Воспламенительный патрон для скважинных зарядов

 

Использование: прострелочно-взрывные работы в нефтегазовых и водозаборных скважинах. Сущность изобретения: в тонкостенном металлическом корпусе (гильзе) 1 размещен дополнительный заряд 4 из эластичного топлива, электровоспламенитель 2 с проводниками 3 и подвижный уплотнительный элемент 5, изолирующий содержимое патрона от непосредственного контакта с внешней средой. 1 ил.

Изобретение относится к технике взрывных работ и может быть использовано при прострелочно-взрывных работах в нефтегазовых и водозаборных скважинах.

Воспламенительный патрон предназначен для инициирования горения зарядов их взрывчатых материалов и, в частности, пороховых газогенераторов, работающих в жидкости под давлением.

Известные воспламенительные устройства, предназначенные для этих целей [1 - 3], сложны по конструкции и опасны в обращении, так как срабатывают не только в скважинах, но и на дневной поверхности.

Известный воспламенительный патрон [4] (прототип), называемый пиротехническим и применяемый в пороховых генераторах давления, содержит тонкостенный металлический корпус (гильзу), электрововоспламенительный узел и дополнительный заряд. Недостатками этого патрона является то, что он работает только в герметичных замкнутых устройствах и для воспламенения скважинных твердотопливных или жидких зарядов требует применения промежуточных пусковых зарядов, что усложняет конструкцию газогенерирующих устройств, работающих в жидких под давлением м снижает надежность их срабатывания. Кроме того, он обладает повышенной опасностью при обращении. Особенно при зарядке пороховых генераторов давления [3 и 4], так как в случае несанкционированного попадания электротока в запальную цепь на дневной поверхности может произойти срабатывание воспламенительного узла и пороховых зарядов генератора.

Указанные недостатки устраняются тем, что известное устройство, состоящее из тонкостенного металлического корпуса, электровоспламенителя и дополнительного заряда, снабжено подвижным уплотнительным элементом, обеспечивающим герметичность корпуса, и дополнительным зарядом, выполненным в виде шашки из эластичного смесевого топлива специально подобранной рецептуры, содержащей, (мас.%): Окислитель (перхлораты калия или аммония) - 70 - 80, Металлическое горючее (алюминиевый порошок) - 5 - 15, Горюче-связующее (каучук на основе термоэластопластов) - 12 - 18, Технологические добавки - Остальное.

Подвижный уплотнительный элемент выполнен из электроизоляционного материала, обладающего упругими свойствами, например, из резины или полимерного герметика. Он предохраняет взрывчатые материалы, находящиеся в корпусе, от непосредственного контакта со скважинной жидкой средой и обеспечивает передачу гидростатического давления на них, что позволяет повысить надежность воспламенения дополнительного заряда от электровоспламенителя.

К эластичным топливам относятся смесевые твердые ракетные топлива, содержащие в качестве горючего синтетический каучук, алюминий, а в качестве окислителя - перхлораты калия, натрия, аммония [5]. Они обладают относительно высокой энергией активации термического разложения, поэтому в атмосферных условиях трудно воспламеняются. Для этого необходимо воздействие мощного теплового потока или одновременное воздействие тепловой энергии и начального давления. Эластитное топливо должно обладать вязко-упругими свойствами, что позволяет исключить потери энергии продуктов сгорания электровоспламенителя на растрескивание и разлет осколков дополнительного заряда.

Для об6спечения сохранности вязко-упругих свойств заряда при повышенных температурах, имеющих место в глубоких скважинах, в твердом топливе использован в качестве связующе-горючего компонента синтетический каучук на основе термоэластопластов, например этиленпропиленовый или дивинилстирольный каучук.

Для обеспечения надежности поджигания зарядов порохового газогенератора дополнительный заряд твердого топлива в воспламенительном патроне должен иметь температуру горения в пределах 3000 - 4000 К и содержать конденсированную фазу в продуктах сгорания, что обеспечивается содержанием алюминия в рецептурном составе топлива.

В качестве технологических добавок, необходимых для формирования шашек методом проходного прессования и литья под давлением, в состав этого топлива вводятся стеорат цинка, индустриальное масло и др. в количестве 1 - 2%.

Указанная рецептура топлива обеспечивает получение требуемых физико-механических, энергетических и технологических свойств дополнительного твердотопливного заряда, содержащегося в воспламенительном патроне.

Для обеспечения безопасности воспламенительного патрона первичный электровоспламенитель, имеющийся в нем, должен содержать весьма малое (безопасное) количество зажигательного состава и выделять при срабатывании оптимальное количество тепловой энергии, которое не способно зажечь дополнительный заряд из эластичного твердого топлива в атмосферных условиях и в тоже время должно надежно поджигать его при воздействии на патрон внешнего гидростатического давления.

Оптимальное количество тепловой энергии может быть получено, например, при использовании состава массой 0,035 0,005 г, состоящего из железисто-синеродистого свинца и перхлорита калия (поровну), применяющегося в известных воспламенителях ЭВ-ПТ [4].

В предлагаемой конструкции дополнительный заряд не воспламеняется при атмосферных условиях на дневной поверхности, несмотря на срабатывание электровоспламенителя: надежное воспламенение его происходит только при одновременном воздействии теплового потока, создаваемого электровоспламенителем, и начального внешнего давления, равного P₁ 1,5 МПа, что достигается, например, при спуске устройства в скважину, заполненную водой, на глубину 150 м.

На чертеже показано устройство предлагаемой конструкции воспламенительного патрона, которое содержит тонкостенный металлический корпус (гильзу) 1, электровоспламенитель 2 с проводниками 3, дополнительный заряд из эластичного топлива 4 и подвижный уплотнительный элемент 5, изолирующий содержимое патрона от непосредственного контакта с внешней средой. Воспламенительный патрон работает следующим образом.

При подаче импульса электротока по кабелю и проводникам 3 срабатывает электровоспламенитель 2.

При этом в атмосферных условиях на дневной поверхности или при низком гидростатическом давлении (например, в скважинах) он выбрасывается из гильзы, не поджигая дополнительный заряд 4. Срабатывание электровоспламенителя не представляет собой опасности, так как он содержит состав малой мощности и в незначительном количестве. При повышенном давлении внешней среды, т.е. при P 1,5 МПа, электровоспламенитель не выбрасывается из гильзы, а продукты горения воспламенительного состава поджигают дополнительный заряд. Затем продукты горения дополнительного заряда прожигают стенки гильзы 1 и воспламеняют пороховой заряд газогенератора.

Примером исполнения корпуса 1 может служить стандартная металлическая гильза, применяемая в штатных электродетонаторах типа ЭД-8 [6].

В качестве электровоспламенителя может быть использовано изделие ЭВ-ПТ [4] или другие воспламенители, способные выдерживать при всестороннем обжатии повышенное внешнее давление без разрушения. Примером исполнения дополнительного заряда может служить шашка диаметром 5 - 6 мм из термостойкого смесевого топлива ТН18/5К с температурой горения Т = 3100 К, применяемого в аккумуляторах давления АДС-200 У [7].

Безопасность и надежность срабатывания предлагаемого воспламенительного патрона, а также работоспособность его в зарядах газогенератора из различных твердых топлив подтверждены экспериментами, результаты которых приведены в прилагаемых актах.

Источники информации 1. Заявка ФРГ N 1926551, кл. F 42 C 3/00, 16.10.80.

2. Авторское свидетельство СССР N 1118103, кл. E 21 B 43/263, 1983.

3. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам. Род ред. Н.Г. Григоряна. М.: Недра, 1990.

4. Фридляндер Л. Я. и др. Прострелочно-взрывная аппаратура. М.: Недра, 1990.

5. Сарнер С. Химия ракетных топлив. М.: Мир. 1969.

6. Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов. М.: Недра, 1977.

7. Дуванов А.М. и др. Методы интенсификации протоков в нефтяных и газовых скважинах с использованием энергии взрыва и горения ВМ. М., 1990 (Региональная и морская геофизика; геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Обзор ВИЭМС).

Формула изобретения

Воспламенительный патрон для скважинных зарядов, содержащий тонкостенный металлический корпус, электровоспламенитель и дополнительный заряд, отличающийся тем, что корпус снабжен подвижным уплотнительным элементом, а дополнительный заряд выполнен из эластичного смесевого топлива, содержащего следующие компоненты, мас.%: Перхлорат калия или перхлорат аммония - 70 - 80 Алюминиевый порошок - 5 - 15 Синтетический каучук на основе термоэластопластов - 12 - 18
Технологические добавки - Остальноед

РИСУНКИ

Рисунок 1