кумулятивный заряд

Формула изобретения

1. Кумулятивный заряд, содержащий корпус, шашку ВВ основного заряда с кумулятивной выемкой и облицовкой, инициатор в виде шашки ВВ в форме тела вращения с плотностью ВВ, уменьшающейся по оси симметрии от большего основания к меньшему, отличающийся тем, что инициатор выполнен в виде тела вращения цилиндроконической формы, образованного сопряжением оснований усеченного конуса с цилиндрами разного размера, при этом цилиндр, опирающийся на большее основание усеченного конуса, противоположным основанием опирается на торец шашки ВВ основного заряда и соответствует его диаметру, высота этого цилиндра равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора, угол конусности конической части инициатора равен 90^o, ее высота равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора, а диаметр цилиндра, опирающегося на меньшее основание усеченного конуса, равен критическому диаметру ВВ инициатора, причем плотность ВВ конической части инициатора увеличивается от центра к образующей конической поверхности.

2. Кумулятивный заряд по п.1, отличающийся тем, что инициатор установлен в корпусе, при этом торец инициатора большего диаметра выполнен заподлицо с ним.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к взрытым работам, а именно к разрывным зарядам для взрывных работ.

Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей, горнодобывающей промышленности, для перфорации нефтяных и газовых скважин, взрывного бурения шпуров, дробления негабаритов, прокладки горных выработок.

Основные трудности при создании кумулятивных перфораторов и их зарядов связаны с минимизацией количества допустимого пространства, занимаемого в скважине, малым требуемым фокусным расстоянием и неблагоприятными скважинными условиями. Эти устройства содержат относительно малое количество ВВ (взрывчатого вещества) вследствие ограниченности пространства и минимизации разрушительного действия на обсадную колонну, а также, чтобы избежать взаимного влияния соседних зарядов друг на друга.

Известны кумулятивные заряды, в которых шашка ВВ применяется с оптимальными размерами, связанными с ее диаметром, углом кумулятивной выемки, определенной математической зависимостью (авт.св. N 192126). Но это техническое решение обладает следующими недостатками: снижается пробивная способность кумулятивного заряда ввиду сложности соблюдения необходимых параметров.

Обычно кумулятивные заряды инициируются с помощью детонирующих шнуров (Н. Г. Григорян, Д.Е. Пометун и др. Прострелочные и взрывные работы в скважинах. - М.: Недра, 1972). В случае применения детонирующих шнуров, обладающих низким инициирующим импульсом, в перфораторных зарядах применяются промежуточные детонаторы (ДП). Известны промежуточные детонаторы, представляющие собой заряд нефлегматизированного бризантного ВВ (заряды ЗПК-105, ЗПК-103, "Прострелочно-взрывная аппаратура", справочник под ред. Фридляндера Л.Я. - М.: Недра, 1990).

Недостатками данного технического решения являются: возможный перекос детонационной волны, распространяющейся по ДП, что приводит к искажению детонационной волны в шашке и снижению пробивной способности заряда; кроме того, увеличение детонирующей способности малоплотного ДП возможно за счет увеличения массы навески порошкообразного взрывчатого материала, т.е. за счет увеличения высоты шашки основного заряда, что также приводит к снижению пробивной способности заряда.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является кумулятивный заряд, описанный в пат. США N 4450768 МКИ F 42 B 3/08. Известный кумулятивный заряд содержит корпус, шашку ВВ основного заряда с кумулятивной выемкой, облицовку и промежуточный детонатор (детонационный канал) - инициатор, выполненный в виде шашки ВВ в форме тела вращения (усеченного конуса) с плотностью ВВ, уменьшающейся по оси симметрии от большего основания в сторону меньшего основания.

К недостаткам данного технического решения можно отнести следующее:

- инициирование шашки основного заряда ВВ производится в точке, лежащей на оси симметрии торца шашки. По шашке ВВ распространяется расходящаяся детонационная волна, что приводит к снижению отбора энергии ВВ облицовкой, особенно ее частью, находящейся вблизи вершины облицовки. Это приводит к снижению скорости головной части кумулятивной струи, что снижает ее эффективную длину и уменьшает пробивную способность заряда. Устранить этот недостаток можно только увеличивая расстояние между торцом шашки ВВ и вершиной облицовки (разгонный участок), однако при ограничениях на габариты заряда это приводит к уменьшению образующей облицовки и снижению пробивной способности.

Таким образом, целью настоящего изобретения является повышение пробивной способности и надежности срабатывания кумулятивного заряда.

Технический результат выражается в том, что удалось увеличить скорость головной части кумулятивной струи, что привело к увеличению скоростного градиента струи и ее кинетической энергии за счет конструкции предлагаемого инициатора, в которой цилиндрическая часть малого диаметра является возбудителем детонации, коническая часть играет роль генератора плоской детонационной волны, а цилиндрическая часть большего диаметра является усилителем детонационной волны за счет увеличения плотности ВВ в области, прилегающей к шашке основного заряда и близкой к плотности шашки основного заряда. Кроме того, снижение плотности ВВ в области инициатора, прилегающей к детонирующему шнуру, обеспечивает увеличение чувствительности и стабильности срабатывания инициатора.

Это достигается тем, что в кумулятивном заряде, содержащем корпус, шашку ВВ основного заряда с кумулятивной выемкой, облицовку и инициатор, выполненный в виде шашки ВВ в форме тела вращения с плотностью ВВ, уменьшающейся по оси симметрии от большего основания в сторону меньшего основания, согласно изобретению инициатор выполнен в виде тела вращения цилиндроконической формы, образованного сопряжением оснований усеченного конуса с цилиндрами разного размера, при этом цилиндр, опирающийся на большее основание усеченного конуса, противоположным основанием опирается на торец шашки ВВ основного заряда ВВ и соответствует его диаметру, а высота этого цилиндра равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора, угол конусности конической части инициатора равен 90^o и ее высота равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора, а диаметр цилиндра, опирающегося на меньшее основание усеченного конуса, равен критическому диаметру ВВ инициатора, при этом плотность ВВ конической части инициатора распределена с увеличением от центра к образующей конической поверхности.

Кроме того, инициатор установлен в корпусе, при этом торец инициатора большего диаметра выполнен заподлицо с ним.

Наличие признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Предлагаемое техническое решение проиллюстрировано на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 представлен общий вид кумулятивного заряда.

На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Кумулятивный заряд (см. фиг. 1) содержит корпус 1, шашку ВВ основного заряда 2 с кумулятивной выемкой, облицовку 3, инициатор 4. Инициатор 4 (см. фиг. 2) выполнен в виде тела вращения цилиндроконической формы, образованного сопряжением оснований усеченного конуса 7 с цилиндрами разного размера: по меньшему основанию диаметром d цилиндр 6 и по большему основанию диаметром D цилиндр 8. Высота H цилиндра 8 равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора 4, угол конусности конической части инициатора 7 равен 90^o и ее высота h равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора 4, а диаметр цилиндра 6 равен критическому диаметру ВВ инициатора 4. Порошкообразный материал ВВ инициатора определенной навески запрессовывается в корпус 5 и устанавливается в корпус заряда 1. Сверху установленного инициатора засыпается порошкообразное ВВ основного заряда 2 определенной навески. При прессовании шашки ВВ основного заряда 2 происходит допрессовка ВВ инициатора до требуемых плотностей.

Кумулятивный заряд работает следующим образом. От внешнего импульса срабатывает ВВ, находящееся в цилиндрической части 6 инициатора, параметры которого сравнимы с критическим диаметром используемого насыпного ВВ. Эта часть инициатора, заполненная малоплотным ВВ, играет роль возбудителя детонации в инициаторе 4.

Далее детонация распространяется в конической части 7, малый диаметр d которого равен диаметру цилиндра 6, а максимальный диаметр D равен диаметру цилиндра 8. Эта коническая часть инициатора играет роль генератора плоской детонационной волны за счет того, что при оптимальном выборе режима прессования и геометрических параметров инициатора в конической части реализуется распределение плотности прессованного ВВ, при котором плотность увеличивается от центра к образующей конусной поверхности инициатора, что позволяет осуществлять одновременный выход детонационной волны на торец инициатора.

После выравнивания фронта детонационной волны детонация переходит в цилиндрическую часть 8 диаметром D, соответствующим диаметру торца шашки основного заряда 2, при этом высота H равна удвоенному критическому диаметру ВВ инициатора. Эта часть инициатора играет роль усилителя детонационной волны.

При выходе на торец инициатора, находящегося в непосредственном контакте с шашкой ВВ основного заряда, в основном заряде инициируется детонация, причем фронт волны отличается малой кривизной и высокой амплитудой, что позволяет достигать режима стационарной детонации на малых базах ее разгона, порядка 5 - 7 мм.

За счет малой кривизны фронта детонационной волны и стационарных параметров детонации происходит оптимальный отбор энергии ВВ облицовкой, которая формирует кумулятивную струю перфораторного заряда.

В результате действия кумулятивной струи в обсадной колонне скважины создается перфорационный канал необходимой длины.

Для подтверждения работоспособности заявляемого технического решения были проведены испытания кумулятивных зарядов для перфораторов. В стальной корпус устанавливался инициатор, у которого средняя плотность низкоплотной части 7 составляла 0,5 - 1 г/см³, а плотность ВВ в цилиндрической части 8 была близка к плотности шашки основного заряда 2 и составляла 1,8 - 1,83 г/см³. Угол конусности был равен 90^o.

Опытная партия зарядов прошла опытную проверку в производственных условиях и показала высокую надежность срабатывания зарядов от промышленных детонирующих шнуров и высокую пробивную способность.