聚能装药组件和破坏目标的方法

摘要

本发明涉及一种聚能装药组件(10)，包括壳体(20)，第一聚能装药(24)，波形中继装药(44)和设在壳体里的第二聚能装药(30)。组件(10)构成为由第一聚能装药(24)的引爆形成的第一有源单元引起波形装药(44)的爆炸，并依次引起第二聚能装药(30)的爆炸以形成第二有源单元。第一有源单元穿出壳体的第二端(25)，引起对外部目标的第一种的破坏和第二有源单元也穿出第二端引起对目标的第二种破坏。

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于油井穿孔、军事或其它应用的聚能装药组件。

在说明书中使用的术语“聚能装药(shape charge)”表示引爆产生定 向、高速有源单元(active element)的装药。该有源单元可以是被低速子 弹或爆炸的锻造射弹跟随的高速延伸射流。

在很多应用中，需要用不止一种的方式来破坏目标。例如，在油井 穿孔中，首先需要在周围的碳氢化合物承压岩中深层穿射横向通道，其 次，需要具有大横截面的通道。目前，这两种要求需要不同形状的两个 独立的聚能装药。对于某些应用，两个独立的聚能装药会占据太多空间。

发明目的

因此，本发明的目的是提供一种可选择的聚能装药组件(shaped charge assembly)和破坏目标的方法，利用该方法，申请人认为至少可以 减少前面所述的缺点。

发明内容

根据本发明，提供了一种聚能装药组件，包括：

第一聚能装药；

波形中继装药；和

第二聚能装药；

该组件通过由第一聚能装药的引爆形成的第一有源单元引起波形中 继装药的爆炸，并依次引爆第二聚能装药。

第一和第二聚能装药可以位于一壳体中，在使用中，第一有源单元 在波形中继装药爆炸后，移动离开壳体以破坏目标。

该第一和第二聚能装药优选地与壳体的主轴线同心设置。该壳体可 以包括第一端和第二端，主轴线可以在第一端和第二端之间延伸。

该组件可以包括朝向第一端设置的用于该组件的引爆器，第二端可 以设置为朝向波形中继装药，并且所述第一有源单元和通过第二聚能装 药引爆形成的第二有源单元可以在第二端穿出壳体来破坏目标。

第一聚能装药可以朝向第一端设置，第二聚能装药可以设置在第一 聚能装药和壳体的第二端之间。

第一聚能装药可以包括第一炸药体和具有第一口径的第一衬板。第 二聚能装药可以包括第二炸药体和具有第二口径的第二衬板。

第一口径可以小于第二口径。在其它实施例中，在第一和第二聚能 装药之间具有足够的空间或空隙，第一和第二口径可以完全相同，或第 一口径可以大于第二口径。

第一和第二衬板可以各包括具有顶部区域的中空圆锥体和相应的相 对的底部且相应的底部可以面向第二端。该第一衬板可以由合适的金属 如铜或铁制成，第二衬板可以由粉末冶金制成。该圆锥体具有直壁，或 曲面壁，以便该衬板呈喇叭状或郁金香形。

第二衬板可以切去顶端以在其顶部区域限定孔。第一聚能装药位于 接近或搭装在第二聚能装药上并且根据孔进行安装。

波形中继装药通常成圆锥形结构，并且可以形成包括在其之间限定 波形中继装药层的第一和第二中空金属圆锥体的波形中继装药装置的一 部分。

波形中继装药层可以终止于环形传爆装药(booster charge)的圆周。 该传爆装药可以关联引爆，优选地，直接接触第二聚能装药的所述第二 炸药体。

圆锥形聚能波形中继装药装置可以包括顶部区域和相对的底部。该 装置优选地与第一和第二聚能装药同轴安装，其底部面向壳体的第一端。

同样包括在本发明范围内的破坏目标的方法，其包括以下步骤：

引爆第一聚能装药形成第一有源单元；

利用第一聚能装药单元来引爆第二聚能装药；

使第一有源单元引起对目标的第一种破坏；和

使第二有源单元引起对目标的第二种破坏。

可以选择第一聚能装药的形状和/或结构和/或材料引起第一种破坏， 选择第二聚能装药的形状和/或结构和/或材料来引起第二种破坏。

第一种破坏可以不同于第二种破坏。第一和第二聚能装药可以设置 在单一的壳体中，所述第一有源单元可以是第二聚能装药引爆后移动穿 出壳体来破坏目标的射弹，第二有源单元可以是同样地移动穿出壳体， 也用于破坏目标的延伸射流。

附图说明

参照附图现只以示例的方式对本发明做进一步的描述。

图1：是油井和包括根据本发明的聚能装药组件的射孔器的图示； 和

图2：是根据本发明的聚能装药组件的轴向剖面图。

具体实施方式

根据本发明的聚能装药组件在图中主要用附图标记10来表示。

虽然该组件可以用于多种应用，但图1以示例的方式表示油井穿孔 的应用。采用已知的方式在碳氢化合物承压岩14中钻进油井12。油井也 采用公知的方式用套管16界定。在实践中，为了产生让油气能从岩体14 流入油井12的横向延伸到油井的通道或支路18，需要对套管16和岩体 穿孔。参照图2将对根据本发明用于执行穿孔的组件10进行更详细的描 述。在这种应用中通常对组件10的总长有严格的限制。

组件10包括具有在壳体的第一端23和壳体的第二端25之间延伸的 主纵向轴线22的金属壳体20。该壳体通常为圆形的横截面，组件包括第 一通常为圆形的、包括铜或铁的第一金属衬板26和关联的第一炸药体28 的聚能装药24。第二通常为圆形的聚能装药30基于轴线22与第一装药 24同轴设置。第二聚能装药30包括粉末冶金的第二衬板32和关联的第 二炸药体34。该第一和第二衬板为各包括顶端区域和相应的相对的底部 的中空圆锥体的形式。在所示的实施例中，第二衬板32具有第二口径d₂， 且为在圆锥体的顶部区域限定孔36的截断圆锥体顶部的形式。由于第一 衬板的第一口径d₁小于上述的第二口径，该第一衬板26是第一副口径。 第一聚能装药套装在第二聚能装药上，并且第一衬板26根据孔36进行 安装。在其它实施例中，第一和第二聚能装药之间具有足够的空间时， 第一和第二口径可以相等，或第一口径大于第二口径。圆锥体可以具有 所示的直壁，可选择的，该壁可以是曲面，从而所述衬板为郁金香或喇 叭形。

第一装药24设置为朝向第一端23，第二装药30设置在第一装药和 第二端25之间。衬板的各自底部面朝向第二端25。

在第二端25设有波形中继装药装置38，其包括同样与轴线22同心 安装的第一和第二反向中空金属圆锥体40和42。圆锥体40和42之间以 炸药层44的形式限定波形中继装药。层44包括诸如HNS的细粒炸药物 质。层44优选地为薄层并且炸药44优选高均质的。层44终止于环形传 爆装药46的圆周。传爆装药为关联引爆，优选地直接接触第二聚能装药 30的第二炸药体34。

装药组件10的引爆器48朝向第一端23设置。炸药体34的环状区 域50的炸药材料的选择和布置使得第一聚能装药24的本体28的引爆震 动不会引起第二聚能装药30的炸药体34的爆炸。

使用中，引爆器48引爆第一聚能装药24的炸药体28。第一衬板26 的形状使得以爆炸地锻造射弹形式的第一有源单元基于爆炸形成，所述 爆炸具有大约3000米每秒的速度并且在沿其朝第二端25移动的路径的 相应区域里的速度仅有细微的差别。

射弹的引导端用足够的能量冲击波形中继装药装置38来引爆层44。 由于装置38的上述特征，爆炸在金属圆锥体40和42间快速地并放射状 地向外传播，并依次引爆环形传爆装药46。接着传爆装药圆周地引爆第 二聚能装药单元30的第二炸药体34。

由于第一聚能装药的形状和结构，第一聚能装药的上述射弹在装置 38的穿孔后，具有足够能量来穿出壳体的第二端25并且在油井的套管 16上冲出具有相对大截面面积的孔，同样也在岩体14上冲出具有相对大 截面d₃的通道18的第一部分(如图1所示)。由来自第一装药24的射弹 引起的壳体16和岩体14里的所述孔有利于增强以由第二聚能装药30形 成的延伸射流形式的第二有源单元对岩体14的穿孔。

第二衬板32的瓦解导致在上述第一聚能装药的射弹穿入如前所述 的目标16、14后及时出现粉末射流形式的第二有源单元。第二聚能装药 30的形状和结构导致因而发生的第二有源单元将引起对岩体14的深度穿 孔b₄。

因此，将会意识到第二聚能装药30的形状、结构和材料可独立选择 并且不同于第一聚能装药24，则因而发生的延伸粉末射流会引起对目标 的破坏，该目标的破坏一般不同于由第一聚能装药引发的射弹所引起的 破坏。根据本发明的装置10也引起在第一和第二聚能装药各自引爆之间 固有的时间延迟。该时间延迟可以设计成第一装药的有源单元在第二有 源单元开始形成的时刻已经脱离，因此减少两个有源单元之间早期干涉 的可能性。

目标可以是不同于如上所述的套管16和岩体14的物体。它可以是 军事的或其它目标，因此根据本发明的组件也可以在军事和其它应用里 应用。

在本发明的另一个应用中，聚能装药组件需要用超出墙体的加强破 坏来穿透目标墙体。如这样的应用，组件10设置成使第一聚能装药24 产生能穿透墙体的第一有源单元。第二聚能装药30的衬板32包括能产 生具有引起超出墙体的加强破坏的持续化学反应的第二有源单元的合适 的材料。在这种结构中，可以在第一和第二聚能装药间设置合适的空间 或间隙并且第一聚能装药的口径或直径可以大于第二聚能装药的直径。