ДЕТОНАТОР ДЛЯ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к детонирующим устройствам, срабатывающим при электрическом воздействии, для обеспечения детонации в кумулятивных перфораторах при температурах 165-200°С.
Известен детонатор по патенту РФ на изобретение №2315027, МПК F42C 19/12, опубл. 20.01.2008 г.
Этот термостойкий электродетонатор состоит из трубки, содержащей снаряженный взрывчатым веществом колпачок, и электровоспламенителя, зафиксированного в трубке методом обжимки ее дульца. Электровоспламенитель выполнен из воспламенительного состава, содержащего перхлорат калия, пикрат калия, полифенилсилоксановую смолу и полибутилметакрилатную смолу.
Недостатки: не предусмотрено дополнительных мер по герметизации зарядов и средств усиления детонационного импульса.
Известен детонатор по патенту РФ на изобретение №2150671, МПК F42C 19/12, опубл. 10.06.2000 г.
Это изобретение относится к области боеприпасов, взрывных работ, а именно к мостиковым детонаторам, например, к электродетонаторам, безопасным в силу отсутствия в их составе инициирующего взрывчатого вещества. В гильзе электродетонатора размещен усилительный заряд и инициатор, в котором имеется колпачок с частью вторичного взрывчатого вещества около мостика накаливания. Другая часть вторичного взрывчатого вещества заключена в тонкостенную гильзу инициатора, за донышком которой расположена шайба с центральным отверстием.
Недостатки: не предусмотрено дополнительных мер по герметизации зарядов, наличие электрических проводов для подвода электричества к мостику накаливания.
Известен детонатор по патенту РФ на изобретение №2046276, МПК F42B 3/12, опубл. 20.10.1995 г.
Этот электродетонатор содержит размещенные в корпусе электровоспламенитель, заряд вторичного взрывчатого вещества малой плотности, установленный во втулке, и заряд вторичного взрывчатого вещества высокой плотности, вводят дополнительные втулки с взрывчатым веществом малой плотности, выполненные в виде сопла и направленные по оси друг за другом в направлении в сторону взрывчатого вещества высокой плотности.
Недостатки:
- длинный канал в корпусе, в который запрессовано в несколько приемов бризантное взрывчатое вещество различной плотности,
- наличие нескольких сопел, что усложняет конструкцию,
- усложняется процесс сборки и требуется сложный технологический инструмент,
- не предусмотрено мер по обеспечению герметизации внутренней полости с бризантным взрывчатым веществом, особенно при высоких давлении и температуре,
- наличие токоведущих проводов, приводящих к наводкам ЭДС и несанкционированному срабатыванию,
- необходимость протягивания провода через всю перфорационную систему.
Известен детонатор по патенту РФ на изобретение №166695, МПК F42C 19/00, опубл. 10.12.2016 г., прототип.
Этот детонатор содержит корпус с крышкой, установленный в корпусе электроввод, состоящий из двух контактов, соединенных на торце мостиком накаливания, пусковой и основной заряды и сквозной осевой канал, при этом сквозной осевой канал выполнен трехступенчатым и содержит первую часть относительно малого диаметра и вторую часть относительно большого диаметра, соединенные коническим участком, сквозной осевой канал заполнен основным зарядом бризантного взрывчатого вещества низкой плотности.
Недостатки: сложность сборки, отсутствие унификации деталей электродетонаторов различных размеров и отсутствие унификации электродетонатора с детонатором ударного действия.
Задачи создания полезной модели: упрощение сборки детонатора и обеспечение его унификации.
Достигнутые технические результаты: упрощение сборки детонатора и обеспечение его унификации.
Решение указанных задач достигнуто в детонаторе для прострелочно-взрывной аппаратуры, содержащем корпус с крышкой, установленное в гнезде корпуса инициирующее устройство, пусковой и основной заряды и сквозной осевой канал, при этом сквозной осевой канал выполнен трехступенчатым и содержит первую часть малого диаметра и вторую часть большого диаметра, соединенные коническим участком, сквозной осевой канал заполнен основным зарядом бризантного взрывчатого вещества низкой плотности, тем, что сквозной осевой канал выполнен в разгонном блоке, который установлен в корпусе, а между торцом разгонного блока и крышкой установлена шайба.
В качестве инициирующего устройства может быть применен боек.
В качестве инициирующего устройства может быть применен электроввод с мостиком накаливания. Мостик накаливания может быть выполнен с электрическим сопротивлением 25…50 Ом.
Соотношение площадей поперечного сечения второй части большого диаметра и первой части малого диаметра может быть выполнено в диапазоне от 2-х до 4-х. В состав основного заряда бризантного взрывчатого вещества может быть введено от 0,2% до 0,5% сенсибилизатора в виде микросфер.
В качестве сенсибилизатора могут быть использованы алюмосиликатные полые микросферы.
Алюмосиликатные полые микросферы могут иметь наружный диаметр от 10 до 100 мкм.
В качестве пускового заряда может быть применено мелкодисперсное бризантное взрывчатое вещество.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах (фиг. 1…6), где:
- на фиг. 1 приведен детонатор,
- на фиг. 2 приведен ударный детонатор,
- на фиг. 3 изображен электродетонатор,
- на фиг. 4 изображен разгонный блок,
- на фиг. 5 изображена шайба,
- на фиг. 6 изображен электроввод с мостиком накаливания.
Детонатор для прострелочно-взрывных работ (фиг. 1), в дальнейшем - детонатор, содержит корпус 1, внутри которого установлен разгонный блок 2, содержащий сквозной осевой канал 3. Сквозной осевой канал 3 заполнен основным зарядом 4 бризантного взрывчатого вещества. В состав основного заряда 4 бризантного взрывчатого вещества может быть введено от 0,2% до 0,5% сенсибилизатора в виде микросфер. Предпочтительно в качестве сенсибилизатора использовать алюмосиликатные полые микросферы.
3
Алюмосиликатные полые микросферы - стеклокристаллические алюмосиликатные шарики, которые образуются при высокотемпературном факельном сжигании угля. Являются самыми ценными компонентами зольных отходов тепловых электростанций. Представляют собой полые, почти идеальной формы силикатные шарики с гладкой поверхностью, диаметром от 10 до нескольких сотен микрометров, в среднем около 100 мкм. Они имеют сплошные непористые стенки с толщиной от 2 до 10 мкм, температура плавления 1400-1500°С, плотность 580-690 кг/м.
Обычно в качестве сенсибилизатора используют сенсибилизатор, в частности кварцевый песок или толченое стекло. Сенсибилизатор повышает чувствительность бризантного взрывчатого вещества к детонации, т.е. он предназначен, чтобы возбудить процесс горения. Микросферы имеют большую поверхность при малом объеме, поэтому более эффективны.
Доказательство оптимальности заявленного диапазона процентного состава сенсибилизатора приведено в табл.1.
Из табл. 1 видно, что при процентном соотношении сенсибилизатора менее 0,5% и более 2,5% он не эффективен и не обеспечивает 100 процентное срабатывание детонатора.
Сквозной осевой канал 3 состоит из первой части 5 относительно малого диаметра и второй части 6 относительно большого диаметра, соединенных коническим участком 7 (фиг. 2).
Корпус 1 выполнен цилиндрическим, материал корпуса 1 - сталь. Разгонный блок 2 может быть выполнен металлическим.
Для обеспечения сверхзвукового истечения продуктов сгорания соотношение площадей поперечных сечений частей 6 и 5 должно быть выполнено в диапазоне:
S2: S1=2,0-4,0.
На корпусе 1 выполнена резьба 8 для обеспечения сборки детонатора с крышкой 9. Между разгонным блоком 2 и крышкой 9 в полости 10 установлено инициирующее устройство 11. Под инициирующим устройством 11 установлена шайба 12, которая имеет осевое отверстие 13 и выходную фаску 14.
Осевое отверстие 13 выполнено диаметром 1,5-1,8 мм.
С торца шайбы 12, противоположного выходной фаске 14, установлен первый лист фольги 15, над которым размещено инициирующее устройство 11. Между шайбой 12 и разгонным блоком 2 установлен второй лист фольги 16, а со стороны другого торца разгонного блока 2 - третий лист фольги 17.
На торцовой стенке 18 крышки 9 выполнено центральное отверстие 19.
На фиг. 2 приведен детонатор ударного действия, в котором в качестве основы инициирующего устройства 11 использован боек 20, установленный во втулке 21. Инициирующее устройство 11, кроме того, содержит пусковой заряд 22, размещенный между бойком 20 и первым листом фольги 15. Пусковой заряд 22 целесообразно выполнить из мелкодисперсного бризантного взрывчатого вещества.
В зависимости от степени дисперсности (измельченности) различные материалы классифицируют на:
(1) Грубодисперсные, размеры частиц ≥10 мкм;
(2) Мелкодисперсные или микродисперсные, размеры частиц от 0.1 до 10 мкм;
(3) Нанодисперсные размеры частиц, размеры частиц ≤100 нм.
Нанодисперсные частицы, возможно, будут более эффективны, но их производство будет значительно дороже, чем применение мелкодисперсных частиц размером от 0,1 до 10 мкм.
Центральное отверстие 19 залито слоем термостойкого лака 23.
На фиг. 3 приведен электродетонатор, в котором в качестве основы инициирующего устройства 11 применен электроввод 24 электродетонатора. Электроввод 24 (фиг. 6) содержит центральный электрод 25 и боковой электрод 26, выполненный концентрично центральному электроду 25. Центральный и боковой электроды 25 и 26 разделены изолятором 27, имеющим форму трубки. Центральный электрод 25 и боковой электрод 26 соединены мостиком накаливания 28.
Мостик накаливания 28 выполнен из инертного материала, проводящего электрический ток с высоким удельным электрическим сопротивлением, и имеет сопротивление 25…50 Ом.
Это позволяет увеличить безопасный ток до 0,3 А и тем самым повысить безопасность срабатывания детонатора от электронаводок.
На фиг. 4 приведен разгонный блок 2, а на фиг. 5 - шайба 12.
СБОРКА ДЕТОНАТОРА
Для детонатора ударного действия
В корпус 1 устанавливают предварительно собранный разгонный блок 2 (фиг. 2), заполненный основным зарядом 4 бризантного взрывчатого вещества и закрытый вторым и третьим листами фольги 16 и 17 (фольга - с липким слоем). Потом устанавливают шайбу 12, на нее укладывают первый лист фольги 15. Засыпают пусковой заряд 22 и устанавливают втулку 21, а в нее - боек 20. По резьбе 8 на корпус 1 заворачивают крышку 9. Центральное отверстие 19 и торец бойка 20 заливают слоем термостойкого лака 23 (фиг. 2).
Для электродетонатора
В корпус 1 устанавливают предварительно собранный разгонный блок 2 (фиг. 3), заполненный основным зарядом 4 бризантного взрывчатого вещества и закрытый вторым и третьим листами фольги 16 и 17. Потом устанавливают шайбу 12, на нее укладывают первый лист фольги 15. Засыпают пусковой заряд 22. Устанавливают электроввод 24 с мостиком накаливания 28. По резьбе 8 на корпус 1 заворачивают крышку 9.
РАБОТА ДЕТОНАТОРА
Перфоратор, оборудованный детонатором, опускают в скважину на насосно-компрессорных трубах - НКТ или на геофизическом кабеле. При срабатывании инициирующей головки срабатывает инициирующее устройство 11 (фиг. 1), возбуждая детонацию по взрывной цепи перфоратора, который спускается на НКТ или геофизическом кабеле (не показано).
Для детонатора ударного действия
При использовании детонатора ударного действия (фиг. 2) боек 20, воздействуя на пусковой заряд 22, вызывает его высокоскоростное горение. Прорвав первый лист фольги 15, высокоскоростная струя газов проходит в центральное отверстие 13 шайбы 12 и далее прорывает второй лист фольги 16 и выходит в сквозной осевой канал 3 разгонного блока 2.
Для электродетонатора
Если используют электродетонатор (фиг. 3), то подают электрический сигнал с взрывмашинки (не показано) через электроввод 24 на мостик накаливания 28 с электрическим сопротивлением 25…50 Ом. При срабатывании пускового заряда 22 срабатывает электродетонатор, возбуждая детонацию по взрывной цепи перфоратора, который спускается на геофизическом кабеле (не показано).
Подается электрическое напряжения на инициирующее устройство 11 на электроввод 24, точнее на центральный электрод 25. Нагревается мостик накаливания 28 и происходит высокоскоростное сжатие пускового заряда 22, выполненного из мелкодисперсного бризантного взрывчатого вещества, вызывая высокоскоростное горение.
Продукты сгорания в обеих вариантах через осевое отверстие 13 шайбы 12, прорвав первый лист фольги 15 (фиг. 2 и 3), проникают в сквозной осевой канал 3 и воспламеняют основной заряд 4 бризантного взрывчатого вещества. Продукты сгорания, проходя первый участок 5 относительно малого диаметра цилиндрического корпуса 1, создают пульсирующие скачки уплотнения.
Выброс продуктов горения через отверстие малого диметра в канал большого диаметра чаще всего приводит к срыву процесса за счет снижения давления, вызывая низкоскоростное горение, и перехода в стационарный режим не происходит, при этом чашка, закрывающая донную часть (в прототипе), выбрасывает часть продукта, расположенного в сквозном осевом канале. В предложенном детонаторе этого не происходит.
Сквозной осевой канал 3 в предложенном детонаторе состоит из первой части 5 относительно малого диаметра и второй части 6 относительно большого диаметра, соединенных коническим участком 7 (фиг. 4).
Первая часть 5 сквозного осевого канала 3 выполняет роль разгонного участка, на выходе которого формируется достаточно мощный инициирующий ударный импульс, что приводит во второй части 6 относительно большого диаметра к переходу в стационарный режим и детонации.
2
1
Для этого соотношение площадей поперечных сечений второй части 6 - S и первой части 5 - S (фиг. 4) выполнено в диапазоне:
2
1
S: S=2,0-4,0.
Это позволяет получить скорости истечения продуктов сгорания М=1,2-2,0 (где М - число Маха).
Первая часть 5 имеет шероховатую поверхность и при прохождении по нему высокоскоростной струи возникают так называемые скачки уплотнения, которые кратковременно перекрывают канал, вызывая пульсацию по длине канала, что, в свою очередь, приводит к увеличению давления и температуры в канале. Возникает достаточный ударный импульс, который устойчиво проходит конический участок 7 сквозного осевого канала 3 и во второй части 6 относительно большего диаметра происходит возбуждение детонации и переход в стационарный режим, и детонационный импульс от ударного детонатора передается к установленному соосно устройству передачи детонации (УПД не показано). От УПД детонация передается детонирующему шнуру (не показан), далее последовательно расположенным кумулятивным зарядам (не показаны).
Применение полезной модели позволило:
- упростить сборку детонатора и перфоратора и ускорить подготовительные работы на буровой по подготовке к перфорированию скважины в районе продуктивного пласта,
- обеспечить унификацию деталей электродетонатора и детонатора ударного действия за счет посадочных размеров и применения для них одинаковых деталей кроме инициатора,
- обеспечить работоспособность детонатора при температуре в скважине 165…200°С,
- исключить повреждение корпусных деталей перфорационных систем и сделать возможным их многократное применение,
- обеспечить герметичность заряда взрывчатого вещества при любых условиях, в т.ч. при длительной транспортировке и воздействии вибраций,
- инициализировать более мощную ударную волну за счет применения сенсибилизатора и применения шероховатости в сквозном осевом канале для формирования скачков уплотнения сверхзвуковой струи,
- обеспечить безопасность работ за счет исключения влияния наводок электрического сигнала в проводах (они в детонаторе отсутствуют), создания цепи управления детонатором только на определенной глубине в скважине и размыкания этой цепи при подъеме перфоратора и исключить воздействие статического электричества за счет правильного выбора электрического сопротивления мостика 25…50 Ом в электродетонаторе,
- позволило транспортировать детонаторы для прострелочно-взрывной аппаратуры вместе с этой аппаратурой за счет отсутствия инициирующего вещества,
- сократить время сборки перфорационных систем, в которые происходит установка детонатора, за счет отсутствия необходимости протягивания провода через всю перфорационную систему,
- расширить арсенал средств определенного назначения, т.е. детонаторов для скважинных перфораторов,
- получить экономию цветного металла - меди за счет отсутствия в предложенном детонаторе проводов.