Кумулятивный заряд

КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД
Полезная модель относится к области взрывных средств и может быть использована в перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтегазовой промышленности, а также в горнорудной промышленности, строительстве, металлургическом производстве.
В настоящее время в эксплуатации находится целый ряд перфораторов, предназначенных для вскрытия обсаженных скважин. Действие кумулятивных перфораторов всех типов основано на способности кумулятивной струи, образуемой при детонировании заряда взрывчатого вепдества (ВВ) с облицованной выемкой, пробивать отверстия или каналы в различных преградах.
Общим элементом для всех перфораторов является кумулятивный заряд, в котором используется так называемый кумулятивный эффект, давший название всему семейству перфораторов.
Конструкция заряда кумулятивных перфораторов подчинена требованиям высокого пробивного действия при малых габаритных размерах и массе ВВ. Размеры зарядов ограничены стенками корпуса перфоратора или индивидуальных оболочек и величиной минимально допустимого зазора между перфоратором и стенками обсадной колонны. Масса ВВ должна быть минимальной для того, чтобы уменьшить вредное воздействие взрыва на обсадную колонну.
Оболочка заряда, ограничивающая ВВ, препятствует разлету продуктов детонации, повышает эффективность кумулятивного заряда, увеличивая размеры пробиваемого канала. Для этого желательно, чтобы материал оболочки имел большую плотность и малую сжимаемость.
Для достижения высокой эффективности кумулятивного заряда необходимо обеспечить осевую симметрию всех деталей и сборки заряда, отсутствие зазоров между облицовкой и выемкой в шашке ВВ, осесимметричное и полное инициирование (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник / Под редакцией Л.Я. Фридляндера, М.: Недра, 1990. С. 20-30).
Недостатком зарядов кумулятивных перфораторов отечественного производства является неполное использование энергии взрывчатки, что приводит к уменьшению глубины пробивания преграды и увеличению вредного воздействия перфоратора на обсадную колонну.
Известно устройство - заряд для дробления негабаритов, содержаш,ий шашку ВВ с кумулятивной выемкой полусферической формы, металлическую облицовку выемки, узел инициирования (см. авт. свид. СССР № 189370, МПК F 42 В 1/02, 1967).
Недостатком известного устройства является то, что заряд с выемкой полусферической формы имеет низкую эффективность действия по металлическим объектам и повышенные требования к симметричности инициирования.
Известен также кумулятивный заряд, состоящий из корпуса, шашки взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, узла инициирования, металлической облицовки кумулятивной выемки, очень точно отцентрированной на одной оси симметрии с узлом инициирования. Облицовка имеет форму части поверхности параболоида или гиперболоида вращения и равномерную толщину (см. Европейский патент N 0150241 от 12.09.1984, МПК F 42 В 1/02).
Недостатком известного устройства является повыщенные требования к симметричности инициирования, а также то, что ударное воздействие на объект, обусловленное формой ударной массы, локализуется на небольшой площади. Это снижает эффективность дробления негабаритов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является кумулятивный заряд, содержащий корпус, размещенный в нем заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, образованной конической поверхностью, блок инициирования, установленный на торцевой стенке корпуса, и кумулятивную облицовку (см. патент RU № 2065933, МПК Е21 В 43/116, 1996).
Недостатком известного кумулятивного заряда является неоптимальная форма кумулятивной облицовки, что не позволяет образовывать кумулятивную струю со сверхзвуковой скоростью проникания в преграду.
Задачей заявленной полезной модели является создание кумулятивного заряда повышенной пробивной способности за счет увеличения эффективной длины кумулятивной струи.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной полезной модели, является повышение гидродинамического качества пробиваемого канала - увеличение глубины, равномерности диаметра и отсутствие песта.
Этот результат достигается за счет того, что в кумулятивном заряде, содержащем корпус, размещенный в нем заряд взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, образованной конической поверхностью, блок инициирования, установленный на торцевой стенке корпуса, и кумулятивную облицовку, образующая внутренней поверхности кумулятивной облицовки изменяется по закону:
YBH  AIXBH+BI,
,3 ± 0,23 мм;
,35 ±0,335 мм;
XBH - координата по оси, перпендикулярной оси симметрии кумулятивной
облицовки, изменяется в пределах от 3,4 до 18,2 мм;
a образующая наружной поверхности кумулятивной облицовки изменяется по закону:
(Хн - Аг) + (YH - В2)  R где:
АЗ 237,83 ±23,7 мм; Вг 86,13 ±8,6 мм; R  250 ±25 мм;
XH - координата по оси, перпендикулярной оси симметрии кумулятивной облицовки, изменяется в пределах от 4,2 до 19,5 мм; YH - координата по оси симметрии кумулятивной облицовки.
Диаметр пробоины, как показывают теоретические и экспериментальные исследования, в первую очередь зависит при равных параметрах облицовки от формы заряда. Увеличение толщины слоя заряда ВВ, обжимающего облицовку, способствует увеличению скорости кумулятивной струи и диаметра пробиваемого отверстия.
Выполнение внутренней и наружной поверхностей кумулятивной облицовки по заявленным закономерностям позволяет получить кумулятивную облицовку с переменной толщиной стенок, при этом удается несколько увеличить толщину слоя заряда ВВ, не изменяя конструктивно параметры кумулятивного заряда. Это способствует получению качественной кумулятивной струи и пробиваемого ею перфорационного канала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлен в разрезе общий вид кумулятивного заряда; на фиг. 2 схематично изображена облицовка.
Кумулятивный заряд содержит корпус 1, заряд взрывчатого вещества 2 с кумулятивной выемкой 3, образованной конической поверхностью, блок инициирования 4, установленный на торцевой стенки корпуса 1, и кумулятивную облицовку 5. Образующая внутренней поверхности 6 кумулятивной облицовки 5 изменяется по закону:
,3 ± 0,23 MM;
,35 ±0,335 MM;
XBH - координата no оси, перпендикулярной оси симметрии кумулятивной
облицовки, изменяется в пределах от 3,4 до 18,2 мм;
YBH - координата по оси симметрии кумулятивной облицовки.
Образующая наружной поверхности кумулятивной облицовки 5 изменяется по закону:
(х„ - АЗ) + (YH - В2)  R
АЗ 237,83 ±23,7 мм;
В2  86,13 ±8,6 мм;
R  250 ±25 мм;
Х„ - координата по оси, перпендикулярной оси симметрии кумулятивной
облицовки, изменяется в пределах от 4,2 до 19,5 мм;
YH - координата по оси симметрии кумулятивной облицовки.
Кумулятивный заряд работает следующим образом. При взрыве блока инициирования 4, по взрывчатому веществу 2 распространяется детонационная волна, при воздействии которой на облицовку 5 начинается обжатие и деформация последней с образованием компактного металлического тела ядра продолговатой формы. Под воздействием детонационной волны и продуктов взрыва это ядро начинает двигаться, приобретая практически мгновенно высокую скорость, и ударяет по разрущаемому объекту. При этом в зоне удара на объем активно действуют и продукты взрыва, усиливая разрушающую способность взрывного устройства.
YBH - AIXBH+BI,
обеспечивающими сверхзвуковой режим проникания струи в преграду. Такой режим проникания гарантирует взаимодействие кумулятивной струи с преградой, что увеличивает величину пробития.
Как следует из вышеизложенного, технический результат, т.е. повышение гидродинамического качества пробиваемых перфорационных каналов, обеспечивается только при взаимосвязанности выполнения всех существенных признаков заявленного кумулятивного заряда.
Испытания предлагаемых кумулятивных зарядов, изготовленных с заявленными конструкционными особенностями, показали, что заряды позволяют направлять всю энергию взрыва на пробитие канала, минимизируя фугасное воздействие на скважину, за счет чего глубина получаемых перфорационных каналов увеличивается на 40-50% по сравнению с существующими зарядами.
Пестообразование из материала наружного слоя облицовки и, соответственно, ухудшение качества пробиваемого канала в данном случае исключается.