined from the condition that at the time of its impact on the surface of the main charge, the cladding material has a plane form, characterized in that the cladding - lens is formed from the compacted metal powders such as iron, sintered metal or impregnated with celluloid amount of filler ranges from 20 to 50%.