УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ В НЕГЕРМЕТИЧНЫХ ИЗДЕЛИЯХ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к детонирующий устройствам, в частности к детонаторами электрического действия для проведения прострелочно-взрывных работ в скважине при температуре 165-200°. Конкретно данный герметичный электродетонатор может работать в скважинной жидкости при высоких температурах и давлении.
Это устройство предназначено для возбуждения детонации в бескорпусных перфосистемах и в других негерметичных устройствах прострелочно-взрывной аппаратуры (ПВА).
Известен электродетонатор 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 электродетонатор 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 электродетонатор 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 со 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 безопасный электродетонатор по патенту РФ на изобретение №2628360, МПК F42C 19/00, опубл. 16.08.2017 г., прототип.
Этот безопасный электродетонатор для прострелочно-взрывной аппаратуры содержит, установленный в гнезде электроввод, состоящий из двух контактов, соединенных на торце мостиком накаливания, цилиндрический корпус, пусковой и основной заряды и сквозной осевой канал, при этом сквозной осевой канал выполнен трехступенчатым и содержит первую часть канала относительно малого диаметра и вторую часть канала относительно большого диаметра, соединенные коническим участком, сквозной осевой канал заполнен основным зарядом бризантного взрывчатого вещества низкой плотности, и с обеих сторон закрыт липкой лентой, с одного торца корпуса установлена по резьбе и зафиксирована термостойким клеем втулка, имеющая гнездо цилиндрической формы с осевым отверстием, контакты электроввода выполнены в виде центрального и внешнего контактов, разделенных диэлектрической втулкой, полость гнезда заполнена пусковым зарядом бризантного взрывчатого вещества, с другого торца корпуса установлена по резьбе и зафиксирована термостойким клеем вторая крышка, контактирующая с липкой металлизированной лентой.
Недостатки этого устройства:
- низкая герметичность при высоком давлении и температуре,
- сложность конструкции из-за большого числа деталей.
Задача создания полезной модели: обеспечение работоспособности электродетонатора в условиях повышенного давления и температуры, непосредственно в скважине.
Достигнутый технический результат: обеспечение герметичности с помощью элементов конструкции, которые позволяют сохранить целостность конструкции, герметичность и работоспособность при высоких давлениях и высокой температуре скважинной жидкости.
Решение указанной задачи достигнуто в устройстве для возбуждения детонации в негерметичных изделиях прострелочно-взрывной аппаратуры, содержащем корпус, имеющий цилиндрическую поверхность, на которой в верхней и нижней части выполнены две кольцевые проточки для крепления резиновых конических манжет, которые обеспечивают герметичность электродетонатора и крепление детонирующего шнура, имеющий центральный канал, на боковую поверхность которого нанесена зона шероховатости, нижний торец канала имеет разрывную перегородку, в центральный канал засыпан основной заряд бризантного вещества, сверху установлена шайба с центральным отверстием, которое в сторону основного заряда имеет конусный канал, верхний торец шайбы прикрыт алюминиевой фольгой, на которую насыпан термостойкий воспламенительный состав, в гнездо, выполненное "над центральным каналом, установлен электроввод с мостиком из композитного материала, сверху установлены крышка, герметизирующая прокладка, стальная шайба и верхняя коническая резиновая манжета, в которою заранее установлен центральный контакт, в который при установке входит выступающая часть центрального электрода, и который крепится в верхней кольцевой проточке корпуса.
Центральный электроввод может быть выполнен ступенчатой формы и содержит утолщенную часть, в ее нижней части выполнено тупиковое осевое отверстие, снизу в тупиковое осевое отверстие входит выступающая часть центрального электрода, которая имеет в верхней части продольную прорезь.
Основной заряд может состоять из двух зарядов: первого, запрессованного на разрывную перегородку, и второго, расположенного над ним.
3
Вес первой части основного заряда бризантного взрывчатого вещества может составлять 0,45±0,2 г, и он запрессован до плотности 1,3-1,5 г/см.
Вес второй части основного заряда бризантного взрывчатого вещества может составлять 0,35±0,2 г, и он уплотнен так, чтобы высота продукта была ниже верхней кромки центрального канала, относительно корпуса примерно на 0,5 мм.
Крышка может иметь фиксирующее устройство.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг. 1…7, где:
- на фиг. 1 приведена конструкция герметичного электродетонатора,
- на фиг. 2 приведена шайба,
- на фиг. 3 приведен электроввод,
- на фиг. 4 приведена сборка Центральный контакт-электроввод,
- на фиг. 5 приведена верхняя коническая резиновая манжета,
- на фиг. 6 приведена нижняя коническая резиновая манжета,
- на фиг. 7 приведена конструкция крепления ДШ к торцу детонатора с помощью конической резиновой манжеты.
Обозначения, принятые в описании:
корпус 1,
цилиндрическая поверхность 2,
верхняя кольцевая проточка 3,
нижняя кольцевая проточка 4,
верхняя коническая резиновая манжета 5.
нижняя коническая резиновая манжета 6,
центральный канал 7,
зона шероховатости 8,
нижний торец 9,
разрывная перегородка 10,
основной заряд 11,
первая часть 12,
вторая часть 13,
верхняя кромка 14,
гнездо 15,
шайба 16,
центральное отверстие 17,
конусное отверстие 18,
верхняя торцевая поверхность 19,
алюминиевая фольга 20,
термостойкий воспламенительный состав 21,
электроввод 22,
центральный электрод 23,
внешний электрод 24,
изолятор 25,
мостик 26,
крышка 27,
фиксирующее устройство 28,
герметезирующая прокладка из паронита 29,
стальная шайба 30,
центральный контакт 31,
радиальное сквозное отверстие 32,
геофизический кабель 33,
утолщенная часть 34,
тупиковое осевое отверстие 35,
продольная прорезь 36,
корпус манжеты 37,
коническая часть 38,
центральное сквозное отверстие 39,
полость относительно большого диаметра 40,
полость относительно малого диаметра 41,
внутренний кольцевой выступ 42,
детонационный шнур (ДШ) 43.
Устройство для возбуждения детонации в бескорпусных перфораторах и других элементах ПВА (фиг. 1), содержит корпус 1, имеющий цилиндрическую поверхность 2 с двумя кольцевыми проточками: верхней 3 и нижней 4, для крепления конических резиновых манжет: верхней 5 и нижней 6 (фиг. 5-6).
Внутри корпуса 1 проходит центральный канал 7 диаметром 5-5,5 мм, боковая поверхность этого канала имеет зону шероховатости 8, высота выступов шероховатости 0,3-0,5 мм. Это оптимально для создания скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке. При меньших высотах шероховатости не создаются скачки уплотнения, так как она находится в пределах пограничного слоя, а при больших высотах происходят скачки уплотнения, за счет завихрений и перекрывается, кратковременно, центральный канал 7 более чем на 20% площади поперечного сечения, в дальнейшем скачки уплотнения рассасываются и возникают еще несколько скачков уплотнения.
Нижний торец 9 корпуса 1 около центрального канала 7 имеет разрывную перегородку 10. В центральном канале 7 размещен основной заряд 11 бризантного взрывчатого вещества БВВ. Основной заряд 11 состоит из двух частей: первой части 12 основного заряда 11, запрессованной на разрывную перегородку 10, второй части 13 расположена над первой частью 12.
Вес первой части 12 составляет 0,45±0,2 г, она запрессована до плотности 1,3-1,5 г/см3. Выше уложена вторая часть 13 основного заряда 11 бризантного взрывчатого вещества. Его вес составляет 0,35±0,2 г. Вторую часть 13 основного заряда 11 уплотняют, так, чтобы высота продукта была ниже верхней кромки 14 центрального канала 7 относительно корпуса 1, примерно на 0,5 мм, чтобы не было защемления продукта при сборке детонатора. При этом соотношение весов и плотности зарядов обеспечивает наиболее эффективное возбуждения детонации и переход в стационарный режим детонации. Надежность срабатывания составляет 100%.
Над центральным каналом 7 выполнено гнездо 15 в виде полости цилиндрической формы с диаметром большим, чем центральный канал 7.
В гнездо 15 последовательно устанавливаются элементы первичного возбуждения. К элементам первичного возбуждения относятся: шайба 16 с центральным отверстием 17 (фиг. 2) диаметром 1,5-1,8 мм, которое на конце имеет конусное отверстие 18, которое расширяющейся частью направлено в сторону второй части 13 основного заряда 11. На верхнюю торцевую поверхность 19 шайбы 16 наклеивают алюминиевую фольгу 20, затем засыпают термостойкий воспламенительный состав 21 массой 0,13±0,02 г. В гнездо 15 досылают электроввод 22 в сборе (фиг. 3).
Электроввод 22 содержит центральный электрод 23, установленный концентрично ему внешний электрод 24 и изолятор 25 между ними. В нижней части центральный и внешний электроды 23 и 24 соединены мостиком 26. Мостик 26 выполнен из композиционного материала.
Потом накрывают электроввод 22 крышкой 27 с фиксирующим устройством 28, который не позволяет произвести несанкционированную разборку детонатора. После этого крышку 27 совместно с электровводом 22 досылают в корпус 1 до упора. Затем устанавливают герметезирующую прокладку из паронита 29 и стальную шайбу 30. После этого устанавливают верхнюю коническую резиновую манжету 5, в которую, заранее устанавливают, центральный контакт 31, к радиальному сквозному отверстию 32 которого присоединяют геофизический кабель 33. Центральный контакт 31 выполнен ступенчатой формы и содержит утолщенную часть 34, в ее нижней части выполнено тупиковое осевое отверстие 35.
Снизу в тупиковое осевое отверстие 35 входит выступающая часть электроввода 22. Выступающая часть электроввода 22 имеет в верхней части продольную прорезь 36. В исходном состоянии торец выступающей части 26 отстоит на расстоянии h от стальной пластины 40 (фиг. 4).
Верхняя коническая резиновая манжета 5 крепится в верхней кольцевой проточке 3 на корпусе 1.
На фиг. 5 приведена верхняя коническая резиновая манжета 5, а на фиг. 6 - нижняя коническая резиновая манжета 6. Обе конические резиновые манжеты 5 и 6 содержат корпус манжеты 37, коническую часть 38, центральное сквозное отверстие 39, полость относительно большого диаметра 40, полость относительно малого диаметра 41 (только для верхней конической манжеты 5) и внутренний кольцевой выступ 42, предназначенный для фиксации нижней конической резиновой манжеты 6 на корпусе 1.
Снизу к корпусу 1 крепится детонационный шнур 43 (фиг. 7).
Детонационный шнур 43, заранее устанавливают в нижнюю коническую резиновую манжету 6, затем она крепится внутренним кольцевым выступом 42 на нижней кольцевой проточке 4. Детонационный шнур 43 плотно упирается в нижний торец 9 корпуса 1.
Центральный контакт 31 в нижней части имеет утолщенную часть 34 (фиг. 1) с тупиковым осевым отверстием 35, куда входит центральный электрод 23 электроввода 22, поэтому при воздействии высокого давления центральный электрод 23 может перемещаться свободно в тупиковом осевом отверстии 35. Этому способствует и продольная прорезь 36. При этом воздействие на мостик 26 будет минимальным, что не нарушит работоспособность детонатора.
Работа устройства
Центральный провод геофизического кабеля 33 (фиг. 1) вставляют в радиально-сквозное отверстие 32 центрального контакта 31, второй конец геофизического кабеля 33 подключают к врывмашинке на поверхности (взрывмашинка не показана). Детонационный шнур 43 (фиг. 7) подключают к перфосистеме (не показано). Перфостистему опускают в скважину на необходимую глубину.
При подаче сигнала с взрывмашинки происходит срабатывание мостика 26, выполненного из композиционного материала, затем воспламеняется термостойкий воспламенительный состав 21, высокотемпературные газы проступают через центральное отверстие 17 шайбы 16 и далее в центральный канал 7. Происходит сжатие микропор низкоплотного БВВ второй части 13 основного заряда 11, возникают так называемые "горячие точки", которые воспламеняют низкоплотное БВВ второй части 13 основного заряда, развивается высокоскоростное горение, которое усиливается за счет скачков уплотнения и выходит на режим стационарной детонации, происходит разрыв разрывной перегородки 10. Детонирующий импульс передается ДШ 43 (фиг. 7) и далее другим элементам ПВА.
2
Основная задача при разработке данной конструкции устройства было обеспечение герметичности и целостности конструкции элементов электродетонатора. Воздействие на центральный контакт 31, при давлении 80 мПа (800) кг/см, при диаметре ф 4 мм составляет примерно около 76-80 кг. Такое воздействие может привести к нарушению целостности мостика 26 из композиционного материала. Поэтому конструктивно данная проблема была решена следующим образом. Центральный контакт 31 в нижней части имеет утолщенную часть 34 с тупиковым осевым отверстием 35, куда входит центральный электрод 23 электроввода 22, поэтому при воздействии давления на центральный электрод 23 он может перемещаться свободно в тупиковом осевом отверстии 35 и силовое воздействие на мостик 26 будет минимальным, что не нарушит работоспособность детонатора, центральный контакт 31 упирается в стальную шайбу 30, что исключает возможность продавливания герметизирующей прокладки из паронита 29.
Основная герметичность устройства обеспечивается верхней конической резиновой манжетой 5. Чем выше давление окружающей среды, тем плотнее верхняя коническая резиновая манжета уплотняет электроввод 22. Опыт эксплуатации такой конической резиновой манжеты в других устройствах ПВА показал надежность герметизации.
Применение полезной модели позволило:
- обеспечить полную герметичность устройства при температуре от 165 до 200°С и давлении до 80-100 МПа, за счет применения конических резиновых манжет - и, как результат, обеспечить надежность срабатывания электродетонатора,
- обеспечить безопасность работ за счет исключения возможности несанкционированного срабатывания перфосистемы от наводок электрического тока от статического электричества и электромагнитного излучения за счет отсутствия в устройстве проводов.