универсальный взрывной патрон для производства прострелочно- взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах

Формула изобретения

1. Универсальный взрывной патрон для производства прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах, содержащий гильзу, снаряженную основным зарядом взрывчатого вещества, воспламенительным и пиротехническим составами и инициирующим взрывчатым веществом, и индуктивный импульсный узел связи в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с токоведущей магистральной боевой линией геофизического кабеля, а вторичная - с нитью мостика накаливания, отличающийся тем, что он снабжен предохранительной втулкой из прочного материала, тонкостенной трубкой и уплотнительными резиновыми кольцами, при этом тонкостенная труба установлена в предохранительную втулку по скользящей посадке, после чего в нее запрессованы воспламенительный состав, пиротехнический состав с высокой температурой горения в качестве пиротехнического состава и бризантное взрывчатое вещество, обладающее свойством перехода в процессе экзотермического ускоряющегося горения во взрывную реакцию, в качестве инициирующего взрывчатого вещества, предохранительная трубка помещена в гильзу с основным зарядом взрывчатого вещества, импульсный трансформатор индуктивного импульсного узла связи выполнен в виде отдельного залитого пластиком элемента взрывного патрона, соединен с гильзой по посадочному месту, в пазах-проточках которого расположены уплотнительные резиновые кольца, посредством тугой посадки с последующей закаткой торцевой кромки гильзы, а выводы первичной и вторичной обмоток сердечника импульсного трансформатора выполнены герметичными.

2. Универсальный взрывной патрон по п.1, отличающийся тем, что воспламенительный и пиротехнический составы и бризантное взрывчатое вещество запрессованы по каждому слою отдельно давлением 10 - 100 МПа.

3. Универсальный взрывной патрон по п.1, отличающийся тем, что предохранительная втулка выполнена с соотношением внутреннего диаметра и длины в пределах от 1 : 4 до 2 : 10.

4. Универсальный взрывной патрон по п.1, отличающийся тем, что пиротехнический состав и бризантное взрывчатое вещество использованы с соотношением масс от 1 : 2,5 до 2 : 10.

5. Универсальный взрывной патрон по п.1, отличающийся тем, что количество витков первичной и вторичной обмоток индуктивного импульсного узла связи выполнено как соотношение 1 - 4 к 2 - 10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к производству прострелочно-взрывных работ (ПВР) для взрывного инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры (ПВА), спускаемой в нефтяные и газовые скважины на геофизическом кабеле.

Известными аналогами изобретения являются взрывные патроны для инициирования ПВА типа ПВПД-165, ПВПД-М, ПВГУ-4(20), ПГ-170, серийно выпускаемые промышленностью. Патроны предназначены для задействования герметичных и негерметичных ПВА, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле, и содержат гильзу с размещенными в ней электровводом, мостиком накаливания, воспламенителем, высокочувствительным к тепловым воздействиям инициирующим взрывным веществом типа азида свинца и зарядом бризантного взрывчатого вещества типа гексогена, ГНДС, НТФК, где герметизация корпуса патрона осуществляется путем закатки торца гильзы по пластиковой торцовой части изделия (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник/Под ред. Л.Я.Фридляндера.- М.: Недра, 1990, с. 21-28).

Данные герметичные взрывные патроны широко используются в отечественной промышленности для взрывного инициирования бескорпусных и частично разрушаемых негерметичных перфораторов типа ПКС-80(-105), ПР-43(-54), ПРК-42(-54), ПМИ-48, а также различных по конструкции фугасных торпед и других взрывных устройств в нефтяных, газовых и водяных скважинах. При работе с данными типами ПВА имеет место контакт скважинной жидкости непосредственно со взрывным патроном, вследствие чего он подвергается влиянию высоких барических и термических воздействий. Этим определяется главный недостаток таких устройств - высокая чувствительность к любым источникам электрической энергии, способным обеспечить в электрической цепи взрывного контура сопротивление 1-2,5 Ом и величину тока более 200-250 МА, включая и статическое электричество. Вследствие высокой чувствительности патроны являются опасными в использовании.

В другим известном типе взрывных патронов для ПВА, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле, не существует прямой гальванической связи цепи мостика накапливания и цепи боевой кабельной линии, и передача электрической энергии на мостике накаливания осуществляется через импульсный трансформатор. Это обеспечивает весьма низкую чувствительность к действию токов и напряжений промышленной частоты и источников постоянного тока в пределах 10-950 В, что обеспечивает высокую степень безопасности при их промышленном применении (Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов. - М.: Углетехиздат, 1987, с. 9, 14, 16; патент Великобритании N 2040612; патент США N 4414901, кл. F 42 C 11/00, 1983). В остальном данные изделия не отличаются от опасных взрывных патронов.

Представителем взрывных патронов, принятым за прототип, является изделие ПВПД-Н (Щукин Ю. Г. , Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ. - М. : Недра, 1996). Это универсальный взрывной патрон, изготовленный и освоенный серийным производством ГП "Краснознаменец" (г. Санкт-Петербург), допущенный к промышленному производству Госгортехнадзор (постановление N 11-22/179 от 19.05.92). Изделие изготовлено в рамках реализации изобретения "Система электровзрывания", защищенного патентом N 2028576, зарегистрированным 09.02.95.

Данный универсальный взрывной патрон для производства ПВР в нефтяных и газовых скважинах содержит гильзу, снаряженную основным зарядом взрывчатого вещества, воспламенительным и пиротехническим составами и инициирующим взрывчатым веществом, и индуктивный импульсный узел связи в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с токоведущей магистральной боевой линией геофизического кабеля, а вторичная - с нитью мостика накаливания.

Наряду с целым рядом преимуществ данный взрывной патрон имеет недостатки: повреждения конструкции патрона на глубинах, где гидростатическое давление скважинной жидкости может превышать 20-30 МПа, сложность конструкции патрона, затрудняющая его качественное изготовление и сборку, что может повлечь за собой несанкционированный подрыв и несчастные случаи, наличие инициирующих взрывчатых веществ, являющихся высокочувствительными и приводящих к их подрыву при неосторожных действиях, низкая технологичность конструкции патрона для условий серийного производства.

Задачей изобретения является создание универсального взрывного патрона, надежного в работе, защищенного от несанкционированного подрыва, способного выдерживать гидростатические давления в скважинах до 100 МПа, конструктивно упрощенного, а следовательно, взрывного патрона безопасного, надежного и высокотехнологичного.

Все это достигается за счет того, что в универсальном взрывном патроне для производства ПВР в нефтяных и газовых скважинах, который содержит гильзу, снаряженную основным зарядом взрывчатого вещества, воспламенительным и пиротехническим составами и инициирующим взрывчатым веществом, и индуктивный импульсный узел связи в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого соединена с токоведущей магистральной боевой линией геофизического кабеля, а вторичная - с нитью мостика накаливания, согласно изобретению установлена предохранительная втулка из прочного материала, тонкостенная трубка и уплотнительные резиновые кольца, при этом тонкостенная трубка установлена в предохранительную втулку по скользящей посадке, после чего в нее запрессованы воспламенительный состав, пиротехнический состав с высокой температурой горения в качестве пиротехнического состава и бризантное взрывчатое вещество, обладающее свойством перехода в процессе экзотермического ускоряющего горения во взрывную реакцию, в качестве инициирующего взрывчатого вещества, предохранительная трубка помещена в гильзу с основным зарядом взрывчатого вещества, импульсный трансформатор индуктивного импульсного узла связи выполнен в виде отдельного залитого пластиком элемента взрывного патрона, соединен с гильзой по посадочному месту, в пазах-проточках которого расположены уплотнительные резиновые кольца, посредством тугой посадки с последующей закаткой торцевой кромки гильзы, а выводы первичной и вторичной обмоток сердечника импульсного трансформатора выполнены герметичными, воспламенительный и пиротехнический составы и бризантное взрывчатое вещество запрессованы по каждому слою отдельно давлением 10 - 100 МПа, предохранительная втулка выполнена с соотношением внутреннего диаметра и длины в пределах от 1:4 до 2:10, пиротехнический состав и бризантное взрывчатое вещество использованы с соотношением масс от 1:2,5 до 2:10, количество витков первичной и вторичной обмоток индуктивного импульсного узла связи выполнено как соотношение 1-4 к 2-10.

Таким образом, условие безопасности взрывного патрона обеспечено следующими существенными признаками: отсутствием высокочувствительного инициирующего взрывчатого вещества, функцию которого выполняет бризантное взрывчатое вещество, способное в процессе горения переходить во взрывную реакцию, установкой предохранительной втулки, которая позволяет выдерживать значительные гидростатические давления и нагрузку на растяжение при взрыве и которая, к тому же, является разгонной камерой с параметрами, обеспечивающими оптимальную взрывную реакцию, заливкой импульсного трансформатора пластиком и герметичностью выводов первичной и вторичной обмоток трансформатора; изготовлением индуктивного импульсного узла связи в виде отдельного элемента взрывного патрона, что обеспечивает безопасность при перевозке и хранении изделия, а также тем, что различные по природе вещества, участвующие во взрывной реакции, помещаются в отдельную трубку и изначально конструктивно не связаны со взрывным патроном. Надежность работы взрывного патрона обеспечена соединением его элементов посредством тугой посадки гильзы на индуктивный импульсный узел связи, снабженный для герметизации уплотнительными резиновыми кольцами в пазах-проточках посадочного места, и последующей закаткой торцевой кромки, а также выбором значений посадок, давления прессования слоев в тонкостенной трубке после установки ее в предохранительной втулке, соотношения масс пиротехнического состава и бризантного взрывчатого вещества и количества витков обмоток импульсного трансформатора. Технологичность взрывного патрона обеспечена простотой конструкции, операции заливки пластиком импульсного трансформатора и операции сборки трех элементов патрона - индуктивного импульсного узла связи, гильзы, снаряженной зарядом бризантного взрывчатого вещества, и предохранительной втулки в сборе.

На чертеже представлен продольный разрез универсального взрывного патрона.

Универсальный взрывной патрон содержит индуктивный импульсный узел связи, выполненный в виде импульсного трансформатора с сердечником 1 и первичной 2, и вторичной 3 обмотками, первичная обмотка 2 соединена с токоведущей магистральной боевой линией (геофизическим кабелем) 4, а вторичная обмотка 3 - с нитью мостика накаливания 5. Импульсный трансформатор в сборе залит полистиролом 6. Посадочное место 7 индуктивного импульсного узла связи снабжено уплотнительными резиновыми кольцами 8, установленными в пазах-проточках. Отдельным элементом взрывного патрона является гильза 9, снаряженная зарядом бризантного взрывчатого вещества 10. В предохранительной втулке 11, помещаемой в гильзу 9, установлена по посадке типа скользящей тонкостенная трубка 12, в которой запрессованы послойно воспламенительный состав 13, пиротехнический состав 14 и бризантное вещество 15, выполняющее функцию инициирующего взрывчатого вещества.

Предложенный взрывной патрон работает следующим образом.

После спуска ПВА в скважину в зону производства ПВР на первичную обмотку 2 импульсного трансформатора по геофизическому кабелю 4 подают электрический импульс с расчетными параметрами, вследствие чего во вторичной обмотке 3 наводится ЭДС, и на нить мостика накаливания 5 поступает электрический ток. Накаленная нить воспламеняет состав 13, который инициирует пиротехнический состав 14, вследствие чего возгорается бризантное взрывчатое вещество 15. Последнее в процессе экзотермического ускоряющего горения взрывается и вызывает взрывную реакцию заряда бризантного взрывчатого вещества 10, который инициирует прострелочно-взрывную аппаратуру.