ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ ДЛЯ КУМУЛЯТИВНЫХ ПЕРФОРАТОРОВ
PLANE WAVE EXPLOSIVE GENERATOR FOR CUMULATIVE PERFORATORS

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано в кумулятивных перфораторах, применяемых для перфорации нефтяных и газовых скважин.
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.
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.
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.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности кумулятивных зарядов с линзами.
Технический результат заключается в формировании детонационной волны с плоским фронтом линзой, разрушаемой после формирования ею плоской волны.
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%.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его условию «новизна».
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».
На фиг.1 изображено устройство взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов.
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%.
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.
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.
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.
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.
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.
Предлагаемое устройство управления детонационным фронтом прошло экспериментальную проверку и доступно для методов вычислительного эксперимента.
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.