Блок кумулятивного заряда и способ разрушения мишени

011184 Уровень техники Настоящее изобретение относится к блоку кумулятивного заряда, предназначенному для использования при перфорировании нефтяных скважин, в военных и других применениях. Термин кумулятивный заряд используется в этом описании для обозначения заряда, который при инициировании создает направленный высокоскоростной активный элемент. Этот активный элемент может представлять собой высокоскоростную вытянутую струю, за которой следует низкоскоростной кусок металла или выкованный взрывом снаряд. Во многих вариантах применения необходимо разрушать мишень более чем одним способом. Например, при перфорировании нефтяных скважин, во-первых, необходимо, чтобы поперечные каналы глубоко проникли внутрь окружающей горной породы, содержащей углеводороды, и, во-вторых, необходимо, чтобы каналы имели большие поперечные сечения. В настоящее время эти два требования диктуют использование двух отдельных кумулятивных зарядов с различными конфигурациями. Два отдельных кумулятивных заряда могут занимать слишком много места в случае применения для некоторых приложений. Задача изобретения Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать альтернативный блок кумулятивного заряда и способ разрушения мишени, при помощи которых, как полагает заявитель, вышеупомянутые недостатки могут быть, по меньшей мере, смягчены. Сущность изобретения Согласно изобретению предлагается блок кумулятивного заряда, содержащий первый кумулятивный заряд; промежуточный заряд, формирующий волну; и второй кумулятивный заряд; при этом блок выполнен так, что первый активный элемент, образованный при инициировании первого кумулятивного заряда, вызывает детонацию промежуточного заряда, формирующего волну, который в свою очередь вызывает инициирование второго кумулятивного заряда. Первый и второй кумулятивный заряды могут быть расположены в корпусе, и при использовании первый активный элемент движется за пределы корпуса после детонации промежуточного заряда, формирующего волну, чтобы разрушать мишень. Предпочтительно, чтобы первый и второй кумулятивный заряды были расположены концентрически по отношению к основной оси корпуса. Корпус может иметь первый конец и второй конец, и основная ось может проходить между первым и вторым концами. Блок может содержать детонатор, расположенный у первого конца, промежуточный заряд, формирующий волну, может быть расположен у второго конца, и упомянутый первый активный элемент и второй активный элемент, образованный при инициировании второго кумулятивного заряда, могут выходить из корпуса на втором его конце с тем, чтобы разрушить мишень. Первый кумулятивный заряд может быть выполнен у первого конца, а второй кумулятивный заряд может быть предусмотрен между первым кумулятивным зарядом и вторым концом корпуса. Первый кумулятивный заряд может содержать первое тело взрывчатого вещества и первый вкладыш, имеющий первый калибр. Второй кумулятивный заряд может содержать второе тело взрывчатого вещества и второй вкладыш, имеющий второй калибр. Первый калибр может быть меньше, чем второй калибр. В других вариантах осуществления изобретения, в которых имеется достаточное пространство или промежуток между первым и вторым кумулятивными зарядами, первый и второй калибры могут быть, по существу, равными, или первый калибр может быть больше, чем второй калибр. Первый и второй вкладыши, каждый, могут содержать полый конус, имеющий область вершины и соответствующее, находящееся напротив нее основание, и соответствующие основания могут быть обращены по направлению ко второму концу. Первый вкладыш может быть изготовлен из подходящего металла, такого как медь или железо, а второй вкладыш может быть изготовлен способом порошковой металлургии. Конусы могут иметь прямолинейные стенки, или же стенки могут быть криволинейными,так что вкладыши имеют форму воронки или тюльпана. Второй вкладыш может быть усечен, что определяет отверстие в области его вершины. Первый кумулятивный заряд может быть расположен вблизи второго кумулятивного заряда или быть размещен на втором кумулятивном заряде и установлен соосно с этим отверстием. Промежуточный заряд, формирующий волну, имеет в основном коническую форму и может составлять часть узла промежуточного заряда, формирующего волну, при этом узел содержит первый и второй полые металлические конусы, ограничивающие слой промежуточного заряда, формирующего волну, расположенный между ними. Слой промежуточного заряда, формирующего волну, может заканчиваться расположенным по периферии кольцеобразным инициирующим зарядом. Инициирующий заряд может находиться в инициирующей взаимосвязи, предпочтительно в непосредственном контакте, с упомянутым вторым телом взрывчатого вещества второго кумулятивного заряда.-1 011184 Имеющий коническую форму узел промежуточного заряда, формирующего волну, может содержать область вершины и находящееся напротив нее основание. Предпочтительно, чтобы этот узел был установлен концентрически по отношению к первому и второму кумулятивному заряду, при этом, чтобы его основание было обращено по направлению к первому концу корпуса. Также объем настоящего изобретения включает в себя способ разрушения мишени, содержащий этапы, на которых инициируют первый кумулятивный заряд для того, чтобы образовать первый активный элемент; используют первый активный элемент для того, чтобы инициировать второй кумулятивный заряд; обеспечивают первым активным элементом разрушение мишени с первым видом разрушения; и обеспечивают вторым активным элементом разрушение мишени со вторым видом разрушения. Форма и/или конфигурация и/или материалы первого кумулятивного заряда могут быть выбраны такими, чтобы вызывать разрушение первого вида, а форма и/или конфигурация и/или материалы второго кумулятивного заряда могут быть выбраны такими, чтобы вызывать разрушение второго вида. Первый вид разрушения может отличаться от второго вида разрушения. Первый и второй кумулятивные заряды могут быть расположены в одном корпусе, упомянутый первый активный элемент может представлять собой снаряд, который движется за пределы корпуса после инициирования второго кумулятивного заряда, чтобы разрушать мишень, а второй активный элемент может представлять собой вытянутую струю, которая также движется за пределы корпуса, также чтобы разрушать мишень. Краткое описание чертежей Изобретение будет далее описано только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи,на которых: фиг. 1 - схематическое представление нефтяной скважины и перфоратора для нее, содержащего блок кумулятивного заряда согласно изобретению; и фиг. 2 - схематическое осевое сечение блока кумулятивного заряда согласно изобретению. Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения На фигурах ссылочная позиция 10 обозначает в целом блок кумулятивного заряда согласно изобретению. Хотя блок может быть использован в разнообразных вариантах применения, на фиг. 1 в качестве примера проиллюстрировано применение его в перфорировании нефтяных скважин. Нефтяная скважина 12 пробурена известным способом в горной породе 14, содержащей углеводороды. Скважина укреплена обсадной трубой 16 также хорошо известным способом. На практике, для того чтобы создать каналы или ответвления 18, пролегающие перпендикулярно скважине, и через которые нефть и газ могут течь из тела 14 породы в скважину 12, требуется перфорировать обсадную трубу 16 и тело породы. Блок 10 согласно изобретению, предназначенный для выполнения перфорирования, будет более подробно описан со ссылкой на фиг. 2. В этом виде применения обычно имеется жесткое ограничение на общую длину блока 10. Блок 10 содержит металлический корпус 20, имеющий основную продольную ось 22, проходящую между первым концом 23 корпуса и вторым концом 25 корпуса. Корпус в основном имеет круглое поперечное сечение, и блок содержит первый в основном круглый кумулятивный заряд 24, содержащий первый металлический вкладыш 26 из меди или железа и связанное с ним первое тело 28 взрывчатого вещества. Концентрически по отношению к первому заряду 24 на оси 22 расположен второй в основном круглый кумулятивный заряд 30. Второй кумулятивный заряд 30 содержит второй вкладыш 32, изготовленный способом порошковой металлургии, и связанное с ним второе тело 34 взрывчатого вещества. Первый и второй вкладыши имеют форму полых конусов, каждый из которых содержит область вершины и соответствующее находящееся напротив нее основание. В показанном варианте осуществления изобретения второй вкладыш 32 имеет второй калибр d2 и выполнен в форме усеченного конуса, определяющего отверстие 36 в области вершины конуса. Первый вкладыш 26 имеет первый и меньший калибр в том смысле, что первый калибр d1 первого вкладыша меньше, чем вышеупомянутый второй калибр. Первый кумулятивный заряд размещен на втором кумулятивном заряде, и первый вкладыш 26 установлен соосно с отверстием 36. В других вариантах осуществления изобретения, там, где имеется достаточно пространства между первым и вторым кумулятивными зарядами, первый и второй калибры могут быть равными или первый калибр может быть больше, чем второй калибр. Конусы могут иметь прямолинейные стенки,как это показано на чертеже, в качестве же альтернативы стенки могут быть криволинейными, так что вкладыши имеют форму воронки или тюльпана. Первый кумулятивный заряд 24 предусмотрен у первого конца 23, а второй кумулятивный заряд 30 предусмотрен между первым зарядом и вторым концом 25. Соответствующие основания вкладышей обращены по направлению ко второму концу 25. На втором конце 25 предусмотрен узел 38 промежуточного заряда, формирующего волну, содержащий первый и второй обращенные в обратном направлении полые металлические конусы 40 и 42, которые также установлены концентрически по отношению к оси 22. Конусы 40 и 42 ограничивают промежуточный заряд, формирующий волну, в виде слоя 44 взрывчатого вещества, расположенного между ними. Слой 44 содержит мелкозернистое взрывчатое вещество, такое как HNS. Предпочтительно, чтобы-2 011184 слой 44 был тонким, и предпочтительно, чтобы взрывчатое вещество 44 имело высокую степень гомогенности. Слой 44 заканчивается расположенным по периферии кольцеобразным инициирующим зарядом 46. Этот инициирующий заряд находится в инициирующей взаимосвязи, предпочтительно в непосредственном контакте, со вторым телом 34 взрывчатого вещества второго кумулятивного заряда 30. У первого конца 23 предусмотрен детонатор 48 для зарядного блока 10. Выбор и расположение взрывчатого материала в кольцевой области 50 тела 34 взрывчатого вещества таково, чтобы ударное воздействие от детонации тела 28 первого кумулятивного заряда 24 не инициировало детонацию тела 34 взрывчатого вещества второго кумулятивного заряда 30. При использовании детонатор 48 инициирует тело 28 взрывчатого вещества первого кумулятивного заряда 24. Форма первого вкладыша 26 такова, что при детонации образуется первый активный элемент в виде выкованного взрывом снаряда, который имеет скорость примерно 3000 м/с, и скорость его соответствующих областей вдоль траектории перемещения по направлению ко второму концу 25 различается лишь в незначительной мере. Головная верхушка снаряда воздействует на узел 38 промежуточного заряда, формирующего волну,с энергией, достаточной для того, чтобы инициировать детонацию слоя 44. Благодаря вышеперечисленным свойствам узла 38 эта детонация распространяется быстро и радиально в наружном направлении между металлическими конусами 40 и 42 и, в свою очередь, инициирует детонацию кольцеобразного инициирующего заряда 46. Инициирующий заряд, в свою очередь, инициирует детонацию по периферии второго тела 34 взрывчатого вещества второго элемента 30 кумулятивного заряда. Вышеупомянутый снаряд первого кумулятивного заряда благодаря форме и конфигурации первого кумулятивного заряда имеет после перфорирования узла 38 достаточно энергии для того, чтобы двигаться за пределы второго конца 25 корпуса и чтобы пробить в обсадной трубе 16 скважины отверстие со сравнительно большой площадью поперечного сечения, равно как и пробить в теле 14 породы первую часть канала 18 (показанного на фиг. 1) со сравнительно большой площадью поперечного сечения диаметра d3. Упомянутое отверстие в обсадной трубе 16 и в теле 14 породы, проделанное снарядом от первого заряда 24, полезно для увеличения проникновения в тело 14 породы второго активного элемента в виде вытянутой струи, образуемой вторым зарядом 30. Разрушение второго вкладыша 32 имеет своим результатом второй активный элемент в виде порошковой струи, который имеет место по времени после того, как вышеупомянутый снаряд первого кумулятивного заряда проник внутрь мишени 16, 14, как это описано выше. Форма и конфигурация второго кумулятивного заряда 30 являются такими, чтобы полученный в результате второй активный элемент вызывал глубокое проникновение на расстояние d4 в тело 14 породы. Должно быть понятно, что форма, конфигурация и материалы во втором кумулятивном заряде 30 могут быть выбраны независимо и отличным образом от параметров первого кумулятивного заряда 24 так, чтобы полученная в результате вытянутая порошковая струя вызывала бы разрушение мишени, причем это разрушение обычно отличается от разрушения, которое было бы вызвано снарядом, полученным от первого кумулятивного заряда. Блок 10 согласно изобретению также вызывает свойственную ему временную задержку между инициированием первого и второго кумулятивных зарядов, соответственно. Эта временная задержка может быть сделана такой, чтобы к тому времени, как начнет образовываться второй активный элемент, активного элемента первого заряда уже не было бы на его пути, вследствие чего снижается вероятность раннего взаимодействия между двумя активными элементами. Мишень может представлять собой объект, отличный от обсадной трубы 16 и тела 14 породы, что были описаны выше, она может представлять собой военную мишень или другую мишень, и, следовательно, блок согласно изобретению может в равной степени найти свое применение в военных и других вариантах применения. В другом варианте применения изобретения блок кумулятивного заряда требуется для того, чтобы проломить стену мишени с причинением повышенного разрушения за стеной. Для такого варианта применения блок 10 выполняется таким образом, что первый кумулятивный заряд 24 создает первый активный элемент, который способен перфорировать стену. Вкладыш 32 второго кумулятивного заряда 30 содержит подходящий материал, способный создать второй активный элемент, в котором поддерживается химическая реакция, которая вызвала бы повышенное разрушение за стеной. В этой конфигурации между первым и вторым кумулятивными зарядами может быть подходящее расстояние или зазор и калибр или диаметр первого кумулятивного заряда может быть больше, чем диаметр второго кумулятивного заряда. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Блок кумулятивного заряда, содержащий первый кумулятивный заряд и второй кумулятивный заряд, установленные соосно у первого конца блока; промежуточный заряд, установленный соосно с первым и вторым кумулятивными зарядами у второго конца блока; при этом блок выполнен так, что первый активный элемент, образованный при инициировании первого кумулятивного заряда, движется вдоль оси по направлению ко второму концу и вызывает детонацию промежуточного заряда, который, в свою очередь, вызывает инициирование второго кумулятивного заряда, причем первый активный элемент движется вдоль оси за пределы второго конца и вызывает первый вид разрушения мишени, а второй активный элемент, образованный при инициировании второго заряда, движется вдоль оси за пределы второго конца и вызывает второй вид разрушения мишени. 2. Блок по п.1, содержащий корпус, в котором расположены первый и второй кумулятивные заряды и промежуточный заряд. 3. Блок по п.1 или 2, содержащий детонатор для блока, расположенный у первого конца блока. 4. Блок по любому из пп.1-3, в котором первый кумулятивный заряд содержит первое тело взрывчатого вещества и первый вкладыш, имеющий первый калибр, при этом второй кумулятивный заряд содержит второе тело взрывчатого вещества и второй вкладыш, имеющий второй калибр. 5. Блок по п.4, в котором первый и второй вкладыши имеют в основном коническую форму, имеющую область вершины и соответствующее находящееся напротив нее основание, при этом соответствующие основания обращены по направлению ко второму концу. 6. Блок по любому из пп.4 и 5, в котором первый калибр равен второму калибру. 7. Блок по любому из пп.4 и 5, в котором первый калибр больше, чем второй калибр. 8. Блок по любому из пп.4 и 5, в котором первый калибр меньше, чем второй калибр. 9. Блок по пп.8, в котором второй кумулятивный заряд размещен между первым кумулятивным зарядом и вторым концом. 10. Блок по п.9 в той мере, в какой он зависит от п.5, в котором конус второго вкладыша является усеченным и определяет отверстие в области вершины. 11. Блок по п.10, в котором первый кумулятивный заряд установлен соосно отверстию. 12. Блок по любому из пп.4-11, в котором первый вкладыш изготовлен из металла, а второй вкладыш изготовлен с использованием порошковой металлургии. 13. Блок по любому из пп.1-12, в котором промежуточный заряд имеет вид в основном конического слоя и образует часть конического узла промежуточного заряда, формирующего волну, при этом узел содержит первый и второй полые металлические конусы, ограничивающие указанный слой между ними. 14. Блок по п.13, в котором слой промежуточного заряда заканчивается расположенным по периферии кольцеобразным инициирующим зарядом. 15. Блок по п.14, в котором инициирующий заряд находится в непосредственном контакте с упомянутым вторым телом взрывчатого вещества второго кумулятивного заряда. 16. Блок по любому из пп.13-15, в котором конический узел промежуточного заряда, формирующего волну, содержит область вершины и находящееся напротив нее основание, при этом основание обращено по направлению к первому концу блока. 17. Способ разрушения мишени, содержащий этапы, на которых инициируют первый кумулятивный заряд для того, чтобы сформировать первый активный элемент,движущийся соосно основной оси по направлению к мишени; используют первый активный элемент для инициирования второго кумулятивного заряда, чтобы сформировать второй активный элемент, также движущийся соосно основной оси по направлению к мишени; вызывают первый вид разрушения мишени первым активным элементом и вызывают второй вид разрушения мишени вторым активным элементом. 18. Способ по п.17, в котором первый вид разрушения отличается от второго вида разрушения. 19. Способ по п.18, в котором первый элемент вызывает образование первого отверстия, имеющего первую площадь поперечного сечения и простирающегося вглубь мишени на первое расстояние, причем второй элемент вызывает образование второго отверстия, по существу, соосного первому отверстию,имеющего вторую площадь поперечного сечения и простирающегося вглубь мишени на второе расстояние, при этом первая площадь больше, чем вторая площадь, а второе расстояние больше, чем первое расстояние.