автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка материалов для беспестовых порошковых облицовок кумулятивных зарядов перфораторов с целью увеличения отдачи нефтяных и газовых скважин

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Крась,го Знамени государственный технический университет имени Н.Э. Баумана \

о V 1 - На правах рукописи

¿'¡ЯЛ !,'.:

Воркина Тамара Евгеньевна

РАЗРЛЮТКА МАТЕРИАЛОВ ДНЯ БЕСПЕСТОВЫХ ПОРОШКОВЫХ ОБЛИЦОВОК КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ ПЕРФОРАТОРОВ С ЦЕЛЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ ОТДАЧИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая

обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

.. Москва - 1994

Работа выполнена в Московском Ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и Ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана

Научный руководитель - доктор технических нау1

профессор Ю.А.Быков

Официальные оппоненты: доктор технических нау] прсфсаор Ю.К.Ковнерио-тый,

кандидат технических н о.н.о. А.И.Кслмаков

г

Ведущая организация - ВНИИБТ

Защита диосертации состоится " 1994г.

на заседании Совета К 053.15.13 в Московском государственном т< хнячаском университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Ыооква, 2-я Бауманокая ул., д.5

Баи отзыв аа автореферат в одном экземпляра, заверенный а чатыо, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека МГТУ имени Н.Э. Баумана

Телефон для справок - 267-4)9-63

Автореферат разослан " ¿¿^/^¿Рс/^ 1994г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СОВЕТА, к.т.н. // Шц/^Ч Шубин И.Н.

Подписано к печати 22.03.1994 заказ Л 158

Объем 1,0 п.л. Тираж Типография МГТУ им.Ба

ОЕЦАЯ ХАРА1СТЕРИСТШй РАБОТЫ

Актуальность том» . В комплоксо гао-|лзстосийх работ по со-неяпэ п экоюгуатаппа ностяних я газовик ск&аазш попользуется иулятявныв перфораторы дат пробчтяя з обсадных трубах я порода аалсз, позволяют* ооушэствлять надглпуп связь пласта со сиеэ-¡ой. Больпоа влияява па пропускную способность пзрфорэпяотплс залов оказывает тап пркмеялемщ: сбляцовок кумулятлвных зарядов, юльзоваяяо зв настоящее вроет модных итамповапвш: обйяцсвок 1СЗИВПО явлением пестообразованяя» Происходя? запэсгосивгшпо шоп з 20...60$ одучаов от общего члсла п:стрэ.юз, что зенао сокрасает притек флюидов в сквззину.

В последнее время особой интерес вызиваот использование ;ачествэ бзоязотовш облицовок порошковых материалов. Ода пи о 1ДЭИЛЯ з этом отногззшш протеворечявы. Тем не менее ноля о понтировать, что в рядо случаев использование облицовок, язго-леншес из аороаховых материалов, устраняет паатообразовоняа, прч ото-! глубина пробягяя повисока л составляет 60...7С# от бшш пробятяя ипяболзз результатпвя.чх зарядов с медшем-; вил* авшп ойлпцоЕкгкз. Прпя:ш такого поведения порошок« об--оззоз до конца из игяояерч, а количество йсоладозппввх раз-шк порогпсовцх кошюзацпй краЗно иезнаяятольао. 2чсоте о возможность полного устранения поста прз использован:'.:: по-лОешс мзтердалоз, прямеяеяло бззотходаоЗ технология нототения обдяцозса, а таклз созданло, в отличие от компактно зризлов, оамях разнообразию: кокпоэяилП зрлишгает порогчо-иатерзалн з ряд наиболее перспективных для разработка куга явных облицовок зарядов перфораторов.

■ Поль работы состояла в разработка кемпозлцпй пороло) материала на основа меди для ойлнцовок кумулятигиж заря, обеспечивающих гарантированное отсутствяз пестообрз^ования, 5ияу дробятся я свободны,': объем перфорационного канала из I чей у компактных глтампованных ойгдцоьок.

В это;! связя в работа решались следующие задачя: зученяе особенностей поведения порогового штериала в уо-ях детонационного обяатля в зависимости от размерных харак-стпк частиц пороша, порястоотп материала, а такяе мэссн я отрии облицовок.

ибор й ясоледованяо влияния легирующих компонентов на тех-гичность изготовления пороговых облицовок я их рабочие ха-

рактеристики. , . . .

3. Разработка представлений о механизме песторазрушения при . введении дополнительных компонентов в пррошковшс материал.,, не ходящяхоя в условиях детонационного обжатия в различных агрегатных ооотояняях. -

4. Разработка рационального ооотава материала облицовок и та: нологии их изготовления, обеопечиваадих наряду о выоокой пробивной опособноотыо отсутотвие песта.

Научная новизна работы эавлшаэтея в ол еду щам: I,' Установлены особенности поведения медных порошковых - облиц< вок в сравнении о компактными при детонационном обжатии и вы. явлено влияние на рабочие характеристики облицовок характера' тик порошков, а также масоы, геометрии и плотности облицовок. 2* Выявлены закономерности влияния легирующих компонентов, о разуодих при детонационном обжатии порошковых облицовок газо

------------ » - * С. Г — ' w--*-х-л--------—----

ных струй, глубину пробития» уровень пеотообразования и свободный объем перфорационного канала.

3. Предложены механизмы пеоторазрушения при легировании поро ка меди указанными компонентами*

4. Сформулированы ооновные принципы подбора комплекса легиру щих добавок, обеопечиваицих высокую технологичность изготовл ния облицовок и их рабочие характеристики.

Практическая пеннооть работы ооотоит:

I; Для повышения технологичности изготовления порошковых ос лицовок, устранения пеотообразования и увеличения свободногс объема перфорационного канала рекомендуетоя комплексное леи рева аде медных порошковых материалов добавками ^ в сочэташ о добавками высокотемпературных омазок - С и

2. Предложена технология изготовления порошковых облицовок, обеспечивающая минимальную раэноолотность и разностенность, сокую равномерность распределения компонентов в объеме обли1 вок.

3. Разработаны и предложены для промышленного использрганш материалы облицовок составу Pé-12mü.%, С -0,5иао,%, ¿'^-остальное и Р6 -l4№Q$,Jlto$g'luBO.%, ¿^-остальное, Они прево! ходят компактные медные облицовки по глубине пробития, объе! свободного перфорационного канала и не образуют пестов. Бол-дешевгэ материалы о добавк'ами графита имеют ограниченный до

и

I года орок хранения. Использование порошковых облицовок позволяет повыоить на 20...405? отдачу нефтяных я газовых окважяа.

'Основные положения. выносимые на защиту! -оообенноотя- работы порошковых облицовок в условиях детонациоя*> ного обжатия? - -

- механизм воздействия легирующих добавок на пеоторазрушение, -базирующийся на ях переходе под действием детонационного обжатия облицовки'в газообразное, жидкое или сохраняющих твердое со- ■ стояние;

- принципы разработки порошковых композиций для беспестовых облицовок, основывающийся на введении в порошковую матрицу легирующих добавок о различными физико-химичвокиш свойствами.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на: 71 Всесоюзном съезде по теоритичеокой а прикладной механике, Ташкент, 1986; на школе передового опыта "Повышение эффективности геофизических исследований глубоких окважин в нефтегазовых провинциях Украины", ВШИ УССР, 21-23 апреля, 1987.

Публикации. По теме диооертации имеется 3 публикация» .

Структура и объем работы; Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложения. Работа предотавлена на-149 машинописных лиотах, из нйхЮ7- машинописного текста, 42 отр. оодержат 42 рисунка, 17 отр.г-13таблиц. Список литературы на ¡о стр. содержит 91 наименований.

. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность задачи разработки беспестовых порошковых облицовок кумулятивных зарядов перфораторов, пути ее решения и достигнутые результаты.

В главе I рассмотрены условия работы кумулятивных зарядов о металлячеокиыи облицовками» .асомотрены ооновные научные положения о формировании кумулятивной отруя и образование паста» Отмечено, что детонапяонноэ обжатие облицовки проиоходит в условиях повышения температуры до 1000°С и развития давлений порядка Ю^МПа. Ра'&вмотрены особенности поведения материала облицовки при детонационном обжатии и сформулированы требования к материалу о целью обеспечения максимальной глубины пробития, которые "сводятся в основном к обеспечению высокой пластичности и плотности. Наиболее поляр отвечает.перечисленным требованиям

- медь.,Общим недостатком используемых в настоящее время материалов облицовок.является пестообразоввние.'-'

Прободай анализ существующих методов снижения запестован ности каналов( в частности, путем изменения конструкции обли цобки, введакад систем отклонения или улавливания пестов, применения бпсбтшдачеоких облицовок, замены компактных штамповав них материалов на порошковые. Обоснована перспективность паре-* хода от компактного материала облицовок к порошковому на основа меда, технология изготовления которого позволяет получать холодные прессованием самые разнообразные композиции. Однако -крайне ограниченный объем опубликованного материала по порошковым композициям Ив позволяет выявить общие принципы легирования порошковых материалов путем введения в их состав добавок различных компонентов. Выдвинута гипотеза о возможности устранения пестообрс^ования путем ослабления связи между частицами порошка меди введением легирующих добавок. Сформулированы задачи исследований.

В главе 2 рассмотрены объекты и методы исследований. Основным*; объектами исследовании являлись облицовки кумулятяв ных зарядов перфораторов, имеющих конусную форму с углом при вершине 60°. Облицовки изготавливались холодным двухсторонний прессованием порошков меда, порошковых композиций на основа меди с легирующими добавками

, а такге холодной штамповкой меди.

С целью изучения влияния дисперсности и морфологии ш ротков меди на рабочие характеристики облицовок была иопольз< ваяы различающиеся по этим параметрам порошки марок ПМР, ЕЫС-1ШС-Н. Качество порошковых облицовок оценивалось в сравнении со свойствами широко применяемых компактных медных облицовок из меди марки М1.

Дисперсность частиц порошка и форм-фактор' определялис микроскопическим методом на оптичеоком " » (ФЕТ), а так кв па электронном растровом микроскопа п « (ДщущЯ

с использованием системы обработки изображений " (Англия- СССР).

При выбора режимов смешивания компонентов шихты, обес пвчивающих равномерное распределение добавок, проводился 01 бор проб и их химический анализ по ГОСТ 23143-79.

Плотность облицовок и ее изменение по объему изделия определялось гидростатическим способом по ГОСТ 18898-88. В последнем случае проводилась разрезка облицовок. Рассчитыва-, лаоь аддитивная плотности композиций как обратная величина

•сукыы 'отношений долей компонентов к их шютноотям.

Изучалась микроструктура гблицовок и пестов, характер распределения легирующих элементов о использованием электронного микроскопа «Comsean. « „ микроанализатора

Ыакротвердооть материалов оценивалась на приборе "

(Япония). „'....

Исследование закономерностей формирования и движения кумулятивной отруи проводилось методом мгновенной рентгенографии на 4-х канальной рентгеноимпульоной уотановка ( РИУ ).

Определение пробивной опособнооти.и уровня запеотованноо-ти различных зарядов ооущеотвдялооь то отальной в комбинирован-* ним мишеням« Заряды ЗПК 103 и ЗПК 105-7 устанавливалиоь на pao-отоянии 5С&Змм от мишени, 'ЗПК 95HI— '45^ Змм;

Сравнительные испытания зарядов о 'порошковыми и медными компактными.облицовками осуществлялись на скважинах Зап. Украины и Сибири.

Глава 3 поовящена изучении влияния характеристик порошковых и компактных медных облицовок на рабочие характеристики кумулятивных зарядов.' Исследования позволили выявить некоторые особенности поведения порошковых г зтеряалов в условиях детонационного обжатия в сравнении о компактными. При формировании пеота порошкового материала происходит изменение формы пор от округлой к более вытянутой. По мере перехода от центральной части пеота к его периферии уменьшается размер и количество пор вплоть до их исчезновения вблизи поверхности песта. В отличив от сердцевины в периферийной области пеота полностью завершена рекристаллизация и зерна имеют округлую форму, аналогично пес-у компактной облицовки. Следует отметить, что чем выше пористость облицовки, тем меньше толщина области выоокоплотного материала песта. Возможность формирования таких областей высокоплотного и прочного материала можно считать причиной песгообразованяя при использовании порошковых облицовок.

Кумулятивная отруя порошковой облицовки представляет • собой поток частиц, который со временем "распыляется", что вызывает падение пробивной способности зарядов.

Установлено, что на пробивную способность и пеотообра-зование оказывает влияние размер частиц порошка и их форма. Исследованы пороши марок ПМР,' ПМС-I, ПМС-Н, .отличающиеся по •этим параметрам. Наилучший', комолеко свойств обеспечивает порошок ÍIKC-H,. имеющий номинальный размер частиц 224мкм и ден-

S

¿■¡мнун ОРЪ 0,59). Холодное прооооваиио облицо-. •

у;/,: ььризш создасг благоприятную для пвоторызрушешш

/.*зтвркмд ойнацоькв тоет более 40$ вытянутых г.ир с.'г-зйо цьазйтуо площадь контакта частиц, являедзх-ол фсдегоркш пэогсрйр/л&ал/.

Шшошниэ шютиооги кумулятивной струи и глубина пробития иоэмсыво путей угшшчешш каооы ойзяцоьки за счет ся&квния пористости материала илв увелотешя ео размеров, Однако, установлено, что снигшшо пористости ц:'ла12й# приводит к пестообразова-шш. Нор01ПК0ШЗ облицовки с увеличенной толщщоё стенок и обзо-пзч иващно максимальную глубину пробнтия~90^5.мм на 6С® тяно--ява облицсьок из компактной меда (глубзна пробития 100- 10;.и). Устаиоилена заваоимоегь глубины пробитая заряда от величины ра-» доуоа округления вершины облицовки. Прд уволячошш радиуса округления происходит сшившю глубины пробитая. Наиболее рациональный размер радиуса о учетов сложности его обеспечения составляет 2,5.. ,3:лм.

Проведенные доследования позволяют заключить, что примолвите иорозкоиа о&шцовок с пористость» ши:е 12,6;'о позволит полностью иекдахить пеотообразованио, но при этом происходит пнтинсшзноа ешкошш глубина пробития. В этой связи использовании пористости как фактора иеоторазрушения является неэффективны.". Представляется целесообразные, прямонешш для изготовления облицовок порошка ¡.арки ГО'С-Н, максимальное уплотнение материала, обеспечение радиуса округления вороины облицовки не более 2,ё...3мм и ввезнао в состав гюрощка добавок, выиолнякшх Функцию песторазрушенпя и пошааэдях рабочие характеристики облицовок.

Глава 4 посвящена выбору и исследованию влияния логируа>-вдх добавок на рабочие характеристики порошковых облицовок с цваьо улучшения их свойств к разработке представлений о тю-иизые пасторазруаюшш. В работе сформулирована совокупность тр бований к леглрующш добавкам. Они долины г -обеспечивать технологичность материала при прессовании, способствуя его максимальному уплотнению, снижению раэлоплотносп" частой облицовки и равномерному раоцреДилеыш легкрукии кемпе центов по объему облицовки; - ■

-повышать или суцэственно но снижать плотность материала; -увел чивать гегаотнчиегть •жт'рйила в условиях дедоп&циоиаого 1 обжатия;

- способствовать обрааовеич» вызокошютйрй кукуллтлсноЗ струп большой протяженности?

- вкзкватв пеоторазрушенпе.

Для повизвная технологичности композиция при ¿голодном прессования бтая выбрани легярусгдко добзвкя, о&лао прк*:оияо-юю а качестве твердых сгвзок. Их назначение - сязшшв трпяяя мязду чостицяня порожка мелч при прессования а сбоопоченко вх более ппотпой укладчя. В кзччстро тсг.зх ло^-авои пргт.чнишсь графи, даоуль|ад молибдено, фтористый' кольцаЛ, двуокас» -глюка, а тзпдто свзчск. Поскольку указпяпаз добзгкн прямчшпггся в качестве шсокотегягагвтурлшс сгазок, они должны способствовав взаимному перашцевяо частиц при детонационное обжатии котчрпэ-лэ. Подобный офгект должен наблюдаться я при введении высоко-итастичпых добавок №.

С тачки зрзнич пе от о ре з ру ¡не ипя »се эти добавки по п[вд~ 1галагое;:с:.у кехяниз.чу действия, связанному с переходом добзнш« при доточрпяоннсм обгштла в различные агрегатам состояния мокко разбить на трл группы. Пзрвуа группу составишь я • Пня по дрнним термодинамических расчетов образует газову;: эу, котогая корупке? пвгмь чехоу мстанта порсско 'чдя. Во втору» группу входят !о. Он изолирует чеотвци порспд.а нчд« и, находясь а условиях взр.чва в гадком состоянии, облегчает пе~ ре.чевеняе частиц я разрупенио кэтеряала. Л'рохьо группу составляв» Со/~г и У1-'!:. В условиях взрыва они сохраняют исходное твердое состояние и, яэолдруя частицы кпдл, ирэпят'ствупт са квнвя кзтврзвла в образовании поста. Рассмотрвмшз конповеш» наиболее полно отвечают саормулировэшшм требования?! к легир; -г»«! добавкам. Кроме того, в качества легяруюглх добавок били попользованы Оксид бора имеет низкую температуру

плавления ( Тш<4500С), инертен по отяооовяв к кода и в условиях взрыве находятся в жидком состоянии. По этому парег-'отру оа гожет быть отвесов ко иторэй.группе добавок. Карбид вольфрама яглее ч высокую плотность ( 15,7*10 1.г/м '). По доппыи хв: ■ сч некого анализа настов он поляоотьо сохранялся в уэтзрзэло и поэтому был отнесен к третвеЛ группа легирушах добавок.

Элспбряконгальныо исследования показывают, что добавки (и .! при холодном проссовавкя способствуют у плотнен га пород--коього ?:э терпела обтяцоыш. 1£акс?г.:й"ьни8 эффект елнгзная пористости с 12,Я» До 4,5...4,31 п?.:еет мдето г.р»* увеличения ог • :'ЛЧи I аоблгок до 0,!3:лос.1. добавки £ н Уг.О, сод уп.т благо-

приятную для разрушения песта микроструктуру« Они равномерно распределены по.границам зерен меда в виде изолирующих прослоек. Добавку способствуют снижеяию^раэноплогноотя облицовок о 0,4*10 кг/м5 {Си\ до 0,15«Ю5кг/м3 (0,5маоостальное^. Рабочие характеристики'облицовок пре^отавланы на риоЛа, из которого следует, что пеотообразование полностью отоутствуат при содержании в композиции свыше 4шо,% а С - свыше 0,5то,% Электрошомикроскопическими я локальным химическим анализами . . материала пестов установлено наличие в них дисульфида молибдена* Очевидно, в условиях кратковременного взрывного процеооа происходит лишь частичное его окиоление*

Можно выделить факторы, препятствующие пестообразованию в условиях силового воздействия на облицовку. К ним в первую очередь отаоситая наличие между частицами меди дисульфида молибдена, препятствующего их опеканию и выполняющего роль смазки,. обеспечивающей легкое перемещение частиц и соответственно раз« рушение песта. В овою очередь к разрушению материале путем разъединения частиц меди должно приводить образование газовой фазы вследствие частичного окиоления При малом содержании в композиции разрушение характеризуется образованием в пеоте пор и шкротрещян, при большом содержании (более 4 то,%) - полным разрушением песта. .

Отоутотвие пеотообразования у материала, содержащего ^ , не позволило изучить структуру материала после воздействия взрывных нагрузок на облицовку. Поскольку графит по своим характеристикам во многом аналогичен дисульфиду молибдена, а, именно, является твердой смазкой я начинает окисляться при низкой температуре, можно било бы ожидать одинаковых механизмов пасторазрушения, Однако при малых добавках гранита ( 0,5 мае./Г его количество явно должно быть.недостаточным для изоляции значительного числа частиц меди, обеспечивающих разрушение песта путем относительного сдвига частиц. По крайней мере, при использовании дисульфида молибдена для этой цели требуется введение его в материал в количестве не менее 4 то.%. Поэтому оо-новным фактором, препятствующим пестообразованию при использовании в компазиии графита, в отличие от Ло!^является образование газовой По данным термодинамических расчетов графит окисляется с образованием большого объема газообразных продукта , что объясняет повышенный эффект песторазрушения ппи ш--1 лых добавках его в композиции.

Ь , мм

ЖЖГД^ мао.;?

80 60

1

о

8 т,а2 /¿л , мае

Рис1.Зависимость глубины пробития и уровня пест о образования ^ от содержания в материале легирующей добавки а)С. в)Рь и /Д 05 , в №, та£ и . .

_ - отсутствие песта

_ неустойчивое пестообразоваяие ........ _ устойчивое ( ЮС$) пестообразование

Блкавяо С и ЛйЦ, ьа глубину пробигил проявляется след. ы.'Ж оорззо:; (рио.Ю). Прй введении и порошок иеди 0,5 к С прокссодлг го^с-мнсе глубины пробития с 90&5ам (дто пито rwcrc- г:.' lüö^Gaii и 9574:."! соответственнЬ. Даль-» ее:.,;-;- ucr- vv?a*-'esä добавок вызизоат монотонное они-

сар.дов» Установленная зекоаомор-s-fi-jf-рь- был. cCu;-;;:^;; ü .•¡элеечлшы изменением плотности ка-• .-.игл обл.гд« п?:: д.т^-ог^:;.. Лсгирузде добавки с одной сторона устраняв цорзстооп. шторпола, повысит плотность, о Лругой - увеличение коиазят^изя относительно легких добавок i:r.;:a.-»ja;iT к о и упопьивайю» Последний фактор становятся основным солср£РК1'.-: легирующие добавок более 0,5 као.Я. Li 3,~ciiii3 добавок второй грушш { ) проявляется на

«~>n.0Ti-ax K-ßiuieixte следух-дом образом. Добавки ¿LCrs не приво-;::ir ;; (кихеи.ю дорпотоохй при холодной проосозашш» Она являемся открытой и ооярзаяатся па уровне порошковых медных ойлсцо->.;, - 12,'*/. Дг.» сксто:а Си-(С отмочено резкое онягеш:е пористо -

л-: €,2 пр.: цовкаеикп содержания свинца до 1,0 мас.^.

'.'л':,;;; «««yot Лгйгопгпстиув дня разрушения песта млкро'отрукту-, .•."^•u.ruuc.i г кроссовке в видо пзоле.руюздж частицы мода

¿- та силаче оксид бора сосредоточен в видь са-

' округлой формы. При большом содорг.ониг

,'t w-i. fopjw-xwpiioe его расположение по объему облицоь-

V*. с '.-'jV.г.(¡'тих вкл/леиий - оегрэгацай,

Hi,!fvn:--i ь доСаьок на пробивную способпоз-гь- и поотообра-эог..~ щIi щ.ехжелоно ни р^о.IÖ, 1!з рисунке следует, что для ь:з-i о риала uv-'V- сущемвуег область неустойчивого песхообро-зовиакя и область oroytoitas пестов, йет МЕтеркпла - 4: й» харакх'цша сдай обиость у а правого пйогообразоьзния. Уставов-явинис закономерности рнзывг.ютоя олвдуювимй причинами. При об-:-:.ат!Н! взрцвем происходит порарэппределоиие свинца, находящегося в явдьч-г.; оосгояеаи ( Гш. - 327°С), и пожшвзтея области с крупны: ш, о^аеьтарогонаиыи адсль оси песта вшкенияши Вытянутая {орма сьядотелыШ'ует об интенсивной деформация штедоала. Взз(дап:1..о иесъч: т.-оио/адт по .чтим вытянутым включении/., обл-з • даи.лк мсмегасьисЯ прстао>;ть0. Полно-; отоутотыш ностосбразова-

г.мое.г ujn со v. fгпп!*.;' скипа ниже 5 iv-iC.S, когда

оСеиглн.ис&гс..! рпсомя .у.\-и*ч£ вчйлшгм чвоткц геди, 'В слу=1с»е .;:■)■;-,) iy ;'CiV! е.гч.:!;, 'п;.к2з!:л .-.-нкрорентп,

и'::: ■ v, I •!.;;! ы..:..1 лт, .iv- ; ч rei'iv.. ть

пра дотонац-лошюм ойгатиа в' гадком состоянии ( т ., -450°С), он • антесияатся па сисоконористой матрицы и не прешпч^аует с a ели» канню ii образованию песта.

Введете добакок вгорол грушш сказалось на пробзвпсЛ способности сОлйцовок ояедущш образом (рпо.1б). Ц|и уавлпейа« в гатердала сы-.аца снсласхся пористость кзтораэла л увалглйпй-в'хся адацшшяея плотность, что определяет реет яробззаой способности ззрядз» Однако поят*л впив крушшх евгрогшшй PC, ii у lit) ли-чоние разноплотности облпповок пр;з его содержании свшк 10 мае,,« вызывает, как показали исследования кумулятивно.! струи на Г.1У, падение ее стабильности л, как следствие, анп.'.унпо пробивной способности. Введение в мзтерлал но приводит к с11п7.0шш

пористости л уменьшает аддитивную плотность, приводя к у.мены^з-ння пробития.

Добавки третьей группы ( WC , являются туго-

плавкими. Их; темпзратуры шшвЛенпя проьааавт рабочую температуру ( 1С00°С). В условиях детонационного с&катип они кеходптся в твердом соотояшш и во вступают в химические реакция с U< . При холодаем прзосовашш сил снпл:аэт пористость материала, flpa вюденни добавок в количество 0,5 мао.£ Ivt снизил пористость о 12,1)'» до 6,С?, 77Й- до и CaFz до 5tg?. Из легируй';:«

компонентов LqFz способствует формировании наиболее благоприятной для разрушения песта микроструктура.

Результаты испытаний облицовок представлены на рлс, 1в-, 3 начальны:"! момент при увеличении концентрации легяругте:х до-савок отмечается во всех случаях наличие областей нзустойчиво-' о пестообразования. При дальнейшем повизении концентрации

пестсобразованяе становится устойчивым. Увеличение концентрации 77£?2 и Со F-i в композициях приводит к полному разрушению песта. , ■

При детонационном ойг.атии облицовок материала Си .. U i происходит дробление частиц WL . по данным морфологического анализа частицы довольно равномерно распределена по объему песта. Отмечено существенное увольнение твердости материала,- I.ta-но предположить, что частицы

we с высокой плотностью способствуют уплотнении материала при детонационном обжатии, о чем свидетельствует ешкение пористости с 6,4 % для облицовки до 0,47/i лля песта. Этот '{якт является нгячаяо.1 аестообрпзогаявя,

Механизм ««стог-аз рушения для In - близок к ме-

хагазну пасторсзруаеняя материалов енотеми L" - г.

'Частицы ioh2 разъединяют частицы меди за счет образования твзр ■ дых прослоек. Их вытянутая форма (фактор-формы 0,4) способствует -разрушению песта. Материалы, содержащие T>Q¿' ймеют менее . <л?йг£шриятяую форму пор (форм-фактор 0,7). Разрушение песта пр находит iipu больших чем для &>пг концентрациях добавки. .

'■Для систем Си -- Са Fz й Си - T'VZ микроопект-рмьншл анализом пестов легирующих добавок-в них не обнаружено что, по-видимому, объясняется их малой плотностью и удалением за счет этого из пеота.

Установлено, что при введении в материал добавок Wí? вне-чале происходит рост пробивной'способности зарядов (рио. 1в),, в затем ее снижение. Рост пробивной способности при'введения , \vC обусловлен онижоипем пористости материала при холодном прессовании и увеличением аддитивной плотности. Как показали i исследования кумулятивных струй па Ш7 онижание пробивной способности облицовок при значительных концентрациях WC обуо-лоачей падением устойчивости струй. Это овязано, как показал! микриструктуряие исследования, с увеличением неравномерности распределения добавок но объему облицовки. Данный эффект проявляется в порошковых•материалах при значительных различиях п плотности компонентов. При введении в состав материала облицо вок (hFz от о,5 до 10 ма % наблюдается монотонное снижение пробивной способности. Основная причина онижания пробития-обу словлена низкой плотность» Caf¿ ( Y =3,18,103кг/м"3 ). Введение T¡0¿ от 0,5 до 10 ыас.% мало сказывается на величине пробития. '

На основании проведенных исследований можно рекомендовать в качестве интенсивных пеоторазрушающих добавок графит i дисульфид молибдена. Для повышения пробивной способности обл! цовок перспективной добавкой следует считать Р& . Аналогичм . по своему действию WC менее .технологичен, так как приводи! к быстрому износу преосинструмента, кроме того карбид вольфрг повышает уровонь пестообразования.- •

Глава 5 поовящена совершенствованию технологии получеш оеспестовых порошковых облицовок, исследованию материалов chi тем Си- Рб - С , С'а - .°б, - . в та юг,

стендовым, промышленшал испытаниям. Изготовление облицовок проводилось по тахнологди.' разработанной в Белорусском респу лкканскоы НП"> пор'оыкоьой кеталлургаа,. из которой бшш- яокАш вы (jnecsu.!'¿ сдекокия-й' послздугшего келибрования; Основная

'цель совершенствования технологии состояла в обеспечении равномерности распределения компонентов б шихта, снижении пористости материала, разноплотности и разнотсшцшшости облицовок. Отработка технологии проводилась на материале - ^ (90:10 гас./О л Еклычала в себя подбор типа смесителя, соверззнотво-зьнио прессинстркмента и определение рациональных рз:и!мов сме-пения'и прессования.

Исследованиями установлено, что более эффэктивнш для достижения равномерного распределения клетевого компонента н пихте является использование лопастного смесителя взакен ранее используемого смесителя барабанного типа. В нем реализуется поступательное и вращательное перемешивание шихты. Экспериментально установлено, что максимальная степань однородности достигается при 30 мин. смешения. Использование лопастного смесителя позволило сократить время смешения с I чао. до 30 мин. и уменьшить уровень отклонения концентрации Рб от номинала с'Ц до 0,06 %.

Экспериментально установлено зависимость величины пористости и разноплотности от скорости прессования и чистоты поверхности прессинструмента. Снижение скорости прессования с 10 до 6 ходов в минуту позволило снизить пористость и разнотолщи'нность изделий. Качество поверхности прессинструмента повышено путем увеличения твердости рабочих поверхностей штампа.до 61...63НЕС, что позволило уменьшить шероховатость до Ра=0,6...0,25 и получить зеркальную поверхность при последующей полировке. В ре- ■ зультате пористость была снижена а 6,4 да а разноплот-

ность с 0,25 до 0,2'1Сркг/м1 Для обеспечения высокой геометрической точности (снижение разнатолщянности) изготовления облицовок были ужесточены требования к прессовой оснастке по допускаемым отклонениям от.параллельности горизонтальных плоскостей матриц, обойм, плит. Они были установлены не более 0,02мм но длине 200мм. Отклонение от перпендикулярности пуансона относительно горизонтальной плоскости допускалось не более 0,02мм. Это позволило снизить разнотолиинность с 0,06 до 0,05...0,03мм..

По предложенной технологии изготавливалась материалы тройных систем: Си- Р&-С и . РЗ . Выбор компонентов для яих основывался на ранее выявленном положительном влияние отдельных легирующих добавок на свойства материала облицовок. Свинец обеспечивает высокую пробивную

способность, но использование этих возможностей ограничивается -ого концентрацией Юма с 4!. При большой содержании свинца сильно проявляется э^ект сегрегация при омешении компонентов и пресоо-Еаняя. С и обладает адгезией к металлам, препятствуют агрегатированию металлического порошка и являются эффективными песторазрушителяш. Эти добавки вводилиоь в порошок меди тек, чтобы аддитивная плотность была не ниже меди. В результате исследований были выбрана состава, обеопочивающие высокую отрук-. турную однородность, низкую пористость а разяошготность и ойла-дающие максимальной .равномерностью распределения компонентов по объему изделия: & - £ ( 87,5:12,0:0,5 мае.??) и^Ь- Рб-Л&ь ( 85:14:1 то.%). Комплексные' исследования этих материалов показали, Что они близки по свойствам и превосходят компактные -медные облицовки по рабочим характеристикам. Иоштания облицовок в различных варядах по различным преградам показали увеличение пробития для зарядов с порошковыми, облицовками, увэляче- , яие свободного объема перфорационного канала я отсутствие пеото образования. Полевые испытания выявили увеличение дебите нефге-, газовых.окважин, перфорированных зарядами с порошковыми облицовками. Испытания на длительность хранения позволили установить, что срок хранения облицовок оостава (87^5:-12:0,5 иас.%) составляет I год,, более дорогих ( ооотав Д'-^К. февь (85:14:1 то»%) - 3 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

I. Исследовано поведение медных порошковых обляцоврк в условиях детонационного воздействия. Установлено, что кумулятивная струя порошковых облицовок в отличие от компактных представляет собой поток частиц о областями различной плотности, формирована песта происходит путем уплотнения частиц меда, спекания и динамической рекристаллизации о образованием на его поверхности пра ктически беопориотого слоя, толщина которого зависит от порио-тооти материала облицовки. Для устранения беопориотого слоя и, следовательно, песта необходимо обеспечить пористость свыше 12, и вытянутую форму пор. Последнее достигается использованием порошков, меда о номинальным размером частиц 224мкм и дендритной формой. Повышение пористости дня устранения пестообразования сопровождается снижением уровня пробития заряда.. 2« Для обеспечения высоких .характеристик зарядов обоснована пал спектявность использования холодного, прессования медных порош-

14 "'. V/.V ..

'.ковых композиций с введением песторазрушающах добозох. Устаяо- , влено, что в условиях детонационного воздействия легирующая, добавки образуют газовую ( С- жидкую С фазы

или находятся в твердом состоянии (, Т/.Оц

3. Установлено, что гарантированное песторазрушеняе имеет мео-то в том случае, когда легирующая добавка обеспечивает достаточную изоляцию чаотиц меди, предотвращая спекание и обеспечивая их взаимное перемещение и последующее разрушение песта прч детонационном воздействии.. Наиболее благоприятная микроструктура для разрушения песта, формируется при холодном прасоова-* нии при введении в состав композиции добавок, являющихся тве~. рдыми смазками С и Рб , которое располагав ются в-виде тонких изолирующих прослоек по границам чаотиц. -Песторазрушение определяется: при легировании С - его окис-» лением и образованием газовой фазы, ЛоЗд^-, частичным окаелс» нием и существованием твердой смазки, - существованием твердой смазки, Р6 - образованием жидкой прослойки. Наиболее эффективной добавкой, вызывающей песторазрушеннэ при минпмаль--них ее содержаниях (0,5 мао.#) является графит.

4. Установлено, что'компонента и Т'О. 0 плотностью существенно ниже Си отсутствуют в материале поста. Удаленно из материала находящегося в жидком состоянии, сопровождается разрыхлением, но не устранением песта. При содераавял в композиций Тг'£>2, от 4,5мас.$ я вншэ - пеоторазруаеяие отсутствует.

5. Определено, что при введения в состав композиции превосходящего по твердости и плотности матричный материал, по- . следний располагается в виде отдельных включений и способствует уплотнению материала при детонационном воздействии на облицовку с образованием песта.

'6. Подтверждено общее теоретическое положение о росте пробив-, ной способности зарядов с увеличением плотности материала облицовки. Дня порошковых легированных материалов она определяется влиянием легирующей добавка да уплотняемость порошка при холодном прессовании и ее плотностью. Етяяние последней на . плотность материала становится превалирующей при введении до~ бавок более 0,5мас.$ за исключением Соответст-

венно, увеличение концентрации добавок,'имеющих плотность ниже матрицы ( С ¡М&з, , СЬ^з. приводит к снижению проби-|.вной способности, а выше (Р(, УС )- к увеличению уровня про-

ЙИТИЯ.

7. Установлено, что снижение глубины пробития при увеличения концентрации тякелых компонентов и СЕыше 10 мао.% обусловлено ростом разноплотнооти облицовок по объему и наличном крупных сегрегации Р6 и IvC , что приводит к потере устойчивости кумулятивной струи.

8. Дчя реализации возможности использования повышенных концентраций ^ в композиции о целью достижения максимального про-оптин предложено дополнительное легирование С и препятствую;-'::;:'; сегрегации в процессе смешения порошков и их прессования, снижающих пористость материала и способствующих пзсторазру-kgíiüíj, Усовершенствована технология изготовления порошковых облицовок, обеспечивающая минимальную разноплотность и разностен-ность облицовок, высокую равномерность распределения компонентов в матрице,

9. Разработаны к предложены для промышленного использования материалы ^ - 6 (87,5:12:0,5 мае.?) и С" - М

14:1 маи.',^). Они превосходят компактные модные облицовки по глубине пробития, объему перфорационного канала и но образует пестов. Их использование п.-)полает повысить не^те-, газоотдзчу оккшш на 20...40$.

ЛИТЕРАТУРА

1. Опыт применения кумулятивных, зарядов с порошковыми облицовками но территории San.Украины и Башкирии/ Л„И.Державен, Т.Е.Во-родш, Б.Б.Шприц, Т.И.Е'пи ¡.анцева,// Повшонпз эффективности reo-физических исследований глубоких окважян в нефтегазовых провяа-цнях Украины: Тез. докл. на иколо передового опыта.- Киев, 1987,0. II.

2. Особенности образования кумуллтяьн'Ы; струп при применении порошковых облицо:;ок в зарядах для перфорации сквахан/ К.".Козо-рэзов, Л.К. державе,ц, Т.йЛЬркинз, Т.Н. Епифанцевд/Деоритичео-кал и прикладная механика: Тез. доил, на Всесоюзном съезде-Таи-кеь?.-190б.- C.24G. •

,3. 1:.'.соь ¡J.A., Воркпг.а Т.Е. Разработка материалов для беопасто-выч голидовок кумулчтг.ьшэ зарядов пзруорогорой// Ваотьск МЛ'У.-

1С