Корпусный кумулятивный перфоратор многоразового применения

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, в частности к прострелочно-взрывным работам. Устройство представляет собой корпусный кумулятивный перфоратор многоразового применения, включающий прочный металлический корпус с размещенными внутри кумулятивными зарядами с ВВ, запрессованным в металлическую оболочку и снабженные резиновыми амортизаторами.

Новым в устройстве является то, что соотношения масс бризантного ВВ, амортизатора и стальной оболочки составляет не менее 1:1,2:9.

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, в частности к прострелочно-взрывным работам. Одним из наиболее распространенных типов перфораторов являются кумулятивные корпусные перфораторы многократного использования, имеющие прочный толстостенный корпус из высоколегированной стали, выдерживающий высокое гидростатическое давление и воспринимающий действие продуктов детонации взрывчатых материалов (ВМ)

Известны многочисленные технические решения, направленные на усовершенствование подобных перфораторов. Например, в [1] кумулятивные заряды (КЗ) снабжены размещенной на цилиндрической части шашки взрывчатого вещества (ВВ) металлической втулкой, контактирующей с облицовкой у ее основания, а толщина и высота металлической втулки связаны с диаметром облицовки и высотой цилиндрической части заряда соотношениями /D=0,02...0,04 h/H=0,75-1,3.

Устройство [2] содержит корпус с боковыми цилиндрическими отверстиями, в которых посредством пробки и центрирующей втулки зафиксированы кумулятивные заряды в металлических оболочках. Каждая пробка выполнена в виде двух полых цилиндров разного диаметра, соединенных друг с другом. Они имеют сферическую сопрягающую часть, опирающуюся на внутреннюю поверхность. Наружный диаметр меньшего цилиндра установлен в отверстии корпуса и соответствует диаметру отверстия. Большой цилиндр и центрирующая втулка соединены с помощью резьбы, выполненной соответственно на наружной поверхности цилиндра и в отверстии втулки. Торец центрирующей втулки опирается на торец металлической оболочки.

Кумулятивный скважинный перфоратор [3] содержит трубчатый корпус, в котором смонтированы вкладыши из пеноматериала с ориентированными в разных направлениях гнездами для кумулятивных зарядов.

В качестве прототипа выбран корпусный кумулятивный перфоратор [4] многократного использования, включающий прочный металлический корпус с размещенными внутри кумулятивными зарядами с ВВ, запрессованными непосредственно в массивную оболочку из металла высокой плотности, например, стали или цинка. Для снижения воздействия на корпус продуктов детонации КЗ на оболочку надет резиновый кожух - амортизатор.

Общим недостатком аналогов и прототипа является неоптимальное соотношение массы КЗ и ресурса (живучести) корпуса. Этот недостаток устранен в заявляемом техническом решении.

На фиг.1 показан общий вид устройства. В герметичном корпусе (1) размещены КЗ (2), срабатывающие от детонирующего шнура (ДШ) (3) и детонатора

(взрывного патрона) (4). Стендовые и полигонные испытания показали значимость соотношения масс бризантного ВВ (7), стальной оболочки (6) и надеваемого на нее амортизатора (5) - резинового кожуха для обеспечения заданного ресурса корпуса перфоратора при сохранении высокой пробивной способности КЗ. Установлено, что средняя глубина пробития по бетонной мишени (аналог API RP-43) 650-700 мм для зарядов массой 22 г и ресурсе корпуса перфоратора 25 залпов обеспечивается при соотношении масс ВВ, амортизатора и оболочки не меньшем, чем 1:1,2:9.

При отработке перфоратора учитывались следующие факторы:

- вид ВВ (определен ранее при разработке прострелочно-взрывных аппаратов (ПВА) - бризантное ВВ);

- прочностные свойства материала корпуса (предел прочности не менее 800 МПа и ударная вязкость не менее 80 Дж/см² - определены ранее при разработке ПВА; такие характеристики имеют после термообработки образцы из сталей 30ХМА, 32ХМА-1, 26ХМФА, при меньших значениях возникают недопустимые деформации корпуса.

Для особых условий применения возможно увеличение предела прочности до 1500 МПа или ударной вязкости до 180 Дж/см² при сохранении другого параметра не меньше заявляемого - например у стали 18Х2Н4МА);

- m1, m2, m3 [кг] - масса ВВ кумулятивных зарядов (КЗ), оболочки и амортизатора соответственно;

- L [м] - минимальная глубина пробития; D [м] - диаметр корпуса; h [м] - толщина стенки корпуса; d [м] - калибр КЗ; n - число зарядов; N - ресурс.

Согласно -теореме (Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике.

Гостехиздат, 1957) из 9 определяющих параметров можно составить 6 безразмерных комбинаций.

Таким образом, ресурс будет функцией количества КЗ и 5 безразмерных комбинаций.

N=n*f(L/d, D/h, m2/m1, m3/m1, m3/m2)

Учитывая, что соотношения L/d и D/h практически тоже фиксированы (не изменяются), как и n - количество КЗ, ресурс перфоратора будет определяться соотношением масс ВВ, оболочки и амортизатора.

Оптимальное соотношение подбиралось в стендовых и полигонных условиях на 3-х гнездных макетах перфоратора и проверялось в производственных (скважинных) условиях. Так, например, увеличение массы ВВ на 10-15% (что равносильно уменьшению соотношений m2/m1, m3/m1) приводило к заметному росту деформаций макетов корпуса. В Приложениях 1, 2 приведены примеры полигонных и скважинных испытаний.

Устройство в скважине работает следующим образом. Срабатывающий от электрического импульса взрывной патрон 4 приводит в действие ДШ 3, инициирующий КЗ 2. Кумулятивная струя пробивает обсадную колонну и образует каналы в пласте.

Сравнение заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Формула полезной модели

Корпусный кумулятивный перфоратор многоразового применения, включающий прочный металлический корпус с размещенными внутри кумулятивными зарядами с ВВ, запрессованным в металлическую оболочку и снабженные резиновыми амортизаторами, отличающийся тем, что корпус выполнен из стали с пределом прочности не менее 800 МПа и ударной вязкостью не менее 80 Дж/см ², а соотношения масс бризантного ВВ, амортизатора и стальной оболочки составляет не менее 1:1,2:9.

Источники информации

1. А.с. СССР №1249998, Кумулятивный перфоратор, опубл. 1996.11.20, Бюл. №32

2. Патент РФ №2166618, Корпусный кумулятивный перфоратор многократного использования, опубл. 2001.05.10.

3. Патент США №4191265, 1965.

4. Григорян Н.Г. и др., Прострелочные и взрывные работы в скважинах, М.: Недра, 1972.

Корпусный кумулятивный перфоратор многоразового применения, включающий прочный металлический корпус с размещенными внутри кумулятивными зарядами с ВВ, запрессованными в металлическую оболочку и снабженными резиновыми амортизаторами, отличающийся тем, что корпус выполнен из стали с пределом прочности не менее 800 МПа и ударной вязкостью не менее 80 Дж/см ², а соотношения масс бризантного ВВ, амортизатора и стальной оболочки составляет не менее 1:1,2:9.