CC BY
115
УДК 535.421
ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ ДЛЯ КУМУЛЯТИВНЫХ ПЕРФОРАТОРОВ
Олег Владиленович Минин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, заведующий кафедрой метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Владилен Федорович Минин
Доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, e-mail: [email protected]
Игорь Владиленович Минин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Предложен новый тип взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов.
Ключевые слова: кумулятивный заряд, генератор плоской волны, линза.
THE EXPLOSIVE GENERATOR OF THE FLAT WAVE FOR CUMULATIVE PUNCHERS
Oleg V. Minin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., doctor of technical sciences, head of a department of metrology and optical technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
Vladilen F. Minin
Dr. Sci. Tech., professor, the winner of the State premium of the USSR, e-mail: [email protected]
Igor V. Minin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., doctor of technical sciences, professor of the department of metrology and optical technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: [email protected]
The new type of explosive generator of a flat detonation wave for cumulative charges is offered in application to oil-well perforation.
Key words: a cumulative charge, the generator of a flat wave, a lens.
Для обеспечения работы кумулятивных перфораторов, применяемых в нефте- и газодобывающей промышленности необходимы взрывные генераторы плоской волны.
Известно устройство управления формой фронта детонационной волны [1], содержащее осесимметричные промежуточный заряд взрывчатого вещества (ВВ) с детонатором, с противоположной стороны которого примыкает инертная линза, выполненная из материала с низкой скоростью распространения звука, например, из свинца или обедненного урана, имеющий в основном плоскую поверхность, расположенную в непосредственной близости от детонатора вещества и выпуклую поверхность, противоположную упомянутой плоской поверхности или выпукло - выпуклую форму поверхности, основной заряд ВВ с кумулятивной выемкой примыкающий к линзе с обратной стороны и расположенные в едином корпусе.
Известен генератор плоской волны [2], содержащий инициатор, корпус с размещенными в нем предварительного заряда ВВ с пустотелой линзой с металлической кумулятивной облицовкой и основного заряда ВВ размещенного под основанием конической облицовки, сечение которой соответствует основанию кумулятивной облицовки генератора, с углом раствора облицовки определяемого из условия, чтобы в момент ее удара по поверхности основного заряда материал облицовки имел плоскую форму.
Недостатками рассмотренных технических решений являются наличие в конструкции кумулятивных зарядов, не разрушаемых линз, расположенных внутри основного заряда ВВ, снижающего эффективность кумулятивного заряда, и остающихся в створе скважины после подрыва кусочков материала линзы.
Целью работы является повышение эффективности кумулятивных зарядов с линзами. Техническим результатом работы является возможность формирования детонационной волны с плоским фронтом линзой, разрушаемой после формирования ею плоской волны.
Предлагаемый взрывной генератор плоской волны [3] содержит инициатор, корпуса с размещенными в нем предварительного заряда ВВ с пустотелой линзой кумулятивной выемкой облицованной конической металлической оболочкой (линзой) с металлической кумулятивной облицовкой и основного заряда ВВ размещенного под основанием конической облицовки, сечение которой соответствует основанию кумулятивной облицовки генератора, с углом раствора облицовки определяемой из условия, чтобы в момент ее удара по поверхности основного заряда материал облицовки имел плоскую форму, при этом облицовка (линза) выполнена из спрессованных порошков металла, например, железа, или металлокерамики пропитанных целлулоидом с количеством наполнителя изменяющегося в пределах от 20 до 50%.
На фиг. 1 изображено устройство взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов. На фиг. 2 - приведен пример процесса преобразования детонационной волны со сферически расходящимся волновым фронтом в волну с плоским фронтом и разрушения материала линзы во времени в гиперкумулятивном заряде для перфорации скважин [4-6].
Устройство взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов содержит инициатор 1, предварительный заряд ВВ 2, пустотелая
линза с металлической кумулятивной облицовкой 3, основной заряд ВВ 4 с кумулятивной выемкой 6, корпуса устройства 5. Пустотелая линза с кумулятивной облицовкой 3 может быть выполнена из металлокерамики пропитанной целлулоида с количеством наполнителя изменяющегося в пределах от 20 до 50%.
Работает устройство следующим образом. Инициатор 1 (электродетонатор, детонирующий шнур, капсюль детонатор) возбуждает симметричную детонационную волну в предварительном заряде ВВ 2 с формой формы волны детонации близкой к сферически расходящейся. Сформированная детонационная волна падает на полую линзу кумулятивную облицовку 3. Продукты детонации заряда предварительного заряда ВВ 2 метают пустотелую линзу с кумулятивной облицовкой 3, одновременно возбуждая в материале линзы ударную волну. Пустотелая линза с кумулятивной облицовкой 3 выгибается и приобретает плоскую форму, ударяет по основному заряду ВВ 4 с кумулятивной выемкой 6. В основном заряде ВВ возбуждается детонационная волна с плоским фронтом которая далее взаимодействует с кумулятивной облицовкой с формированием кумулятивной струи. Одновременно ударная волна в материале такой динамической линзы взаимодействуя с материалом наполнителя вызывает разлет материала линзы в радиальном направлении от оси симметрии заряда. Экспериментально определено, что при количестве наполнителя менее 20% разлет материала линзы не происходит. А при количестве наполнителя более 50 % разлет материала линзы происходит очень быстро и инициирование основного заряда ВВ 4 становится неустойчивым. Максимальная скорость разлета материала линзы при количества наполнителя 50% составляет 170-200 м/с. Таким образом, можно, в зависимости от концентрации целлулоида в смеси использовать этот материал в качестве материала для линзы, когда материал не сжимается, а расширяется после взрыва. Это факт оказывается важным, например, в сдвоенных кумулятивных зарядах.
Важным свойством материала линзы в большинстве случаев, должны быть возможность его «рассыпания» после силового воздействия взрыва. В этом направлении перспективны композиционные материалы, в состав которых могут входить вещества содержащие окислитель и горючее и при адиабатическом сжатии превращающиеся в газ, вызывающий разрушение сгустка вспомогательного вещества. В такой среде термодинамического равновесия за фронтом ударной волны в материале облицовки нет. Например, изделие из смеси металлического порошка и целлулоида, где он может быть связующим, или пропитка целлулоид сформированной детали раствором в ацетоне во время кумулятивного взрыва ведут себя таким образом. Целлулоид при высоком давлении разлагается полностью, а нормальных давлениях является безопасным материалом. Из него изготавливают детские игрушки. Тело линзы может быть так же сформировано из полуактивных материалов, например, из смеси металлокерамики или порошков металлов с целлулоидом.
Более того, можно упростить изготовление такого рода деталей, используя например, целлулоид в качестве связующего в конструкции и миновать стадию спекания изделия из порошка до пропитки её целлулоидом, что удешевит и упростит технологию изготовления такого рода изделий.
Для изготовления полуактивной линзы использовались порошки железа. Использовались фракции частиц порошка размером менее 50 мкм, которые отсеивались с помощью сита. Полуактивная линза изготавливалась прессованием заготовок с последующим токарным точением. В качестве наполнителя использовался целлулоид, который предварительно растворялся ацетоном.
Таким образом, рассыпающаяся в радиальном направлении от оси симметрии заряда линза из порошкового или металлокерамического материала пропитанная целлулоидом, не засоряет кусками металла скважинное пространство и повышается эффективность применения кумулятивных зарядов с линзами.
Предлагаемое устройство управления детонационным фронтом прошло экспериментальную проверку и доступно для методов вычислительного эксперимента.
Работа частично поддержана грантом РФФИ 15-03-00691.
Рис. 1. Устройство взрывного генератора плоской волны для кумулятивных перфораторов. 1 - инициатор, 2 - предварительный заряд взрывчатого вещества, 3 - полая линза, 4 - основной заряд взрывчатого вещества, 5 - корпус, 6 - кумулятивная выемка
в
Рис. 2. Процесс преобразования детонационной волны со сферически расходящимся волновым фронтом в волну с плоским фронтом и разрушения материала линзы во времени в гиперкумулятивном заряде для перфорации
скважин
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент РФ № 2160880.
2. Патент РФ № 2317406.
3. Положительное решение по заявке № 2013145208 от 11.10.2014, взрывной генератор плоской волны для кумулятивных перфораторов.
4. Минин В.Ф., Минин И.В., Минин О.В. Физика гиперкумуляции и комбинированных кумулятивных зарядов. Новосибирск: ООО «Новополиграфцентр», 2013 - 272 с.
5. Минин И. В., Минин О. В. Максимальная скорость сплошной кумулятивной струи // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 128-137.
6. Минин И.В., Минин О.В. Кумулятивные заряды. - Новосибирск: СГГА, 2013. - 199 с.
© О. В. Минин, В. Ф. Минин, И. В. Минин, 2015
