Кумулятивный перфоратор

 

Кумулятивный перфоратор, содержащий каркас, средства взрывания и кумулятивные заряды, включающие шашку взрывчатого вещества, с цилиндрической частью у основания кумулятивной выемки, облицовку и промежуточный детонатор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности перфоратора путем увеличения пробивной способности заряда, повышения надежности его работы и упрощения снаряжения перфоратора, он снабжен размещенной на цилиндрической части шашки взрывчатого вещества металлической втулкой, контактирующей с облицовкой у ее основания.

2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что толщина и высота металлической втулки связаны с диаметром облицовки и высотой цилиндрической части заряда следующими соотношениями: δ/D = 0,02-0,04 h/H = 0,75 - 1,3, где δ - толщина металлической втулки, мм; D - диаметр облицовки, мм; h - высота металлической втулки, мм; H - высота цилиндрической части кумулятивной шашки, мм. Изобретение относится к нефтегазодобыче, конкретно к средствам вторичного вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах. Целью изобретения является повышение эффективности перфоратора путем увеличения пробивной способности заряда, повышение надежности его работы и упрощение снаряжения перфоратора. Заряд без металлической цельной оболочки дает возможность увеличить пробивную способность перфоратора до уровня, свойственного кумулятивным зарядам с дорогостоящей и снижающей долговечность корпуса металлической оболочкой, в которую запрессован заряд. Это позволяет обеспечить стабильность фиксации заряда в перфораторе, что повышает надежность последнего и упрощает снаряжение. Кроме того, это позволяет повысить технологичность заряда путем исключения ряда трудоемких и плохо поддающихся механизации операций по сборке заряда в процессе его фабрикации. Как показали исследования, наибольшая пробивная способность и наименьшее поражение корпуса (наибольшая его долговечность) при заданном наружном диаметре втулки достигаются при отношении толщины металлической (обычно алюминиевой) втулки к диаметру облицовки в пределах δ/D=0,02-0,04 и отношении высоты алюминиевого кольца h и высоте Н цилиндрического участка шашки, равном 0,75 1,3; при этом цилиндрическое кольцо выступает над кумулятивной шашкой. Оптимальность этих соотношений, найденных экспериментально, объясняется следующим образом. При толщине цилиндрического кольца ниже δ/D=0,02 ее масса и прочность оказываются недостаточными для создания препятствия бесполезному разлету продуктов взрыва в сторону и обеспечения подпоpа давления, дополнительно разгоняющего облицовки. Утолщение втулки δ/D=0,04 с одной стороны ведет к уменьшению диаметра и массы облицовки (так как наружный диаметр втулки определяется диаметром перфоратора, и он является постоянным), что снижает пробивную способность, а с другой стороны ведет к образованию больших осколков, которые увеличивают поражение корпуса перфоратора и снижают его долговечность. Кроме того, при δ/D=0,04 на границе раздела втулка-шашка наблюдается резкий скачок давления, что приводит к скачку скорости схлопывания приграничных участков облицовки, а это нарушает стабильность струи (из-за резкого скачка в градиенте скорости по струе) и ведет к снижению ее эффективности. Выступание втулки над кумулятивной шашкой (облицовкой) позволяет создать зону повышенного давления над облицовкой при схлопывании и обеспечить дополнительный разгон ее хвостовых частей. А оптимальность отношения h/H=0,75 1,3 определяется тем, что высота втулки ниже 0,75 высоты цилиндрической части шашки (т.е. при оголении цилиндрической части шашки) не обеспечивает достаточного подпора давления продуктов взрыва, что приводит к снижению эффективности, а увеличение отношения сверх 1,3 приводит к уменьшению долговечности корпуса перфоратора из-за увеличения скорости разлета оболочек или к образованию крупных осколков, которые тоже увеличивают поражение корпуса перфоратора или приводят к засорению пробитого канала в случае вылетания осколков за кумулятивной струей. Эксперименты показали, что наилучшие результаты достигаются на кумулятивных зарядах, у которых отношение высоты металлической втулки h к диаметру облицовки D составляет h/D 0,2 0,45. Уменьшение этого отношения ниже указанной величины ведет к уменьшению пробивной способности и ненадежности фиксации заряда, а увеличение (с ним увеличивается и высота цилиндрической части шашки) к снижению долговечности корпуса (каркаса) перфоратора из-за увеличения фугасного воздействия продуктов взрыва. На фиг.1 изображен кумулятивный перфоратор; на фиг.2 кумулятивный заряд в разрезе. Кумулятивный перфоратор включает каркас (корпус) 1,средства взрывания (детонирующий шнур) 2, кумулятивные заряды 3 и 4, уплотнение. Кумулятивный заряд включает шашку взрывчатого вещества 5 с цилиндрической частью 6 у основания кумулятивной выемки 7, покрытой облицовкой 8, промежуточный детектор 9 и корпус 10. На цилиндрической части шашки размещена металлическая втулка 11, в которую запрессована облицовка 8, контактирующая с втулкой по цилиндрической поверхности. Высота h втулки 11 составляет 0,75 1,3 Н цилиндрической части 6 шашки, а толщина ее δ 0,02 0,04 диаметра D облицовки. На втулку 11 сажают крепежную деталь 12, которая фиксирует заряд против утоненной части герметичного корпуса 1 перфоратора. Наличие втулки позволяет фиксировать заряд в определенном положении относительно корпуса, а также соосно (симметрично) размещать кумулятивную облицовку в шашке взрывчатого вещества, что чрезвычайно важно для обеспечения высокой пробивной способности перфоратора. Перфоратор работает следующим образом. При подаче импульса с дневной поверхности на спущенный в скважину перфоратор взрывается детонирующий шнур 2, который передает детонацию на кумулятивные заряды 3. Под действием давления продуктов взрыва кумулятивная облицовка схлопывается и генерирует высокоскоростную металлическую струю, пробивающую каналы в обсадной колонне скважины и продуктивном пласте. Через эти каналы впоследствии нефть или газ поступает в колонну, а затем на дневную поверхность. Продукты взрыва, сминающие облицовку, разлетаются в стороны и деформируют корпус. Металлическая втулка 11 сдерживает разлет продуктов взрыва и таким образом увеличивает время действия высокого давления на облицовку, т. е. увеличивает энергию, переходящую в облицовку, а затем в кумулятивную струю. Этому же способствует выступание втулки над облицовкой 13 при перемещении облицовки (при схлопывании вперед) не сразу открывается проход для продуктов взрыва, которые оказываются вынужденными продолжать разгонять облицовку, увеличивая ее кинетическую энергию.

Формула изобретения

Кумулятивный перфоратор, содержащий каркас, средства взрывания и кумулятивные заряды, включающие шашку взрывчатого вещества, с цилиндрической частью у основания кумулятивной выемки, облицовку и промежуточный детонатор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности перфоратора путем увеличения пробивной способности заряда, повышения надежности его работы и упрощения снаряжения перфоратора, он снабжен размещенной на цилиндрической части шашки взрывчатого вещества металлической втулкой, контактирующей с облицовкой у ее основания. 2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что толщина и высота металлической втулки связаны с диаметром облицовки и высотой цилиндрической части заряда следующими соотношениями: δ/D=0,02...0,4 h/H 0,75 1,3,
где δ толщина металлической втулки, мм;
D диаметр облицовки, мм;
h высота металлической втулки, мм;
H высота цилиндрической части кумулятивной шашки, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---