[发明专利]一种新型射孔弹

说明书

技术领域

本发明属于石油生产领域，具体涉及到一种新型射孔弹。

技术背景

现在各油田的采油，是在打出的油井内从上到下放置一系列射孔弹(一般每米长度放13～16发，且相位各异，如图1所示，利用射孔弹爆炸产生的金属射流，在井壁上射出一系列深孔，此后，油井才开始出油。射流的能量越高、速度越大，则射穿的孔就越深，油井的出油率就越高。所以，射孔这一环节对采油至关重要，石油部门将它比喻为石油生产全过程的最后“临门一脚”。穿孔深度已成为评定射孔弹性能优劣的重要指标。提高射孔弹的穿孔能力也是各射孔弹研制和生产部门的追求目标。

现有的石油射孔弹是一个轴对称旋转体，由金属粉末制成的药型罩(亦称聚能罩)、弹壳、炸药装药、引爆装置(雷管或导爆索)等组成，其结构剖面示意图如图2所示。其作用原理是：由雷管引爆其相邻处的炸药，生成爆轰波，该波进一步发展并向前传播，如图3所示，陆续将全部主装药引爆，产生高温高压，将金属粉末药型罩压跨，迅速向内聚拢，在对称轴上发生强烈碰撞，产生一束沿对称轴射出的高温高速金属射流。射孔弹从起爆到射流形成全过程的数值模拟结果如图6所示。

上述现有射孔弹的爆炸都是由雷管一点引发的，这种引爆方式统称为点爆方式，它引爆装药后所生成的爆轰波，其波形基本上是以引爆点为圆心的球面波，它在弹内炸药中的传播，是沿着药型罩表面“滑移”，即所谓的“滑移爆轰”，如图3所示。由于爆轰波后爆炸产物(气体)的运动方向与爆轰波的运动方向相同，因此爆炸产物也是沿着药型罩表面滑移，而不是朝向药型罩运动。因此，爆炸产物的大部分动能就没有直接作用在药型罩上用于对罩压跨，而是沿其运动方向向外作用，被损失掉了。通常，炸药爆炸的能量只有少部分能够有效地作用于药型罩而转化为射流的动能。通常把射孔弹的射流动能与装药总能之比叫做射孔弹的能量利用率。如何提高能量利用率，使射孔弹的有限装药的能量尽可能多地转化为射流动能，是射孔弹研制的一个重要努力方向。

发明内容

本发明为解决上述现有技术的不足，提出一种新型石油射孔弹，该弹是以现有的射孔弹为基础，在弹内部加装一个爆轰波整形器，从而提高了炸药能量利用率，增大了射流的速度、质量和动能，增强了射孔能力。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案实现的：

一种新型射孔弹，包括弹壳、引爆装置、主装药、传爆药和药型罩，所述药型罩的顶端置有一整形器，所述整形器与弹壳之间的间隙构成传爆药通道；所述整形器中的冲击波晚于所述传爆药的爆轰波到达主装药。

上述整形器轴对称。

上述整形器是一个圆台，所述整形器的一端与药型罩的顶端接触。

上述整形器是一端有凹陷的圆台，所述凹陷区域与所述药型罩的顶端相匹配。

对于127型和178型射孔弹，上述整形器的厚度为5～10mm，底面直径约为20～25mm。

整形器的作用在于有效阻碍爆轰波的传播。当爆轰波碰到整形器时，将在整形器内产生一个冲击波，冲击波的速度和压力较低，从而延迟爆轰波传到整形器底部的时间，使传爆药通道中的爆轰波先到达主装药交界面处，确保对主装药实现环形引爆。整形器的材料是低密度、低声速的惰性材料，且有一定强度，保证整弹生产中压装炸药时整形器不会被压坏。低密度指密度低于1.5g/cm³，低声速指声速低于3.0km/s，整形器的形状是一个轴对称圆台，在弹体内置放于药型罩的顶端，与弹壳之间留有一定空间供填装传爆药，原则是要有利于射流的形成。图4是本发明的射孔弹结构的剖面示意图。

本发明的作用原理如下：

由引爆装置雷管引爆邻近的传爆药，由此生成的爆轰波在传播初期将先碰到整形器，波面的一部分将受阻被隔断，而波面未受阻部分将沿整形器与弹壳之间填满传爆药的通道继续传播，当波传到通道的端面处将与主装药相碰并引爆主装药。如图5所示，看到的该端面实为一个旋转环面，所以，主装药是在该环面上被引爆，即以“环爆”方式被引爆。此环爆将在主装药中生成一个基本向内传播的爆轰波，该波对药型罩的作用则接近于一种正面冲压，这种作用大大强于“滑移”的作用，可使更多的爆轰能量用于对药型罩压垮，从而使产生的射流速度更大，能量更高，对油井的穿孔深度更深。本发明的新型射孔弹射流形成过程的数值模拟物质图如图7所示。

本发明的效果与传统的射孔弹相比较，具有如下的优点和积极效果：

1、由于把对主装药的引爆方式由“点爆”变成了“环爆”，使得在主装药中生成的爆轰波对药型罩的作用大大强于“点爆”的作用，使更多的爆轰能量用于对药型罩压垮；