183623. lajstromszámú szabadalom • Hatásnövelő bélésanyag, főleg szénhidrogén-termelő kutak csöveinek perforálásához
1 183 623 2 A találmány tárgya maradék nélküli béléskúppal szerelt nagyhatású üreges robbanótöltet, főleg szénhidrogén-termelő kutak csöveinek perforálásához. Kisrnélységü fúrt kutaknál a termelésbe állítandó rétegek megnyitása a felszínen elkészített szűrőberendezés beépítése és meghatározott szemnagyságú kavicsból kialakított váz létrehozása útján történik. Nagyobb mélységű kutaknál, mint amilyenek például a szénhidrogéntermelő kutak, szűrőberendezés beépítésére általában nincs lehetőség. Ilyen esetekben a termelésbe állítandó vagy vizsgálandó réteg megnyitása a cementezett cső perforálásával történik. A perforálás feladata a fúrás által harántolt permeábilis rétegek és csövön belüli tér hidraulikus kapcsolatának megteremtése, vagy a réteg termelésbe állítása, esetleg a rétegkezelő fluid anyagok, vagy másodlagos, harmadlagos termelésnél a kiszorításra alkalmazott víz, gáz stb. besajtolásának lehetővé tétele. Szénhidrogén-termelő kutak csöveinek perforálására kiterjedten alkalmazzák az üreges robbanótölteteket. Az üreges robbanótöltet az irányított hatású robbanótöltetek leggyakrabban használt fajtája, amelynél a perforálást biztosító lyukasztó hatást az eredményezi, hogy a robbanás energiája a forgásszimmetrikus, általában kúpalakú, üreges tengelye irányában koncentrálódik. Az energiaátadás hatásfoka többszörösre növekszik, ha a robbanótöltetben kialakított üreget fémmel bélelik. Az üreges robbanótöíteteket általában az üreggel ellentétes végükön, a forgástengelyükön iniciálják, azaz megfelelő módon robbanásra késztetik, így a robbanás hullámfrontja a tengelyre merőlegesen alakul ki és a bélésanyaghoz érkezve azt az üreg belseje felé erőteljesen felgyorsítja. A tengely mentén ütköző bélésanyag és töltetfal találkozásakor több tízezer MPa értékű nyomás alakul ki, amely a bélésanyag egy részét a robbanási sebességnél esetleg nagyobb sebességgel préseli ki tengelyirányba. A jelenség matematikai leírására kidolgozott hidrodinamikai elmélet a fém-bélésanyagot a nagy nyomás miatt ideális folyadékként kezeli. Az üreges robbanótöltetekhez használt bélésanyagok készülhetnek acélból, alumíniumból, vörösrézből (J. Applied Physics, 1948, 563 — 582), továbbá ólomból, nikkelből, ezüstből, magnéziumból, kobaltból, ónból, cinkből vagy kadmiumból (Explosivstoffe, 1959, 155-167). Ismertek a vastartalmú üvegből, nagy ferroszilícium-tartalmú kerámiai anyagokból és a nagy grafittartalmú öntöttvasból készült bélésanyagok is (1 139 418 sz. német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírás). Az 1 076543 sz. német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírás ónbevonattal ellátott rézgolyócskák bélésanyagként való alkalmazását ismerteti. Az 146 290 lsz. magyar szabadalmi leírás szerint zsugorított és sajtolt vas-, réz~ vagy titánport használnak bélésanyagként, míg a 147 724 lsz. magyar szabadalmi leírás értelmében titánt vagy alumínium és vasoxid keverékét használják erre a célra. Az üreges robbanótöltetek bélésanyagaként speciális ötvözeteket is leírtak, például ólom, antimon, ón és horgany sutektikus ötvözetébe kevert antimon- és nikkelport (3 112 700 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadimi leírás). Ritka földfémek keverékét is leírták bélésanyag céljaira (1 182 567 sz. német szövetségi köztársaságbeli szabadalmi leírás). Az eddig ismert bélésanyagú üres robbanótöltetek nagy részének közös hátránya, hogy a bélésanyagnak csak egy kisebb hányada gyorsul fel igen nagy, 5000- 10000 m/s sebességre és képezi a tulajdonképpeni lyukasztást végző kumulatív sugarat. A bélésanyag nagyobb része a kumulatív sugárnál rövidebb, de nagyobb átmérőjű, szivaralakú fémrudat képez, amely 50-70%-kai kisebb sebességgel követi a kumulatív sugarat. Ez a viszonylag kis sebességű, de a lyuk átmérőjéhez képest nagyátmérőjű fémtömeg sok esetben eltorlaszolja a kumulatív sugár által a kútcsőbe ütött lyukat. Ennek következtében a szénhidrogén-termelő kutak cementezett csöveinek perforálása nem lesz kielégítő mértékű, mivel a lyukakban úgynevezett fémdugó helyezkedik el. A fémporokból készített ismert bélésanyagokból dugó ugyan nem képződik, azonban az ütött lyuk mélysége a masszív fémbélésű töltetekkel képzett lyukak mélységénél kisebb. A találmány célja olyan üreges robbanótöltetek kialakítása, amelynél a kútcső perforálása nagy hatékonysággal végbe megy, azaz nagy átmérőjű lyuk alakul ki, ugyanakkor a lyukban fémdugó nem képződik. Azt találtuk, hogy a fenti célt elérjük, ha a szénhidrogén-termelő kutak csöveinek perforálásához használt üreges robbanótöltetekhez hatásnövelő bélésanyagként bizmuttartalmú ötvözetet és/vagy bizmuttartalmú fémkeveréket és/vagy elemi bizmutot használunk. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy az ismert hatásnövelő bélésanyagok a fennálló nagy nyomás ellenére sem viselkednek ideális folyadékként a kummuláció során, mivel az alakváltozáskor szakító és nyíró erők lépnek fel a bélésanyagon belül, s az ezek leküzdésére fordított energia csökkenti a kumulatív sugár mozgási energiáját. Másrészt a nagy sebességű fémsugár repülése közben, a kumuláció során törvényszerűen fellépő sebességrádiens hatására megnyúlik, szétdarabolódik, s a nem összefüggő kumulatív sugár viszont csak kisebb távolságra hatol be a céltárgyba. Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy meglepő módon a bizmuttartalmú ötvözetekből és magából az elemi bizmutból készült bélésanyagok kis munkaveszteséggel alakíthatók, nagy mozgási energiát vesznek fel és a kumulatív sugár képződésénél csaknem ideális folyadékként viselkednek. Eddig bizmutot, illetve bizmutötvözeteket erre a célra egyáltalán nem alkalmaztak. A találmány szerinti nagyhatású, bélésmaradék nélküli üreges robbanótöltet bélésanyaga 0,5 —100s% bizmutot tartalmaz, s önmagában ismert, forgásszimmetrikus»alakú, általában kúp, kettős kúp, csonkakúp, stb. alakú lehet. A találmány szerinti üreges robbanó-töltet egyik előnyös kiviteli alakját a bizmuttartalmú eutektikus ötvözetekből készült bélésanyagok képezik, mint például amelyek 55,5% bizmutot és 44,5% ólmot tartalmazó (op. 124 °C), 58% bizmutot és 42% ónt tartalmazó (op. 140 °C), 60% bizmutot és 40% kadmiumot tartalmazó (op. 140 °C) vagy 48% bizmutot, 28% ólmot, 14,5% ónt és 9% antimont tartalmazó (op. 226 °C) ötvözetekből állnak. Ezek a 48 — 60% bizmutot tartalmazó eutektikus ötvözetekből készült, kúpalakú bélésanyagok, amellett, hogy egyáltalán nem hoznak létre dugókat az ütött lyukban, jelentékenyen növelik az üres robbanótöltet átütő erejét is. A 60 -os csúcsszögű kúpos bélésanyag esetén ugyanolyan üreges robbanótöltet 50-70%-kal nagyobb 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
