1. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали для формирования облицовки.

2. Способ по п.1, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием и их сочетания.

3. Способ по п.1, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефин, акриловую смолу, стирольную смолу, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшую жирную кислоту, высший спирт, сложный эфир высшей жирной кислоты, амид высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер и их сочетания.

4. Способ по п.1, в котором разрыв связей включает химический разрыв связей и термический разрыв связей.

5. Способ по п.1, в котором разрыв связей включает обработку детали в форме облицовки разрывающим связи веществом.

6. Способ по п.5, в котором упомянутое разрывающее связи вещество выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту, органические растворители и их сочетания.

7. Способ по п.5, в котором дополнительно осуществляют нагрев детали в форме облицовки для удаления из нее оставшегося связующего вещества.

8. Способ по п.1, в котором указанную облицовку далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.

9. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором объединяют порошковый металл с органическим связующим веществом с образованием смеси, пропускают смесь через устройство для литья под давлением, выталкивают смесь из устройства для литья под давлением в пресс-форму с формованием в ней детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из детали в форме облицовки, причем деталь в форме облицовки не подвергают спеканию.

10. Способ по п.9, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием и их сочетания.

11. Способ по п.9, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные эфиры высшей жирной кислоты, амиды высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер и их сочетания.

12. Способ по п.9, в котором разрыв связей включает добавление в деталь в форме облицовки разрывающего связи вещества, которое выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту и органические растворители.

13. Способ по п.12, в котором деталь в форме облицовки дополнительно помещают в условия вакуума.

14. Способ по п.9, в котором разрыв связей включает нагрев детали в форме облицовки с удалением из нее остаточного связующего вещества и формированием облицовки в виде конечного продукта.

15. Способ по п.9, в котором указанную облицовку далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.

16. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, осуществляют ее обработку в устройстве для литья под давлением, затем выгружают смесь в пресс-форму с формованием облицовки и вынимают облицовку из пресс-формы.

17. Способ по п.16, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий и их сочетания.

18. Способ по п.16, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот, воскосодержащий полимер и их сочетания.

19. Способ по п.16, в котором полученная в пресс-форме облицовка представляет собой необработанную заготовку.

20. Способ формирования оболочки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь из металлического порошка и связующего вещества, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме оболочки кумулятивного заряда и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали для формирования оболочки кумулятивного заряда.

21. Способ по 20, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей сталь, вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, монель, инконель, алюминий и их сочетания.

22. Способ по п.20, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты; сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот, воскосодержащий полимер, связующие на основе ацетила, растворимые в воде, на основе агаровой воды и растворимые в воде/сшитые.

23. Способ по п.20, в котором разрыв связей включает химический разрыв связей и термический разрыв связей.

24. Способ по п.20, в котором разрыв связей включает обработку упомянутой детали в форме оболочки кумулятивного заряда разрывающим связи веществом.

25. Способ по п.24, в котором разрывающее связи вещество выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту и органические растворители.

26. Способ по п.24, в котором деталь в форме оболочки кумулятивного заряда подвергают нагреву для удаления из нее оставшегося связующего вещества.

27. Способ по п.20, в котором оболочку кумулятивного заряда далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.

28. Способ по п.20, в котором полученная в устройстве для литья под давлением оболочка представляет собой необработанную заготовку.

29. Способ по п.20, в котором дополнительно осуществляют спекание.

 

(57) Реферат / Формула:
Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали для формирования облицовки.

2. Способ по п.1, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием и их сочетания.

3. Способ по п.1, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефин, акриловую смолу, стирольную смолу, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшую жирную кислоту, высший спирт, сложный эфир высшей жирной кислоты, амид высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер и их сочетания.

4. Способ по п.1, в котором разрыв связей включает химический разрыв связей и термический разрыв связей.

5. Способ по п.1, в котором разрыв связей включает обработку детали в форме облицовки разрывающим связи веществом.

6. Способ по п.5, в котором упомянутое разрывающее связи вещество выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту, органические растворители и их сочетания.

7. Способ по п.5, в котором дополнительно осуществляют нагрев детали в форме облицовки для удаления из нее оставшегося связующего вещества.

8. Способ по п.1, в котором указанную облицовку далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.

9. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором объединяют порошковый металл с органическим связующим веществом с образованием смеси, пропускают смесь через устройство для литья под давлением, выталкивают смесь из устройства для литья под давлением в пресс-форму с формованием в ней детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из детали в форме облицовки, причем деталь в форме облицовки не подвергают спеканию.

10. Способ по п.9, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием и их сочетания.

11. Способ по п.9, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные эфиры высшей жирной кислоты, амиды высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер и их сочетания.

12. Способ по п.9, в котором разрыв связей включает добавление в деталь в форме облицовки разрывающего связи вещества, которое выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту и органические растворители.

13. Способ по п.12, в котором деталь в форме облицовки дополнительно помещают в условия вакуума.

14. Способ по п.9, в котором разрыв связей включает нагрев детали в форме облицовки с удалением из нее остаточного связующего вещества и формированием облицовки в виде конечного продукта.

15. Способ по п.9, в котором указанную облицовку далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.

16. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, осуществляют ее обработку в устройстве для литья под давлением, затем выгружают смесь в пресс-форму с формованием облицовки и вынимают облицовку из пресс-формы.

17. Способ по п.16, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий и их сочетания.

18. Способ по п.16, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот, воскосодержащий полимер и их сочетания.

19. Способ по п.16, в котором полученная в пресс-форме облицовка представляет собой необработанную заготовку.

20. Способ формирования оболочки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь из металлического порошка и связующего вещества, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме оболочки кумулятивного заряда и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали для формирования оболочки кумулятивного заряда.

21. Способ по 20, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей сталь, вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, монель, инконель, алюминий и их сочетания.

22. Способ по п.20, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты; сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот, воскосодержащий полимер, связующие на основе ацетила, растворимые в воде, на основе агаровой воды и растворимые в воде/сшитые.

23. Способ по п.20, в котором разрыв связей включает химический разрыв связей и термический разрыв связей.

24. Способ по п.20, в котором разрыв связей включает обработку упомянутой детали в форме оболочки кумулятивного заряда разрывающим связи веществом.

25. Способ по п.24, в котором разрывающее связи вещество выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту и органические растворители.

26. Способ по п.24, в котором деталь в форме оболочки кумулятивного заряда подвергают нагреву для удаления из нее оставшегося связующего вещества.

27. Способ по п.20, в котором оболочку кумулятивного заряда далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.

28. Способ по п.20, в котором полученная в устройстве для литья под давлением оболочка представляет собой необработанную заготовку.

29. Способ по п.20, в котором дополнительно осуществляют спекание.

 

---

009749
Предпосылки создания изобретения Область техники
В целом, изобретение относится к области нефте- и газодобычи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу изготовления облицовки кумулятивного заряда с использованием литья под давлением.
Уровень техники
Наряду с другими областями применения, стреляющие (пулевые или кумулятивные) перфораторы используются для создания гидравлических коммуникационных проходов, называемых перфорационными каналами или отверстиями, в пробуриваемых сквозь пласты пород скважинных стволах с тем, чтобы предопределенные участки пластов могли быть гидравлически соединены со стволом скважины. Выполнение перфорационных каналов необходимо, поскольку стволы скважин, как правило, заканчивают коаксиальным введением труб или обсадных труб в ствол скважины, причем обсадные трубы фиксируются в стволе скважины путем закачивания цементного раствора в кольцеобразное пространство между стволом скважины и колонной обсадных труб. Зацементированная колонна обсадных труб предусматривается в стволе скважины для конкретной цели - гидравлического отделения друг от друга различных пластов, вскрытых стволом скважины.
Известные из уровня техники кумулятивные заряды для перфорирования стволов скважин используются совместно со стреляющим перфоратором.
На фиг. 1 изображен один из примеров традиционной конструкции кумулятивного заряда 5. Как видно из фиг. 1, кумулятивный заряд 5 состоит из корпуса 6, облицовки (кумулятивной воронки) 10 и определенного количества бризантного взрывчатого вещества 8, помещенного между облицовкой 10 и корпусом 6, где бризантным взрывчатым веществом 8, как правило, служит октоген (НМХ), циклонит (RDX PYX) или гексанитростильбен (HNS). При детонации бризантного взрывчатого вещества 8 сила детонации разрушает облицовку 10 и выталкивает ее с одного конца кумулятивного заряда по типу "реактивной струи" на очень большой скорости. Реактивная струя вскрывает колонну обсадных труб, цемент и пласт пород.
Некоторые традиционные способы производства вставок кумулятивных зарядов включают спекание и холодную обработку. Холодная обработка предусматривает смешение порошковых металлов в пресс-форме и прессование смеси под высоким давлением с образованием профилированной облицовки. Как правило, такие облицовки выполняют из композита, состоящего из двух и более различных металлов, в котором, как минимум, один из порошковых металлов является тяжелым металлом или металлом более высокой плотности, и, как минимум, один из порошковых металлов используется в качестве связующего вещества или матричного материала для образования связи между тяжелым металлом или металлом более высокой плотности. Примеры тяжелых металлов или металлов более высокой плотности, которые использовались в прошлом для формования вставок кумулятивных зарядов, включали вольфрам, гафний, медь или висмут. Как правило, применяемые связующие вещества или связующие металлы включали порошковый свинец, однако, в качестве связующего вещества или связующего металла использовался также и порошковый висмут. В то время как свинец и висмут являются наиболее типичными для данной области применения связующими веществами или матричным материалом для связующего вещества на основе порошкового металла, в качестве связующих веществ или матричного материала могут быть использованы также и другие металлы, обладающие высокой ковкостью и способностью деформирования в холодном состоянии. Другими металлами, обладающими высокой ковкостью и способностью деформирования в холодном состоянии и пригодными для использования в качестве связующего вещества или матричного материала, являются цинк, олово, уран, серебро, золото, сурьма, кобальт, медь, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель и палладий.
Одна из проблем холодной обработки связана с тем, что облицовка представляет собой продукт с непостоянной плотностью. Это обычно обусловлено миграцией или связующего вещества, или тяжелого металла в прилегающую зону, что приводит к локальному изменению плотности. Неоднородность плотности искривляет траекторию реактивной струи кумулятивного заряда, что, в свою очередь, сокращает длину получаемого перфорационного канала. Это нежелательный эффект, так как перфорационные каналы меньшей длины сокращают объемы добычи углеводородов. Наряду с этим, облицовки после холодной обработки имеют ограниченный срок годности при хранении, так как они подвержены усадке, в результате чего образуются зазоры между облицовкой и колонной обсадных труб, в которую она помещена. Такие облицовки в некоторой степени также склонны к охрупчиванию, что делает этот продукт ломким.
Производство спеченных вставок обязательно включает этап нагрева облицовки, на котором в результате применяемого нагрева температура облицовки становится выше температуры плавления одной или нескольких ее составляющих. Расплавленная или размягченная составляющая это, как правило, то, что известно как связующее вещество. На этапе спекания, который, как правило, происходит в печи, металлические порошки слипаются по мере того, как их зерна увеличиваются в диаметре. Продолжительность и температура спекания зависят от того, спекание каких металлов происходит.
Таким образом, в процессе спекания образуются кристаллические зерна, приводящие к увеличению
- 1 -
009749
плотности конечного продукта при одновременном снижении его пористости. Как правило, спекание происходит в отсутствие кислорода или в условиях вакуума. Однако на протяжении этих технологических операций условия в печи для спекания могут изменяться, например, первоначальные этапы могут быть выполнены в условиях вакуума, а инертный газ добавляется позже. Кроме этого, температура спекания может регулироваться на всех этапах технологических операций, поскольку в процессе спекания она может повышаться или понижаться.
До проведения этапа спекания составляющие облицовки могут быть получены холодной обработкой, как описано выше, литьем под давлением или отформованы в монолитную деталь каким-либо иным способом. Однако габаритные размеры облицовки в период от начала спекания до его завершения могут изменяться до 20%. Поскольку такие изменения габаритных размеров трудно спрогнозировать или смоделировать, представляется перспективным производство на постоянной основе спеченных вставок кумулятивных зарядов, отвечающих требованиям допусков на размер. Информация по облицовкам кумулятивных зарядов, сформованным с применением порошковых металлов, содержится в патентах: US 5221808 (Werner и др.), US 5413048 (Werner и др.), US 5814758 (Leidel.), US 4613370 (Held и др.), US 5656791 (Reese и др.) и US 5567906 (Reese и др.).
Следовательно, существует необходимость в способе изготовления на постоянной основе вставок кумулятивных зарядов, при котором получаемые облицовки будут обладать однородной плотностью, неменяющимися между партиями свойствами, характеризоваться продолжительной годностью при хранении и стойкостью к растрескиванию.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предлагается способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали, формируя тем самым облицовку. Металлическим порошком может служить вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, золото, сурьма, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием. Для использования в качестве металлического порошка может быть выбран один из перечисленных выше металлов или их сочетание.
Связующим веществом может быть полиолефин, акриловая смола, стирольная смола, поливинил-хлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшая жирная кислота, высший спирт, сложный эфир высшей жирной кислоты, амид высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер, на основе ацетила, растворимый в воде, на основе агаровой воды и растворимый в воде/сшитый. В качестве связующего вещества может быть выбрано одно из перечисленных выше веществ или их сочетание.
Процесс разрыва связей может включать химический разрыв связей, а также термический разрыв связей, в котором разрыв связей может включать обработку детали в форме облицовки разрывающим связи веществом. В качестве разрывающего связи вещества может быть использована вода, азотная кислота, органические растворители, а также их сочетания. Далее способ может включать нагрев детали в форме облицовки для удаления остаточного количества связующего вещества из нее.
Согласно настоящему изобретению далее формируют кумулятивный заряд с указанной облицовкой, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.
В альтернативном варианте способа формирования облицовки кумулятивного заряда объединяют порошковый металл с органическим связующим веществом с образованием смеси, пропускают смесь через устройство для литья под давлением, выталкивают смесь из устройства для литья под давлением в пресс-форму с формованием в ней детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из детали в форме облицовки, причем деталь в форме облицовки не подвергают спеканию. Способ может дополнительно включать помещение детали в форме облицовки в условия вакуума. В этом альтернативном варианте далее также может формироваться кумулятивный заряд с указанной облицовкой, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.
Еще в одном альтернативном способе формирования облицовки кумулятивного заряда составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, осуществляют ее обработку в устройстве для литья под давлением, затем выгружают смесь в пресс-форму с формованием облицовки и вынимают облицовку из пресс-формы. По данному альтернативному способу формирования облицовки кумулятивного заряда полученная в пресс-форме облицовка может быть промежуточным продуктом или необработанной заготовкой.
Также в настоящем изобретении способ формирования оболочки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь из металлического порошка и связующего вещества, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме оболочки кумулятивного заряда и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали для формирования оболочки кумулятивного заряда. Металлический порошок, используемый при формовании оболочки кумулятивного заряда, может
- 2 -
009749
быть аналогичен тем металлическим порошкам, которые применялись для формования вставок, с дополнительной возможностью использования нержавеющей стали, углеродистой стали и алюминия. При формировании оболочки кумулятивного заряда могут использоваться такие связующие вещества, как полиолефин, акриловая смола, стирольная смола, поливинилхлорид, поливилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, парафин, высшая жирная кислота, высший спирт, сложный эфир высшей жирной кислоты, амид высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер и их сочетания. Способ формирования оболочки кумулятивного заряда может дополнительно включать химический и термический разрыв связей, в частности, обработку детали в форме облицовки разрывающим связи веществом. Разрывающим связи веществом может быть вода, азотная кислота, органические растворители или их сочетания. Способ формирования оболочки кумулятивного заряда может также включать нагрев детали в форме оболочки кумулятивного заряда с удалением оставшегося связующего вещества из нее. Оболочка кумулятивного заряда, сформованная по способу, раскрытому в настоящем изобретении, может далее использоваться для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для детонации кумулятивного заряда. Кроме этого, оболочка, сформованная в устройстве для литья под давлением, может быть промежуточным продуктом или необработанной заготовкой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен поперечный разрез кумулятивного заряда;
на фиг. 2 - блок-схема варианта осуществления процесса формирования облицовки;
на фиг. 3 - поперечный разрез устройства для литья под давлением;
на фиг. 4 - вид сбоку формы облицовки;
на фиг. 5 - схематичный вид в разрезе системы перфорации с детонирующими кумулятивными зарядами;
на фиг. 6 - поперечное сечение варианта конструкции кумулятивного заряда с облицовкой, сформированной предлагаемым в изобретении способом;
на фиг. 7 схематично показаны в виде блок-схемы этапы формирования оболочки кумулятивного заряда.
Подробное описание предмета изобретения
Настоящее раскрытие осуществления изобретения будет касаться облицовки кумулятивного заряда и способа ее изготовления. Описываемый далее способ относится к литью металлов под давлением, при котором происходит смешение металлических порошков со связующими веществами, после чего смесь нагнетается под давлением в пресс-форму. Затем на этапе разрыва связей происходит удаление связующего вещества с целью придания формы конечному продукту.
Далее со ссылкой на фиг. 2 описан вариант осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, последовательность операций которого представлена в виде блок-схемы. Прежде всего, металлический порошок смешивается со связующим веществом для получения смеси (этап 100). Содержание металлического порошка в смеси может варьировать в пределах от около 20 до около 100%, следовательно, содержание связующего вещества может быть в пределах от около 0 до около 20%. Размер частиц порошкового металла может варьировать в пределах от около 1 до более 70 мкм. Порошковый металл может быть выбран из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, цинковые сплавы, сплавы на основе олова, никель, палладий и их сочетания. В качестве альтернативного варианта вместо порошкового металла можно использовать другие материалы, такие как керамика, полимеры высокой плотности или минеральные вяжущие материалы. В качестве еще одного альтернативного варианта можно использовать порошковый металл с покрытием, где покрытие, как правило, представляет собой металл, твердость которого ниже по сравнению с твердостью частицы, на которую наносится покрытие.
Связующее вещество может быть выбрано из следующего перечня: полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен, полистиролы, поливинилхлорид, полиэтиленкарбонат, полиэтиленгликоль, микрокристаллический воск, сополимер этиленвинилацетата и подобные; акриловые смолы, такие как поли-метилметакрилат, полибутилметакрилат; стирольные смолы, например полистирол; различные смолы, такие как поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, сополимеры вышеперечисленных смол, различные воски; парафин; высшие жирные кислоты (например, стеариновая кислота); высшие спирты; сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот. К другим возможным связующим веществам можно отнести вещества на основе ацетила, растворимые в воде, на основе агаровой воды и растворимые в воде/сшитые; связующие вещества на основе ацетила включают в себя полиоксиметилен или полиацетил с небольшими количествами полиолефина. Для смешения с металлами хорошо известно использование связующих веществ, полученных литьем под давлением, и, следовательно, размер частиц связующего вещества может изменяться в зависимости от типа связующего вещества и/или его области применения. В соответствии с вышеизложенным, выбор надлежащего размера частиц связующего вещества относится к обычной сфере деятельности специалистов в данной области техники.
После приготовления смеси 22 из металлического порошка и связующего вещества смесь 22 поме
- 3 -
009749
щают в пресс-форму для литья под давлением (этап 102). Одна из конструкций устройства 12 для литья под давлением показана на фиг. 3. Как видно из этой конструкции устройства 12 для литья под давлением, как порошок 18, так и связующее вещество 20 направляются через соответствующие дозаторы 14 в спускной желоб 16, откуда смесь 22 порциями направляется в устройство 12 для литья под давлением. Смесь 22 может быть приготовлена внутри спускного желоба 16, устройства 12 для литья под давлением, или, напротив, смесь 22 может быть приготовлена до того, как направить ее в спускной желоб 16. Будучи внутри устройства 12 для литья под давлением, смесь 22 находится в камере 26 повышенного давления этого устройства 12 для литья под давлением. Вращение шнека 24, расположенного внутри камеры повышенного давления 26, приводит к перемешиванию смеси, гарантируя, таким образом, однородность смешения, как связующего вещества, так и металлического порошка. Под действием вращения шнека смесь перемещается в направлении выходного отверстия 27, расположенного на стороне устройства 12 для литья под давлением, отдаленной от спускного желоба 16. Кроме того, шнек 24 представляет собой источник давления, выталкивающего перемешанную и однородную смесь 22 из камеры 26 повышенного давления через выходное отверстие 27 в пресс-форму 28. Как известно, направление смеси 22 в пресс-форму 28 под давлением способствует, тем самым, получению детали 30 в форме облицовки (отформованную облицовку), состоящей из ингредиентов смеси 22 (этап 104).
На фиг. 4 показана одна из конфигураций детали 30 в форме облицовки. Следует отметить, что представлена только одна форма этой облицовки, которая может быть сформована при использовании смеси 22 в соответствии с изобретением. На практике рассматриваемая облицовка 10 может быть изготовлена в процессе, описанном в настоящем раскрытии, с любой необходимой формой. Такие формы, как конусообразная, усеченного конуса, треугольная, тюльпановидная и воронкообразная формы, а также параболические и многие другие формы, рассматриваются, как охватываемые объемом и рамками настоящего изобретения.
При выемке детали 30 в форме облицовки из пресс-формы 28, начинается процесс разрыва связей (удаления) связующего вещества. Это можно выполнить как химически, т.е. при помощи растворителей или жидкости, либо термически, т.е. путем нагрева детали в форме облицовки. Предпочтительным является, чтобы первый этап разрыва связей происходил при использовании разрывающей связи жидкости или растворителя (этап 106). Этот этап заключается в химическом растворении органического связующего вещества при использовании разрывающей связи жидкости. Процесс разрыва связей может происходить при атмосферном давлении или под вакуумом. К разрывающим связи растворам по настоящему способу можно отнести воду, азотную кислоту и прочие органические растворители. Таким образом, любой приемлемый раствор может быть использован для настоящего способа, и специалисты смогут выбрать такой наиболее подходящий для разрыва связей раствор. В процессе разрыва связей на деталь 30 в форме облицовки можно распылять разрывающую связи жидкость, или эту деталь 30 можно поместить в ванну с разрывающим связи раствором.
После того как деталь 30 в форме облицовки была подвергнута обработке разрывающим связи жидким раствором, оставшееся связующее вещество удаляется в процессе термического разрыва связей (этап 108). При проведении процесса термического разрыва связей форму облицовки помещают в нагревательное устройство, например в печь, где происходит ее нагрев при определенной температуре в течение требуемого периода времени. Что касается температуры разрыва связей, то она должна быть достаточной, чтобы расплавить любое связующее вещество в облицовке, оставшееся после этапа химического разрыва связей (этап 106), и, кроме того, быть достаточно низкой, чтобы не превысить температуру плавления металлического порошка, используемого в составе материала облицовки. Предполагается, что специалисты в данной области смогут определить требуемую температуру и соответствующее время нагрева для проведения вышеуказанной технологической операции. Следует отметить, что согласно описанному способу, окончательным этапом формирования облицовки 10а является процесс разрыва связей. В отличие от многих традиционных процессов литья металлов под давлением, после этапа разрыва связей, как правило, проводится этап спекания. И хотя в настоящий способ не входит этап спекания, преимущества образования однородной облицовки 10а, плотность которой в значительной степени является постоянной по всей ее длине, могут быть реализованы посредством нового способа, описанного в настоящем раскрытии изобретения. Более того, даже без добавления этапа спекания, конечный продукт будет иметь практически те же самые размеры, что и размеры детали 30 в форме облицовки. К прочим преимуществам, которые можно получить по настоящему способу, можно отнести и то, что облицовки, получаемые в последующих операциях литья под давлением или в последующих партиях, будут характеризоваться постоянством характеристик и свойств. Также настоящий способ гарантирует более продолжительную годность вставок при хранении, а также более низкую предрасположенность вставок к растрескиванию, характерному для аналогичных материалов, получаемых в предшествующем уровне техники.
Как известно, необработанная ("сырая") заготовка представляет собой промежуточный продукт, изъятый из пресс-формы для литья под давлением до разрыва связей. Что касается настоящего изобретения, то заготовка, показанная на фиг. 4, представляет собой отформованную облицовку 30. В альтернативном процессе и альтернативном устройстве отформованная облицовка 30 может быть использована в
- 4 -
009749
качестве конечного продукта - облицовки в кумулятивном заряде 5а. Таким образом, вместо облицовки, из которой собственное связующее вещество было удалено при разрыве связей (этап 106, этап 108), в альтернативной конструкции кумулятивного заряда может быть использована отформованная облицовка 30, которая используется в качестве облицовки в заряде. Одно из преимуществ использования такой заготовки заключается в том, что при последующем нагреве усадки не происходит. Поэтому размер пресс-формы 28 может быть более точным, в соответствии с требуемым размером конечного продукта.
Далее со ссылкой на фиг. 5 будет описан один из примеров использования конечного продукта по настоящему изобретению, показанный в сочетании с системой 32 перфорации. Система 32 перфорации включает стреляющий перфоратор 36, который устанавливается в ствол скважины 42 при помощи талевого каната 44. Как показано на фиг. 5, поверхностная сторона талевого каната 44 связана с грузовым автомобилем 34. Грузовой автомобиль 34 используется не только для выполнения операций по подъему и опусканию, но и в качестве противопожарной системы на период детонации кумулятивных зарядов стреляющего перфоратора 36. Что касается этого примера, то облицовка 10а, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, установлена в кумулятивный заряд 5а, который расположен в стреляющем перфораторе 36. На фиг. 5 также показаны перфорационные реактивные струи 38, создаваемые детонацией каждого кумулятивного заряда 5а, создавая, таким образом, перфорационные каналы 41 внутри породы 40, окружающей ствол скважины 42. Поэтому применение более однородного и гомогенного материала облицовки, изготовленной по предлагаемому в изобретении способу, позволяет выполнить более продолжительные и прямые перфорационные каналы 41 в прилегающей породе 40.
Следует заметить, что кумулятивный заряд 5а по фиг. 6 имеет, в основном, ту же самую конфигурацию, что и у кумулятивного заряда 5 на фиг. 1. Фиг. 6 представлена для большей ясности, а также, чтобы проиллюстрировать то, что кумулятивные заряды, имеющие традиционную конфигурацию, могут использоваться с облицовкой 10а, сформованной в соответствии с настоящим изобретением. Более того, предлагаемый в настоящем изобретении способ формования может быть также использован для формования оболочек или корпусов кумулятивных зарядов. На фиг. 7 проиллюстрирован способ, аналогичный способу, показанному на фиг. 2. В способе, показанном на фиг. 7, готовится смесь металлического порошка со связующим веществом (этап 200). Металлический порошок, используемый для формования оболочки кумулятивного заряда, включает металлы, используемые для формования облицовки, и, кроме того, включает в себя сталь, например углеродистую и нержавеющую сталь, а также другие металлы (сплавы), включая монель, инконель и алюминий.
Аналогично способу формования облицовки, после перемешивания ингредиентов для оболочки кумулятивного заряда полученная смесь направляется в пресс-форму для литья под давлением (этап 202). Более того, пресс-форма для литья под давлением может быть такой же или во многом схожей с устройством 12 для литья под давлением, изображенным на фиг. 3. Смесь может быть приготовлена до того, как она будет помещена в устройство для литья под давлением, или же может быть приготовлена непосредственно в устройстве для литья под давлением. Этапы 204, 206 и 208 по фиг. 7 в значительной степени аналогичны соответствующим этапам 104, 106 и 108 на фиг. 2. Однако существует одно различие между формованием оболочки кумулятивного заряда и облицовки, которое заключается в том, что этап формования оболочки кумулятивного заряда (этап 204) потребовал бы наличия пресс-формы, имеющей конфигурацию оболочки кумулятивного заряда, вместо пресс-формы с конфигурацией облицовки. Также, аналогично этому, настоящий способ позволяет получить оболочку кумулятивного заряда литьем под давлением без этапа разрыва связей, производя, таким образом, оболочку заряда в виде заготовки. В качестве альтернативного варианта способ формования оболочки кумулятивного заряда может включать также этап спекания, о чем было упомянуто выше. Как отмечалось ранее, способ спекания связан с нагревом смеси до температуры, превышающей температуру плавления одного и более составляющих конечного продукта. В то время как температура спекания и время спекания зависят от металлов, входящих в состав смеси, и их соответствующего количества, считается, что специалисты в данной области смогут определить надлежащие температуру и время спекания, а также другие условия работы печи, такие как давление и воздух внутри печи.
Таким образом, описанное изобретение позволяет выполнить поставленные задачи, достигнуть указанных выше целей и преимуществ. В то время как являющийся предпочтительным в настоящее время вариант изобретения дан исключительно в целях раскрытия изобретения, многочисленные изменения возможны в деталях процедур, используемых для достижения желаемых результатов. Эти и прочие аналогичные модификации могут быть с готовностью предложены специалистами в данной области и охватываются объемом настоящего изобретения в рамках прилагаемой формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из этой детали для формирования облицовки.
- 5 -
009749
2. Способ по п.1, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием и их сочетания.
3. Способ по п.1, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефин, акриловую смолу, стирольную смолу, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшую жирную кислоту, высший спирт, сложный эфир высшей жирной кислоты, амид высшей жирной кислоты, воскосодержащий полимер и их сочетания.
4. Способ по п.1, в котором разрыв связей включает химический разрыв связей и термический разрыв связей.
5. Способ по п.1, в котором разрыв связей включает обработку детали в форме облицовки разрывающим связи веществом.
6. Способ по п.5, в котором упомянутое разрывающее связи вещество выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту, органические растворители и их сочетания.
7. Способ по п.5, в котором дополнительно осуществляют нагрев детали в форме облицовки для удаления из нее оставшегося связующего вещества.
8. Способ по п.1, в котором указанную облицовку далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.
9. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором объединяют порошковый металл с органическим связующим веществом с образованием смеси, пропускают смесь через устройство для литья под давлением, выталкивают смесь из устройства для литья под давлением в пресс-форму с формованием в ней детали в форме облицовки и осуществляют разрыв связей связующего вещества из детали в форме облицовки, причем деталь в форме облицовки не подвергают спеканию.
10. Способ по п.9, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, частицы металла с покрытием и их сочетания.
11. Способ по п.9, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные эфиры высшей жирной кислоты, амиды высшей жирной кислоты, воскосодер-жащий полимер и их сочетания.
12. Способ по п.9, в котором разрыв связей включает добавление в деталь в форме облицовки разрывающего связи вещества, которое выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту и органические растворители.
13. Способ по п.12, в котором деталь в форме облицовки дополнительно помещают в условия вакуума.
14. Способ по п.9, в котором разрыв связей включает нагрев детали в форме облицовки с удалением из нее остаточного связующего вещества и формированием облицовки в виде конечного продукта.
15. Способ по п.9, в котором указанную облицовку далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.
16. Способ формирования облицовки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь металлического порошка со связующим веществом, осуществляют ее обработку в устройстве для литья под давлением, затем выгружают смесь в пресс-форму с формованием облицовки и вынимают облицовку из пресс-формы.
17. Способ по п.16, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий и их сочетания.
18. Способ по п.16, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот, воскосодер-жащий полимер и их сочетания.
19. Способ по п.16, в котором полученная в пресс-форме облицовка представляет собой необработанную заготовку.
20. Способ формирования оболочки кумулятивного заряда, в котором составляют смесь из металлического порошка и связующего вещества, формуют эту смесь в устройстве для литья под давлением с образованием детали в форме оболочки кумулятивного заряда и осуществляют разрыв связей связующе
- 6 -
009749
го вещества из этой детали для формирования оболочки кумулятивного заряда.
21. Способ по 20, в котором упомянутый металлический порошок выбирают из группы, включающей сталь, вольфрам, уран, гафний, тантал, никель, медь, молибден, свинец, висмут, цинк, олово, серебро, золото, сурьму, кобальт, сплавы на основе цинка, сплавы на основе олова, никель, палладий, монель, инконель, алюминий и их сочетания.
22. Способ по п.20, в котором упомянутое связующее вещество выбирают из группы, включающей полиолефины, акриловые смолы, стирольные смолы, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полиамид, сложный полиэфир, простой полиэфир, поливиниловый спирт, парафин, высшие жирные кислоты, высшие спирты; сложные эфиры высших жирных кислот, амиды высших жирных кислот, воскосодер-жащий полимер, связующие на основе ацетила, растворимые в воде, на основе агаровой воды и растворимые в воде/сшитые.
23. Способ по п.20, в котором разрыв связей включает химический разрыв связей и термический разрыв связей.
24. Способ по п.20, в котором разрыв связей включает обработку упомянутой детали в форме оболочки кумулятивного заряда разрывающим связи веществом.
25. Способ по п.24, в котором разрывающее связи вещество выбирают из группы, включающей воду, азотную кислоту и органические растворители.
26. Способ по п.24, в котором деталь в форме оболочки кумулятивного заряда подвергают нагреву для удаления из нее оставшегося связующего вещества.
27. Способ по п.20, в котором оболочку кумулятивного заряда далее используют для формирования кумулятивного заряда, который устанавливают в стреляющий перфоратор, входящий в состав системы перфорации и размещаемый в стволе скважины для осуществления детонации кумулятивного заряда.
28. Способ по п.20, в котором полученная в устройстве для литья под давлением оболочка представляет собой необработанную заготовку.
29. Способ по п.20, в котором дополнительно осуществляют спекание.
Фиг. 1
- 7 -
009749
Фиг. 2
- 8 -
009749
Фиг. 6
- 9 -
009749
.-ш
Составление смеси из металлического порошка и связующего вещества
-1-I-ш
Помещение смеси в пресс-форму для литья под давлением
^ т
Формование из смеси детали в форме оболочки кумулятивного заряда
--ш
Удаление связующего ¦ вещества растворителем для разрыва связей
-1-ш
Удаление оставшегося связующего вещества посредством термического разрыва связей
Фиг. 7
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 10 -