взрыватель для скважинной аппаратуры

Формула изобретения

Взрыватель для скважинной аппаратуры, включающий корпус с переходником, в котором последовательно размещены ударный механизм и механическое детонирующее устройство на основе бризантного взрывчатого вещества, при этом корпус ударного механизма скреплен с корпусом механического детонирующего устройства, и в корпусе механического детонирующего устройства выполнены радиальные отверстия, заполненные легкоплавким сплавом, температура плавления которого ниже температуры вспышки бризантного взрывчатого вещества, отличающийся тем, что механическое детонирующее устройство дополнительно снабжено металлической втулкой, в которой оно установлено частично утопленным таким образом, что радиальные отверстия, выполненные в его корпусе, размещены вне металлической втулки, причем на внутренней поверхности корпуса взрывателя выполнен буртик, а на корпусе ударного механизма - фланец и расстояние L₀ между торцом переходника и фланцем корпуса ударного механизма превышает расстояние L ₁ между торцом металлической втулки и плоскостью, проходящей по верхней границе радиальных отверстий, корпус ударного механизма фланцем поджат к буртику корпуса взрывателя при помощи пружины с возможностью перемещения ударного механизма совместно с механическим детонирующим устройством вдоль оси взрывателя на расстояние L ₀ до совмещения фланца корпуса ударного механизма с торцом переходника и установки механического детонирующего устройства в металлической втулке в положении, при котором радиальные отверстия, выполненные в его корпусе, размещены внутри втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования в прострелочно-взрывной аппаратуре, спускаемой в нефтяные и газовые скважины.

Известны взрыватели для возбуждения детонации в скважинной аппаратуре (например, кумулятивном перфораторе), включающие корпус, в котором установлены ударный механизм и механическое детонирующее устройство (МДУ) или накольного действия (см. авт. свид. SU 1816851 А1, МПК: 21 В 43/117, опубл. 1993 г., Бюл. №19), или ударного действия (см. пат. RU 2102586 С1, МПК: Е 21 В 43/117, опубл. 1998 г., Бюл.№2).

Общий недостаток вышеуказанных взрывателей заключается в том, что содержащиеся в них МДУ при нагреве в условиях пожара могут срабатывать и передавать детонацию во взрывную цепь кумулятивного перфоратора, создавая этим возможность реализации опасных ситуаций на дневной поверхности и в приустьевой зоне скважины для работающего персонала и окружающей среды.

Этот недостаток отсутствует в выбранном в качестве прототипа взрывателе для скважинной аппаратуры (взрывной головке), известном из журнала "Каротажник" №61, 1999 г. (рекламная статья "Головка взрывная гидромеханическая ВГМ73 ТУ №4316-020-07623615-96").

Данный взрыватель включает в себя корпус с переходником, в котором последовательно размещены ударный механизм и МДУ, выполненное на основе бризантного ВВ, при этом корпус МДУ скреплен с корпусом ударного механизма.

Отличительная особенность данного взрывателя состоит в том, что в нем для преобразования механического импульса в детонационный служит МДУ, в котором отсутствуют чрезвычайно чувствительные к различного рода внешним воздействиям инициирующие взрывчатые вещества (см. пат. RU 2083948 С1 МПК: F 42 С 19/10, опубл. 1997 г., Бюл.№19). Благодаря этому обращение с этим взрывателем при проведении прострелочно-взрывных работ на скважинах является значительно более безопасным. Одним из свидетельств высокой безопасности используемого во взрывателе МДУ, в котором содержится только бризантное ВВ, является то, что оно не срабатывает при пожаре. Обеспечивается это наличием в корпусе МДУ отверстий, заполненных легкоплавким сплавом, имеющим температуру плавления выше максимальной рабочей температуры взрывателя, но ниже температуры вспышки ВВ. В условиях пожара при повышении температуры среды легкоплавкий сплав вытекает из этих отверстий и газообразные продукты воспламенившегося затем ВВ получают возможность беспрепятственно стравливаться в атмосферу. При этом давление внутри корпуса МДУ снижается, вследствие чего перехода процесса горения ВВ во взрыв, и тем более в детонацию, уже не происходит. Однако наличие в корпусе МДУ отверстий, заполненных малопрочным легкоплавким сплавом, приводит к снижению вероятности безотказного срабатывания МДУ при его штатном задействовании из-за возможности преждевременного выдавливания легкоплавкого сплава из этих отверстий, приводящего к падению давления продуктов горения, необходимого для перевода процесса горения приемного заряда в детонационный режим.

Таким образом, задача, стоящая в данной области техники, заключается в создании конструкции взрывателя, срабатывающего с высокой надежностью при его штатном задействовании и в то же время не взрывающегося в условиях пожара.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании предлагаемого изобретения, является повышение эффективности работы взрывателя за счет повышения вероятности безотказного срабатывания МДУ при обеспечении его пожаровзрывобезопасности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что во взрывателе для скважинной аппаратуры, включающем корпус с переходником, в котором последовательно размещены ударный механизм и МДУ на основе бризантного ВВ, а корпус ударного механизма скреплен с корпусом МДУ, при этом в корпусе МДУ выполнены радиальные отверстия, заполненные легкоплавким сплавом, температура плавления которого выше рабочей температуры взрывателя и ниже температуры вспышки бризантного ВВ, МДУ дополнительно снабжено металлической втулкой, в которой оно установлено утопленным таким образом, что радиальные отверстия, выполненные в его корпусе, размещены вне металлической втулки, причем на внутренней поверхности корпуса взрывателя выполнен буртик, а на корпусе ударного механизма - фланец и расстояние L₀ между торцом переходника и фланцем корпуса ударного механизма превышает расстояние L₁ между торцом металлической втулки и плоскостью, проходящей по верхней границе радиальных отверстий, корпус ударного механизма фланцем поджат к буртику корпуса взрывателя при помощи пружины с возможностью перемещения ударного механизма вместе с МДУ вдоль оси взрывателя на расстояние L₀ до совмещения фланца корпуса ударного механизма с торцом переходника и установки МДУ в положение, при котором радиальные отверстия, выполненные в его корпусе, размещены внутри металлической втулки.

Размещение МДУ в металлической втулке позволяет использовать ее как прочную преграду, закрывающую радиальные отверстия корпуса МДУ, и исключить преждевременное выдавливание из них легкоплавкого сплава, что и обеспечивает высокую надежность срабатывания МДУ при его штатном задействовании.

Установка МДУ частично утопленным в металлическую втулку таким образом, что радиальные отверстия корпуса МДУ размещены вне металлической втулки, обеспечивает пожаровзрывобезопасность МДУ.

Ударный механизм взрывателя с подсоединенным к нему МДУ поджимается в корпусе взрывателя пружиной и находится при обычных условиях окружающей среды в положении, при котором легкоплавкий сплав, расположенный в радиальных отверстиях корпуса МДУ, может вытекать в окружающий эти отверстия свободный объем, обеспечивая таким образом пожаровзрывобезопасность взрывателя, а при возрастании давления окружающей среды до определенного уровня ударный механизм, преодолевая усилия пружины, перемещается вместе с МДУ вдоль оси взрывателя и фиксируется в таком положении, при котором отверстия с легкоплавким сплавом перекрываются металлической втулкой, расположенной в переходнике взрывателя, что исключает возможность преждевременного выдавливания легкоплавкого сплава из радиальных отверстий корпуса МДУ при его штатном задействовании в скважине на безопасной глубине, и таким образом повышается вероятность безотказного срабатывания МДУ при обеспечение его пожаровзрывобезопасности.

Схема предлагаемой конструкции взрывателя для задействования кумулятивного перфоратора представлена на чертеже.

Состоит этот взрыватель из корпуса 1, переходника 2 и ударного механизма, в корпусе 3 которого расположен фиксируемый стопорными стальными шариками 4 ударник 5. На корпусе ударного механизма с помощью штифтов 6 крепится стакан 7, удерживающий стопорные стальные шарики 4 от выпадения из радиальных отверстий. К нижней части корпуса 3 крепится МДУ 8, которое частично утоплено в расположенную в переходнике 2 стальную втулку 9. При этом выполненные в корпусе МДУ отверстия, имеющие диаметр МЗ и заполненные легкоплавким сплавом 10 на основе свинца и кадмия, находятся вне этой втулки. Конструкция МДУ может быть выполнена по пат. RU 2083948 (МПК: F 42 С 19/10, опубл. 10.07.97 г.) или по пат. RU 2153147 (МПК: F 42 С 19/10, опубл. 20.07.2000 г.) и включать в себя корпус, в котором последовательно размещены: боек 14, выполненный из закаленной или из отожженной стали, капсюль-детонатор или воспламенитель, приемный заряд и детонатор (последние выполнены на основе октогена). Кроме того, корпус ударного механизма посредством пружины 11 поджат к имеющемуся внутри корпуса 1 буртику. Поджатие пружины, необходимое для удержания ударного механизма в одном и том же положении при действии на взрыватель различных механических воздействий (например, транспортных), производится при завинчивании переходника 2 в корпус 1. При этом в собранном взрывателе расстояние L ₀ (показано на чертеже), равное 10 мм, между торцом переходника 2 и фланцем корпуса 3 превышает расстояние L₁, равное 5 мм, между торцом втулки 9 и верхней границей заполненных легкоплавким сплавом 10 отверстий в корпусе МДУ. Герметизация внутренней полости взрывателя, как и в прототипе, осуществляется при помощи уплотнительных колец 12 и 13. Над верхней частью стакана 7 имеется осевой канал, через который с помощью сбрасываемых внутрь колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) элементов (например, резинового шара 15), производится задействование взрывателя.

Так как вокруг корпуса МДУ в зоне отверстий с легкоплавким сплавом имеется свободный объем, куда могут стравливаться газообразные продукты горения, то возбуждение в МДУ детонационного импульса, способного привести в действие взрывную цепь кумулятивного перфоратора, полностью исключается. То есть в условиях пожара такой взрыватель никакой опасности не представляет. В рабочее состояние он приводится только при спуске его в заполненную водой скважину на достаточно большую глубину, конкретное значение которой зависит от силовой характеристики выбранной пружины 11.

Происходит это следующим образом. По мере спуска перфоратора в скважину на корпус ударного механизма 3, размещенного в корпусе взрывателя 1, начинает действовать все увеличивающееся давление жидкости, создавая осевое усилие, которое в конце концов на определенной глубине преодолевает усилие пружины 11 и вдвигает в переходник 2 ударный механизм 3 вместе с МДУ 8 до соприкосновения фланца корпуса 3 с торцом вышеуказанного переходника 2. При этом радиальные отверстия 10, заполненные легкоплавким сплавом, оказываются внутри втулки 9, что приводит к значительному повышению вероятности безотказного срабатывания МДУ в случае его штатного задействования. При дальнейшем спуске перфоратора гидростатическое давление возрастает, а вместе с этим увеличивается и усилие, удерживающее корпус ударного механизма в положении, обеспечивающем возможность надежного срабатывания МДУ. После установки перфоратора в требуемом интервале перфорации производится его задействование. Для этого через устьевую задвижку внутрь колонны НКТ, на которых он спущен, сбрасывается резиновый шар 15. Двигаясь под действием собственного веса и потока жидкости, прокачиваемой насосом или компрессором, шар достигает стакана 7 и одновременно с этим перекрывает суженный в этом месте осевой канал корпуса 1 взрывателя. Под действием усилия, возникающего с появлением на шаре перепада давления, срезаются штифты 6 и стакан 7 сдвигается в сторону переходника 2. Это приводит к тому, что шарики 4 выдавливаются в продольные пазы стакана 7, в результате чего ударник 5 выходит из зацепления с корпусом 3 ударного механизма. Далее вышеуказанный ударник разгоняется под действием давления скважинной жидкости и производит удар по бойку 14 МДУ 8, возбуждая в последнем устойчивую детонацию, которая передается затем в приемный заряд взрывной цепи кумулятивного перфоратора. В вертикальных скважинах взрыватель может приводиться в действие и сбрасываемой внутрь НКТ металлической штангой, при ударе которой по стакану 7 так же, как и в предыдущем случае, срезаются штифты 6 и вышеуказанный стакан сдвигается вниз, освобождая из зацепления с корпусом 3 ударник 5. Если же по какой-то причине не сработавший взрыватель вместе с перфоратором извлекается на поверхность, то в приустьевой зоне скважины пружина 11 выдвигает из переходника 2 ударный механизм с МДУ и взрыватель опять переходит в состояние, обеспечивающее его взрывобезопасность при пожаре.