МНОГОРАЗОВЫЙ УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ДЕТОНАЦИИ КУМУЛЯТИВНОГО КОРПУСНОГО ПЕРФОРАТОРА
MULTIPLE-USE CONNECTION AND DETONATION TRANSMISSION UNIT OF HOLLOW CARRIER PERFORATOR

Изобретение относится к узлам соединения корпусов кумулятивных перфораторов и формирования детонационной цепи.
Известен узел соединения и передачи детонации в перфораторах по Патенту РФ на изобретение №2386793, МПК E21B 43/117, опубл. 20.04.2010 г.
Этот узел содержит каркас, переходник, детонирующий шнур, бустер, втулку бустера, которая выполнена в виде диска и цилиндрической части с осевым отверстием для размещения бустера. Переходник имеет по продольной оси сквозное внутреннее отверстие с цилиндрической проточкой для размещения втулки бустера и детонирующего шнура. Узел передачи детонации дополнительно снабжен детонирующим шнуром, бустером, втулкой бустера, втулкой каркаса. Бустеры установлены на детонирующих шнурах, дополнительная втулка бустера выполнена в виде диска и цилиндрической части с осевым отверстием для размещения дополнительного бустера и размещена во внутреннем отверстии втулки каркаса со стороны цилиндрической проточки на торце втулки каркаса для размещения диска. На торцевой стороне переходника выполнено углубление, образующее внутри него цилиндрическую направляющую, а на конце втулки каркаса, контактирующей с торцевой стороной переходника, выполнена проточка с внешним диаметром, равным диаметру углубления. При этом снаружи на средней части втулки каркаса выполнено кольцевое утолщение, составляющее с втулкой каркаса одно целое.
Недостатки: сложность конструкции и одноразовое ее применение.
Известен узел соединения и передачи детонации в перфораторах по Патенту РФ на изобретение №2307237, МПК E21B 43/1185, опубл. 27.09.2007 г.
Этот узел содержит переходник, втулку, размещенную во внутреннем отверстии переходника, бустер, детонационный шнур, конец которого присоединен к бустеру. Бустер размещен во втулке. Втулка выполнена в виде диска и цилиндрической части с осевым отверстием. На внешней стороне цилиндрической части втулки расположены кольцевые буртики. С одного конца цилиндрической части втулки выполнен частичный продольный разрез. Втулка устройства передачи детонации кумулятивного перфоратора содержит цилиндрическую часть с осевым отверстием, диск, расположенный на внешней стороне цилиндрической части. Втулка снабжена кольцевыми буртиками, расположенными на внешней стороне цилиндрической части втулки, и частичным продольным разрезом цилиндрической части втулки с одного конца.
Недостаток: одноразовое применение конструкции.
Известен узел соединения и передачи детонации в перфораторах по Патенту РФ на изобретение №2422627, МПК E21B 43/117, опубл. 27.06.2011 г.
Этот узел содержит втулку, выполненную в виде цилиндрической части с осевым отверстием, диска с отверстием и буртиком внутри отверстия. Он снабжен гайкой с внутренней конусообразной частью, цилиндрическая часть на конце, противоположном относительно диска, выполнена с лепестковой цангой. На внешней стороне цилиндрической части выполнена резьба, на которую навернута гайка с охватом внутренней конусообразной частью лепестковой цанги.
Недостаток: одноразовое применение конструкции.
Известен узел соединения и передачи детонации в перфораторах по Патенту РФ на изобретение №2519091, МПК E21B 43/117, опубл. 10.06.2014 г., прототип.
Этот узел содержит первую часть и вторую часть, соединенные между собой разъемным шарнирным соединением. Передаточный заряд размещен в первой части и соединен через первый приемный заряд с детонирующим шнуром. Второй приемный заряд размещен во второй части и соединен со вторым детонирующим шнуром. В первой части выполнено глухое отверстие с резьбой на части отверстия, в котором размещена амортизирующая втулка. Внутри амортизирующей втулки размещен передаточный кумулятивный заряд. Амортизирующая втулка и передаточный кумулятивный заряд закреплены внутри глухого отверстия первой части посредством втулки, соединенной резьбовым соединением с первой частью. Обеспечивается повышение надежности срабатывания.
Недостаток: одноразовое применение конструкции.
Задачи создания изобретения: повышение надежности срабатывания, упрощение конструкции, увеличение угла поворота отдельных элементов узла соединения и обеспечение многоразового применения конструкции.
Техническим результатом заявленного решения является возможность повторного использования отдельных элементов узла соединения.
Решение указанной задачи достигнуто в многоразовом узле соединения и передачи детонации кумулятивного корпусного перфоратора, содержащем передающую и приемную части, соединенные между собой разъемным шарнирным соединением, при этом в передающей части в центральном канале установлены первый детонирующий шнур и детонатор, а в приемной части - второй бустер и второй детонирующий шнур, тем, что передающая часть выполнена в виде первого корпуса с центральным каналом, первый корпус соединен с внешней втулкой, между которыми зажат сменный диск, уплотненный по торцу резиновым кольцом, а приемная часть выполнена в виде второго корпуса со вторым центральным каналом, имеющим на входе коническое отверстие, в котором установлена коническая втулка.
Первый корпус может быть соединен с втулкой по резьбе и зафиксирован штифтом. Сменный диск может иметь радиусную выемку со стороны торца, обращенного к приемной части. Первый детонирующий шнур может быть сцентрирован в первой втулке, установленной в первом корпусе. Второй детонирующий шнур может быть сцентрирован во второй втулке, установленной во втором корпусе. Приемная часть может быть выполнена с возможностью поворота относительно передающей части на 8°…10°.
Сущность технического решения поясняется следующими чертежами фиг. 1…9:
- на фиг. 1 приведен узел соединения в сборе;
- на фиг. 2 приведен вид в продольном сечении передающей части;
- на фиг. 3 приведен вид в продольном сечении приемной части;
- на фиг. 4 приведен процесс соединения передающей и приемной частей;
- на фиг. 5 приведена схема выбора глубины утопания бустера в зависимости от угла наклона узла соединения,
- на фиг. 6 приведен съемный диск,
- на фиг. 7 приведена выступающая часть второго корпуса,
- на фиг. 8 приведена нижняя часть внешней втулки,
- на фиг. 9 приведен вид B.
Обозначения, принятые в описании:
1 - передающая часть,
2 - приемная часть,
3 - первый корпус,
4 - внешняя втулка,
5 - резьба,
6 - стопорный винт,
7 - первый центральный канал,
8 - цилиндрическая полость,
9 - передаточный заряд,
10 - первая втулка,
11 - шайба,
12 - первый детонирующий шнур,
13 - первый бустер,
14 - торец,
15 - резиновое кольцо,
16 - сменный диск,
17 - внутренняя полость,
18 - боковая прорезь,
19 - корпус перфоратора,
20 - втулка каркаса,
21 - торец,
22 - второй корпус,
23 - боковая поверхность,
24 - кольцевая проточка,
25 - лыски,
26 - второй центральный канал,
27 - выступающая часть,
28 - коническое отверстие,
29 -коническая втулка,
30 - вторая шайба,
31 - второй бустер,
32 - вторая втулка,
33 - второй детонирующий шнур,
34 - торец,
35 - сферическая выемка,
36 - коническая поверхность,
37 - внутреннее коническое отверстие, образующееся после срабатывания кумулятивного заряда.
Узел соединения и передачи детонации (фиг. 1) содержит передающую часть 1 и приемную часть 2, соединенные шарнирно.
Передающая часть 1 (фиг. 1 и 2) состоит из первого корпуса 3, на котором установлена внешняя втулка 4, которая закручена по резьбе 5 на первый корпус 3 и зафиксирована стопорным винтом 6.
В первом корпусе 3 вдоль его оси выполнен первый центральный канал 7. Первый центральный канал 7 выполнен ступенчатой формы и содержит цилиндрическую полость 8, в которой установлен передаточный заряд 9.
В первом центральном канале 7 установлена первая втулка 10, внутри которой установлена шайба 11. Через первую втулку 10 и шайбу 11 проходит первый детонирующий шнур 12. Далее установлены первый бустер 13 и передаточный заряд 9. Герметичность цилиндрической полости 8 первого корпуса 3 обеспечивается резиновым кольцом 15, установленным на торце 14 первого корпуса 3. К торцу 14 прижат сменный диск 16.
Для осуществления сборки на внешней втулке 4 под сменным диском 16 выполнена боковая прорезь 18. С другой стороны концентрично первому корпусу 3 установлен корпус перфоратора 19, внутри которого установлена втулка каркаса 20, контактирующая по торцу 21 первого корпуса 3. Корпус перфоратора 19 и втулка каркаса 20 не входят в состав многоразового узла соединения и передачи детонации.
Приемная часть 2 (фиг. 1 и 3) состоит из второго корпуса 22, на боковой поверхности 23 которой имеется кольцевая проточка 24 для фиксации на устье скважины, так же на кольцевой проточке 24 выполнены лыски 25 для закручивания ключом в корпус перфоратора 19. Вдоль оси второго корпуса выполнен второй центральный канал 26.
Внутри выступающей части 27 второго корпуса 22 на входе во второй центральный канал 26 выполнено коническое отверстие 28, в которое плотно запрессована коническая втулку 29 из пластичного материала, повторяющая форму конического отверстия 28. Коническая втулка 29 герметизирует внутреннюю полость приемной части 2 и является сменным элементом. Во втором центральном канале 26 установлены последовательно за коническим отверстием 28 вторая шайба 30, второй бустер 31, вторая втулка 32 внутри которой проходит второй детонирующий шнур 33.
Глубина утопания конической втулки 29 в зависимости от угла наклона узла соединения выбирается таким образом, чтобы при максимальном угле кумулятивная струя передаточного заряда 9 проходила через центр торца второго бустера 31.
Длина L конического отверстия 28 выбирается из условия (фиг. 5 и 7):
L=(2,0…3,0)d,
где L - длина конического отверстия 28,
d - диаметр канала за этим отверстием.
На фиг. 6 приведена более детально конструкция сменного диска 16. На торце 34 сменного диска 16, обращенном к приемной части 2 радиусом R1, выполнена сферическая выемка 35 в виде части сферы (менее половины).
Оптимальная величина радиуса R1:
зар,
R1=(1,0…3,0) D
где R1 - радиус выемки 35,
зар
D - диаметр передаточного заряда 9.
2
3
На фиг. 7 приведена более детально конструкция выступающей части 27. Внешняя поверхность выступающей части 27 сформирована конической поверхностью 36 и двумя сферическими поверхностями с радиусами R и R.
В конической втулке 29 после срабатывания кумулятивного заряда образуется внутреннее коническое отверстие 37, имеющее угол конуса у, соответствующий углу конуса конического отверстия 28.
СБОРКА УЗЛА
Сборка узла соединения (фиг. 4) осуществляется следующим образом:выступающая часть 27 устанавливается напротив боковой прорези 18 передающей части 1 и заводится во внутреннюю полость 17 внешней втулки 4 передающей части 1.
Перед установкой передающей части 1 узла в корпус перфоратора 19, точнее во втулку каркаса 20 корпуса перфоратора 19 устанавливают первую втулку 10, внутри которой проходит первый детонирующий шнур 12, на выступающую часть первого детонирующего шнура 12 надевают шайбу 11 с центральным отверстием, равным диаметру первого детонирующего шнура 12, на конце выступающей части первого детонирующего шнура 12 устанавливают первый бустер 13 и фиксируют на этом шнуре. Первый бустер 13 за счет отверстия в первом корпусе 3 устанавливают напротив центра передаточного заряда 9.
Для сборки приемной части 2, во второй центральный канал 26 устанавливают вторую втулку 32, внутри которой проходит второй детонирующий шнур 33, на выступающую часть устанавливают вторую шайбу 30 с центральным отверстием под второй детонирующий шнур 33, на конце выступающей части этого шнура устанавливают второй бустер 31 и фиксируют на этом шнуре. При закручивании приемной части 2 в корпус перфоратора 19 второй бустер 31 доходит до конической втулки 29 (фиг. 1).
Узел соединения и передачи детонации в виде отдельных частей показан на фигурах 1…7.
Приемная часть 2 через боковую прорезь 18 на боковой поверхности внешней втулки 4 вводится внутрь передающий части 1 во внутреннюю полость 17 (фиг. 4).Такая схема соединения, без поворота на 90 градусов, упрощает процесс сборки длинных корпусов перфораторов.
Возможный угол взаимного поворота частей 1 и 2 α составляет 8°…10°. Этого вполне достаточно для установки перфоратора в горизонтальную скважину. Большие углы выполнять нецелесообразно, так как затруднит передачу кумулятивной струи передаточного заряда 9 через центр торца второго бустера 31 (фиг. 5).
Работа узла
3
Работа узла соединения и передачи детонации происходит следующим образом: передающая часть всегда устанавливается со стороны геофизического кабеля (не показано), т.е. сверху, приемная часть снизу. При соединении частей выступающая часть 27 второго корпуса 22 приемной части 2 при вертикальном подъеме перемещается внутри внешней втулки 4 передающей части 1 и прижимается к сферической поверхности R3 внешней втулки 4 (фиг. 8), что в дальнейшем не позволит приемной части 2 выйти из зацепления. Нижняя поверхность выступающей части 27 второго корпуса 22 приемной части 2 так же имеет сферическую поверхность, выполненную радиусом R. Совпадающие сферические поверхности увеличивают поверхность контакта, что приводит к увеличению усилия на разрыв узла соединения. При прохождении детонации по первому детонирующему шнуру 12 срабатывает первый бустер 13 передающей части 1, возбуждая кумулятивный процесс в передаточном заряде 9. Кумулятивная струя пробивает сменный диск 16, далее коническую втулку 28 приемной части 2. Кумулятивная струя независимо от поворота узла соединения (8-10° ) проходит через торцевую поверхность второго бустера 31 (точка A на фиг. 5) приемной части 2 за счет утопания второго бустера 31 во втором центральном канале 26 второго корпуса 22 приемной части 2. Это приводит к стабильному процессу возбуждения детонации во втором бустере 31, далее - во втором детонирующем шнуре 33.
Для повторного использования основных деталей узла меняют сменный диск 16, коническую втулку 29 и все пиротехнические средства.
Применение изобретения позволило:
- обеспечить многоразовое использование основных деталей узла,
- обеспечить надежную передачу детонации,
- упростить конструкцию узла и его сборку,
- повысить надежность срабатывания,
- увеличить угол поворота отдельных элементов узла соединения.