Кумулятивний заряд - перфораційні системи

кумулятивний заряд

Кумулятивний заряд - заряд вибухової речовини з конічною, сферичної або клиноподібної виїмкою, вражаючі дії яких засновані на кумулятивний ефект (Див. Кумулятивний ефект). Кумулятивні перфоратори забезпечують створення перфораційних каналів найбільшої глибини, високу продуктивність робіт і тому стали основним видом техніки вторинного розкриття пласта. Основою кумулятивного перфоратора служить кумулятивний заряд, вражаючі дії яких засновані на кумулятивний ефект, тобто підвищенні дії вибуху в одному напрямку. Характеристиками зарядів є пробивна здатність, безвідмовність, термостійкість, баростойкость, разрушаемость, бризантне і фугасна дія. (Рис. 6). Кумулятивні заряди з конічною виїмкою, висота якої дорівнює діаметру отвору виїмки, що має металеве облицювання (завтовшки близько 1/30 діаметра отвору виїмки). пробиває сталеву броню товщиною, приблизно в 4 рази перевершує діаметр отвору виїмки. Кумулятивні заряди застосовуються в бронебійних снарядах, в капсулях-детонаторах і в зарядах, призначених для подрібнення негабаритних каменів на кар'єрах і ін. Об'єктах. Характерний приклад використання Кумулятивні заряди в військовій справі - реактивні протитанкові снаряди (рис. 7). У цих снарядах є значна за розміром порожниста головна частина, що забезпечує вибух снаряда на такій відстані від перешкоди, при якому бронебійна дію є максимальним. Інший приклад - лінійні Кумулятивні заряди, що мають подовжену форму і клинообразную виїмку у вигляді жолоба, облицьованого металом. Такі заряди застосовуються для перерезиванія металевих листів, стрижнів і конструкцій, зокрема при розбиранні наземних і підводних споруд.

Мал. 6. Етапи вибуху кумулятивного заряду: 1 - заряд; 2 - детонатор; 3 - облицювання; 4 - пробивається перешкода; 5 - фронт детонаційної хвилі; 6 - продукти детонації; 7 - початок формування кумулятивного струменя; 8 - струмінь пробиває перешкоду; 9 - струмінь відірвалася і пробила перепону.

Мал. 7. Поперечний перетин головної частини реактивного протитанкового снаряда «базука» (США): 1 - детонатор; 2 - конічна сталева оболонка; 3 - овальна частина; 4 - вибухова речовина (ВВ).

Маса ВВ визначає енергію вибуху заряду і пробивну здатність. Але підвищення маси призводить до збільшення деформації корпусів або каркасів перфоратора і фугасної дії на стінки свердловини, тому в перфораторах застосовують заряди з оптимальною масою ВВ.

Бризантна (включаючи осколкове) і фугасна дія зарядів - шкідливі фактори. Для їх зниження оптимізують конструкцію зарядів, використовуючи менші маси ВВ і корпусу, застосовуючи захисний чохол і покращуючи разрушаемость заряду.

Пробивна здатність характеризується глибиною пробиття, вхідним діаметром, формою, обсягом і чистотою каналу.

Глибина пробиття визначається шляхом відстрілу на стандартних бетонних мішенях з дотриманням спеціальної схеми розміщення заряду в перфораторі і зазору між перфоратором і обсадної колоною. Контроль параметрів пробиття виконується в ході виробництва, один відстріл на 150 - 200 зарядів.

На формування кумулятивного струменя і глибину пробиття істотно впливають відхилення від симетрії схлопування облицювання, тому наявність в кумулятивному заряді яких-небудь дефектів (разнотолщинность корпусу або облицювання, каверни, приховані раковини, тріщини в корпусі або облицюванні, неоднорідність ВВ по щільності) веде до розриву струменя , її відхилення від прямолінійного руху і, в підсумку, до зниження глибини пробиття.

Бажано досягати найбільшого обсягу каналу і форми, близька до циліндричної. Форма каналу у сучасних зарядів конічна, і його обсяг пов'язаний з глибиною пробиття і вхідним діаметром, зі збільшенням діаметра зменшується глибина. Сучасні заряди в порядку зниження глибини пробиття і зростання вхідного діаметра бувають наступних основних типів:

- SDP (Super Deep Penetration) - надглибоке проникання (або вУкаіни СП);

- DP (Deep Penetration) - глибоке проникнення (або ГП);

- GH (Good Hole) - гарне отвір;

- ВН (Big Hole) - великий отвір (або БО);

- SBH (Super Big Hole) - надвеликі отвір.

Раннє випускалися модифікації зарядів мали низькі показники пробиття - до 280-300 мм (по бетону), а в малогабаритних перфораторах - до 160 мм, а коефіцієнт гідродинамічного досконалості свердловини не перевищує 0,6.

Підприємство ЗАТ "Перфотех" випускає кумулятивні заряди нової конструкції (рис.3.), Що пробивають глибокий перфораційний канал, що забезпечується:

- оптимальним співвідношень форм і ваги корпусу, облицювання, чутливого і основного вибухової речовини;

- конструкцією облицювання, виготовленої з композиту металопорошків;

- високим ступенем концентричности розміщення в корпусі вибухової речовини і облицювання.

Рис.8. Пристрій кумулятивного заряду виробництва ЗАТ "Перфотех" до перфораторів багаторазового застосування: 1 - корпус заряду; 2 - ВВ; 3 - конічна облицювання; 4 - детонує шнур; 5 - корпус перфоратора; 6 - деталі кріплення заряду

Спеціальна упаковка з вакуумированием дозволяє зберегти показники пробиття при тривалому (до 2,5 років) зберігання і при суворих умовах транспортування. Глибині пробиття зарядів збільшена в 2-3 рази, виключено освіту "песта", надійно спрацьовують від детонуючих шнурів з лінійної щільністю 17 г / пог. м і безпечні в обігу (табл. 3.1).

Заряд кумулятивний ЗПК105 відноситься до нового покоління зарядів з підвищеною пробивною здатністю, призначений для корпусного перфоратора багаторазового застосування ПК 105-7, має знижене фугасна дія на корпус, знижена ймовірність застрелив корпусу перфоратора і зменшену масу ВВ при збереженні високої пробивну здатність.

Таблиця 8. Характеристики кумулятивних зарядів

Можливий варіант виконання зарядів на температуру 180 ° С

При роботі в свердловинах з високим тиском і помірною температурою використовуються заряди ЗПКО89Е, ЗПКО73Е і ЗПКО60Е термостійкістю 170 або 190 ° С, що детонує шнур ДШТ-200 і вибуховий патрон ПВПД-200.

Рис.9 Заряди перфоратора ПЛ70 і детонує шнур кріпляться до металевої стрічці

Для роботи при температурі понад 190 до 250 ° С використовують заряди 3ПКО89Е-250, 3ПКО73Е-250 і ЗПКО60Е-250, що детонує подовжений заряд ДУЗТ-250 і вибуховий патрон ЕДПВ-250. Перфоратори ПКОС89, ПКОС73 і ПКОС60, кумулятивні заряди ЗПКО89Е-250, ЗПКО73Е і ЗПКО60Е-250 виготовляють за спецзамовленням.

Зарядний комплект ЗПК105С-7 призначений для застосування в перфораторі ПК105-7, .рассчітан на відстріл 500 зарядів, складається із зарядів ЗПК105С і монтажних деталей для кріплення заряду в корпусі перфоратора.

Мал. 10. Заряди ЗПКС100Н і ЗПКС80Н в розрізі. Чорним кольором позначено ВВ

Зарядний комплект ЗПК105СМ-02 застосовується в перфораторах ПК105СМ-02, розрахований на відстріл 500 зарядів, складається із зарядів ЗПК105С, монтажних деталей, вибухові патрони в корпусі перфоратора і деталей для герметизації корпусу. Сферична форма ущільнювальної пробки і опорного диска дозволили оптимізувати відстань до першої перешкоди і виключити втрати в глибині пробиття каналу. Зарядний комплект ПК105СМ застосовується в перфораторі ПК105СМ.000, складається із зарядів ЗПК105С, монтажних деталей кріплення заряду, вибухові патрони в корпусі перфоратора і деталей для герметизації корпусу. Заряди, виготовлені зарубіжними фірмами можна розділити на три основні групи:

- Першу групу ( "капсульні" заряди Capsule) складають герметичні заряди з масою ВВ від 8 до 27 г.для безкорпусних перфораторів з поперечним розміром від 41 до 64 мм для робіт всередині НКТ.

- Друга група - негерметичні заряди з масою ВВ від 9 до 32 г для корпусних багаторазових перфораторів (з "вікнами" - Ported), що працюють усередині обсадної колони і мають габарити 79-127 мм.

- Третю групу - найчисленнішу - складають негерметичні заряди з масою ВВ від 1,8 до 13 г для корпусних одноразових перфораторів для робіт всередині НКТ, а для робіт всередині обсадної колони, маса ВВ зарядів - від 3 до 66,5 м

Найбільш поширеним вибуховою речовиною є гексоген як найдешевше, потужне з термостійкістю 160 ° С при часу витримки 2 год і 130 ° С з витримкою 2 діб. Гексоген застосовують в зарядах всіх типів перфораторів. Рідше використовується дорожчий, але більш термостійкий і більш потужний октоген; його можна застосовувати при температурі до 190 ° С при часу витримки 2 год і до 160 ° С з витримкою 2 діб. Для надглибоких свердловин за кордоном використовуються ДПС (при витримці 2 ч до 260 ° С і при 2 діб - до 230 ° С) і пірин (відповідно до 290 і до 260 ° С), які суттєво поступаються за потужністю і значно дорожче. Порівняльні дані про пробивну здатність зарядів ряду міжнародних фірм, зібрані А.А. Державців і Д.В. Часовський [12] наведені в таблиці. У таблиці видно залежність глибини і діаметру пробиття від кількості ВВ. Максимальна глибина пробиття досягнута зарядом PowerJet фірми Schlumberger - 1374 мм при заряді ВВ 38.0 м ВУкаіни заряди такого класу поки не випускаются.Расхожденія в результатах пояснюються також різними методами випробування.