Кумулятивный заряд

Кумулятивный заряд

Реферат

Техническое решение относится к прострелочно-взрывным работам, а точнее к кумулятивным зарядам перфораторов с облицованной кумулятивной выемкой, применяемым для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах.

Известен кумулятивный заряд перфоратора, содержащий корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества (ВВ), имеющей кумулятивную выемку, покрытую металлической облицовкой (См. а.с. СССР №1753749, бюлл. №32,1996, МПК 6 Е21В 43/117).

Известен также кумулятивный заряд перфоратора со стеклянной оболочкой ПКС, состоящий из взрывчатого вещества, например флегматизированного гексогена, с конической полостью, которая для усиления действия струи облицована металлом (См. Ловля С.А., Каплан Б.П. и др. Взрывное дело. М.: Недра, 1976, стр.235, рис.105б).

Недостатком известных кумулятивных зарядов является снижение глубины пробития перфорационного канала из-за гашения скорости кумулятивной струи в плотных и чередующихся породах вследствие недостаточной плотности и соответственно недостаточной взрывной мощности профилированной шашки ВВ.

Из известных кумулятивных зарядов наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является кумулятивный заряд для перфорации скважин (См. Григорян Н.Г., Пометун Д.Е. и др. Прострелочные и взрывные работы в скважинах. М.: Недра, 1972, стр.81, рис.40б; стр.82, табл. 19; стр.83).

Этот кумулятивный заряд содержит металлическую оболочку (корпус), прессованную шашку взрывчатого вещества, имеющую кумулятивную выемку с металлической облицовкой и промежуточный детонатор, установленный напротив вершины кумулятивной выемки.

Основную шашку кумулятивного заряда изготавливают путем прессования из высокобризантных ВВ, например, таких как гексоген с пластификатором (плотность основной шашки не менее 1,6 г/см³), октоген с пластификатором (плотность основной шашки не менее 1,7 г/см³ ) и т.п. Наиболее широко для этих целей используют октоген пластифицированный - состав ОМА ТУ 84-760-78. Этот состав для изготовления зарядов методом прессования представляет собой взрывчатую композицию на основе октогена, полимерного связующего и флегматизатора со следующим соотношением компонентов, мас.%: октоген - 97,5^+0,8 _-0,7, полиметилакрилат - 1,2±0,4, оксизин - 0,8±0,2, графит и нерастворимые в ацетоне вещества - 0,5^+0,1 _-0,2.

Средняя плотность прессованной шашки из материала ОМА составляет 1,815...1,835 г/см³ при разноплотности в поперечных сечениях шашки не более 0,02 г/см³. Скорость детонации - до 7800 м/сек. Тротиловый эквивалент - 1,18.

Недостатком данного кумулятивного заряда является недостаточная плотность и скорость детонации основной шашки взрывчатого вещества, что не обеспечивает получения максимально возможной глубины пробиваемого канала.

Другим недостатком известного кумулятивного заряда является высокая стоимость материала ОМА ТУ 84-760-78, используемого для прессования шашки.

Задачей предложенного технического решения является увеличение глубины пробития канала за счет повышения плотности и скорости детонации основной шашки кумулятивного заряда без изменения его геометрических размеров, а также снижение стоимости изготовления заряда.

Поставленная задача решается за счет использования кумулятивного заряда, содержащего корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой, где для изготовления шашки использованы смесевые высокобризантные взрывчатые вещества повторного использования на основе октогена - вещества взрывчатые утилизированные (ВВУ) АОТУ 476: ОТК-90У, ОФА-6У, ОФА-8У.

Это обусловлено тем, что пробивная способность кумулятивного заряда зависит от плотности шашки взрывчатого вещества, при этом с увеличением плотности растет и скорость детонации ВВ. За счет увеличения плотности основной шашки формируется детонационный фронт с повышенным импульсом давления на поверхность метаемой кумулятивной облицовки, что обеспечивает увеличение энергии и скорости кумулятивной струи, а следовательно, и увеличение пробивной способности заряда. Поэтому шашка кумулятивного заряда должна иметь максимально возможную плотность, которую можно достичь прессованием.

Указанная задача достигается тем, что для формирования более плотной (по сравнению с прототипом) профилированной шашки и обеспечения равномерной плотности по всему объему шашки, а именно в поперечных сечениях (что необходимо для формирования устойчивой кумулятивной струи с прямолинейной траекторией), использовано взрывчатое вещество, утилизированное с размерами гранул от 1 до 5 мм при следующем соотношении размеров частиц, мас.%:

гранулы от 1 до 3 мм - 30...40;

гранулы от 3 до 5 мм - 60...70.

Гранулы ВВУ изготавливают из деталей на основе октогена, извлеченных из изделий, снятых с эксплуатации, а также после окончания их гарантийного срока хранения. Изготовление ВВУ производят методами механического измельчения деталей, например, раздавливанием на прессе до получения частиц (гранул) необходимых размеров.

Взрывчатые и физико-химические характеристики ВВУ ОТК-90У, ОФА-6У, ОФА-8У составляют соответственно: средняя плотность прессованной шашки - 1,840; 1,866; 1,862 г/см³, скорость детонации - 8800; 8800; 8680м/сек, тротиловый эквивалент - 1,27; 1,28; 1,25.

В заявленном техническом решении использование ВВУ с высокими предельными значениями плотности (до 1,866 г/см³) и скорости детонации (до 8800 м/сек) при указанных выше размерах гранул ВВУ и их соотношении позволяет повысить пробивную способность кумулятивного заряда.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение было реализовано на примере изготовления кумулятивного заряда (корпуса снаряженного).

На чертеже изображена схема кумулятивного заряда.

Кумулятивный заряд содержит металлический корпус 1 с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества 2, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой 3.

Для изготовления профилированной шашки использовано взрывчатое вещество, утилизированное ОФА-6У АОТУ 476. ВВУ ОФА-6У представляет собой смесевое бризантное взрывчатое вещество на основе октогена со следующим соотношением компонентов, мас.%: октоген - не менее 91,5, фторопласт - 6,0^+1,0 _-1,5, волокна и нерастворимые в органических растворителях вещества - 2,0±0,5.

ВВУ для прессования заряда было изготовлено методом механического измельчения - раздавливания на прессе деталей из ВВ на основе октогена после окончания их гарантийного срока хранения. Полученные после измельчения деталей гранулы ВВУ различной формы и размеров были просеяны на ситах со стороной ячейки 5 мм, 3 мм и 1 мм. Для изготовления заряда использованы гранулы ВВУ, прошедшие через сито с ячейками 5 мм и оставшиеся на сите с ячейками 3 мм (размер гранул от 3 до 5 мм), и гранулы ВВУ, прошедшие через сито с ячейками 3 мм и оставшиеся на сите с ячейками 1 мм (размер гранул от 1 до 3 мм).

Затем методом механического смешения расчетных навесок ВВУ была получена смесь взрывчатого вещества, утилизированного с гранулометрическим соотношением частиц, мас.%: гранулы от 1 до 3 мм - 30...40; гранулы от 3 до 5 мм - 60...70.

Изготовление кумулятивного заряда выполнено методом совместного прессования взрывчатого вещества утилизированного и облицовки в корпус. Для этого навеску ВВУ (с требуемым соотношением частиц) массой 26,5 г поместили в корпус кумулятивного заряда 1, установленный в пресс-форму, и произвели нагрев навески ВВУ и корпуса при температуре +140...144°С в течение 10...20 мин. Затем на пуансон конической формы установили металлическую облицовку 3 аналогичной формы и произвели изготовление профилированной шашки ВВУ 2 пуансоном с облицовкой 3 в корпус 1 методом прессования, с рабочим давлением прессования 196±2 кгс/см².

Время вакуумирования навески ВВУ - 1...3 мин, время выдержки при рабочем давлении - 20 мин, в том числе время подачи теплоносителя в пресс-форму - 10 мин, время подачи охлаждающей воды - 10 мин.

В процессе прессования происходит пластическое течение и равномерное распределение гранул ВВУ по объему заряда, что обеспечивает максимальную плотность профилированной шашки и равномерную плотность в ее поперечных сечениях. Это позволяет получить максимальную скорость детонации шашки ВВУ с высокой плотностью энергии на единицу объема заряда и обеспечивает формирование устойчивой и прямолинейной траектории кумулятивной струи при взрыве заряда.

После снятия давления и подъема пуансона изготовленный кумулятивный заряд с отпрессованной профилированной шашкой ВВУ, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой, извлекают из пресс-формы.

Плотность профилированной шашки при данных режимах прессования (измеренная на двух контрольных шашках) для ВВУ ОФА-6У составила 1,863 и 1,867 г/см³ при величине разноплотности в поперечных сечениях шашки - 0,003 и 0,006 г/см³ соответственно. Геометрические размеры кумулятивного заряда, изготовленного с ВВУ ОФА-6У (высота заряда, глубина конуса облицовки, толщина шашки в поперечных сечениях), полностью соответствуют размерам заряда, который изготавливают со штатным взрывчатым веществом ОМА ТУ 84-760-78.

Кумулятивный заряд с ВВУ работает следующим образом. При подрыве заряда от детонирующего шнура (через промежуточный детонатор) или от электродетонатора типа ЭДВ-1 и т.п. происходит детонация профилированной шашки взрывчатого вещества утилизированного, при этом высокая плотность шашки и равномерность распределения плотности в поперечных сечениях шашки обеспечивает мощный осесимметричный импульс от промежуточного детонатора (ЭДВ-1 и т.п.), создающий правильный фронт волны детонации в заряде. Происходит образование из материала металлической облицовки, покрывающей коническую поверхность шашки, кумулятивной струи и стержня сигарообразной формы (песта), движущегося вслед за струей. Вследствие высокой скорости детонации шашки и равномерного распределения плотности обеспечивается высокая устойчивость и прямолинейная траектория кумулятивной струи. Это позволяет получить максимально возможную пробивную способность заряда при его заданных геометрических размерах. При встрече с твердой преградой (стенкой корпуса перфоратора, обсадной колонной, нефтегазоносной породой) кумулятивная струя заряда пробивает в преграде канал конической формы.

Для сравнения пробивной способности проведены испытания на глубину пробития канала кумулятивных зарядов с шашкой из известного взрывчатого вещества ОМА ТУ 84-760-78 и аналогичных кумулятивных зарядов с шашкой из предлагаемого взрывчатого вещества утилизированного ОФА-6У АОТУ 476. Испытания выполнены по действующей методике на комбинированных мишенях, состоящих из стальной пластины толщиной 10 мм и набора из 5-ти алюминиевых пластин общей толщиной не менее 250 мм при ширине пластин не менее 100 мм. Для подрыва (инициирования) зарядов использованы электродетонаторы ЭДВ-1, которые устанавливают в осевое отверстие корпуса заряда напротив вершины кумулятивной выемки вплотную к поверхности профилированной шашки. Результаты сравнительных испытаний на глубину пробития канала представлены в таблице.

Таблица
№ п/п	Материал шашки
	Известное взрывчатое вещество ОМА ТУ 84-760-78	Взрывчатое вещество утилизированное ОФА-6У АОТУ 476
Глубина пробития канала, мм	Глубина пробития канала, мм
1.	179	228
2.	171	235
3.	207	224
4.	204	234
5.	206	236
6.	189	221
7.	202	217
8.	205	241
9.	174	224
10.	191	239
Среднее значение	193	230

Как видно из таблицы, использование в кумулятивных зарядах взрывчатого вещества утилизированного обеспечивает увеличение глубины пробития канала по сравнению с зарядами, снабженными шашками из известного взрывчатого вещества на основе октогена (ОМА) в ˜1,2 раза (при примерно одинаковой величине диаметра входного отверстия канала, пробитого в стальной пластине - 14,3 мм для зарядов с ВВУ и 14,0 мм для зарядов с ОМА).

Изготовление кумулятивного заряда с ВВУ АОТУ 476 описанным выше образом обеспечивает достижение технического результата, который выражается в том, что повышается плотность и скорость детонации шашки ВВ, что обеспечивает увеличение глубины пробития канала без изменения установленных геометрических размеров заряда; обеспечивается равномерность распределения плотности по всему объему, а именно в поперечных сечениях шашки, что обеспечивает формирование устойчивой кумулятивной струи с прямолинейной траекторией. Все это достигается за счет того, что для изготовления профилированной шашки используют смесевые высокобризантные взрывчатые вещества повторного использования на основе октогена - вещества взрывчатые утилизированные АОТУ 476: ОТК-90У, ОФА-6У, ОФА-8У при соблюдении следующих необходимых условий: размеры гранул ВВУ должны составлять от 1 до 5 мм, соотношение размеров частиц, мас.%: гранулы от 1 до 3 мм - 30...40; гранулы от 3 до 5 мм - 60...70. Также снижается стоимость изготовления заряда за счет повторного использования взрывчатого вещества (ВВУ) взамен дорогостоящего штатного материала ОМА ТУ 84-760-78 (стоимость ВВУ в данном случае определяется только затратами на изготовление гранул определенного размера и изготовление смеси из гранул с необходимым соотношением частиц); решается задача использования деталей, извлеченных из изделий, снятых с эксплуатации, а также деталей из ВВ после окончания гарантийного срока хранения взамен их уничтожения методом сжигания.

Работоспособность и надежность срабатывания предложенного кумулятивного заряда подтверждена экспериментально при испытаниях зарядов на глубину пробития канала по действующей методике.

Предложенный кумулятивный заряд может эффективно использоваться при прострелочно-взрывных работах, а также в кумулятивных перфораторах для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах.

Кумулятивный заряд, содержащий корпус с размещенной в нем профилированной шашкой взрывчатого вещества, имеющей кумулятивную выемку конической формы с металлической облицовкой, отличающийся тем, что для формирования профилированной шашки использовано утилизированное взрывчатое вещество на основе октогена с размерами гранул от 1 до 5 мм и со следующим гранулометрическим соотношением частиц, мас.%:

Гранулы от 1 до 3 мм	30-40
Гранулы от 3 до 5 мм	60-70

причем взрывчатое вещество совместно с облицовкой запрессовано в корпус.