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Hohlladung zu Perforierungszwecken
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Hohlladungen, die zur Perforierung insbesondere der die Innenwand von Bohrlöchern auskleidenden Verrohrungen sowie der gegebenenfalls dahinter befindlichen Zementschicht und der hinter dieser gelegenen geologischen Formationen benutzt werden.
Bekanntlich besitzen die zuPerforierungszwecken benutzten Hohlladungen gewöhnlich an ihrem vorderen Teil eine im allgemeinen metallische Auskleidung, die dem Zweck dient, den Perforierungsstrahl zu erzeugen. Die Detonationswelle, die sich in der Hohlladung ausbreitet, hat zur Folge, dass die Auskleidung zur Achse der Hohlladung hin weggedrückt wird, wodurch einem Teil dieser Auskleidung eine Geschwindigkeit zur Achse hin aufgeprägt wird, die wesentlich höher liegen kann als diejenige der Detonationswelle. Es ist somit die Substanz selbst dieser mit einer sehr hohen Geschwindigkeit fortgeschleuderten Auskleidung, die den Durchdringungsstrahl bildet, und es ist infolgedessen einleuchtend, dass sich die Vorgänge bei der Bildung des Strahls auch auf die Durchdringungseigenschaften auswirken.
Seit langer Zeit ist bereits experimentell festgestellt worden, dass die Perforierungsleistungen einer gewöhnlichen konischen Explosivladung ein Maximum erreichen, wenn diese Ladung in einer bestimmten Entfernung von der Zielscheibe, dem sogenannten optimalen Wirkungsabstand, abgeschossen wird. Bei den Perforierungsvorrichtungen mit Hohlladungen, wie sie bisher in solchen Fällen gebraucht worden sind, wo die Bohrlöcher kein Einsatzrohr für die Bohrlocherschliessung aufweisen, hat es keine erwähnenswerte Schwierigkeiten gegeben, um im Augenblick der Explosion der Ladung diesen optimalen Wirkungsabstand einzuhalten. In diesem Fall werden nämlich die Hohlladungen von einem Träger gehalten, dessen Durchmesser nur wenig geringer ist als derjenige des Bohrlochs.
Indem dabei die in diesem Träger angeordneten Hohlladungen in einer gegebenen Entfernung von der Aussenwand des Trägers liegen, ist für die Hohlladung praktisch der optimale Wirkungsabstand gewährleistet. Eine solche Anordnung ist schematisch in der Fig. l dargestellt, in der mit 1 ein mit einer Bohrlochspülung 2 angefülltes und mit einer Verrohrung 3 ausgestattetes Bohrloch bezeichnet ist. Mit 4 ist der Träger für die verschiedenen Hohlladungen 5, 5'usw. bezeichnet. Indem dieses Perforierungsgerät durch spezielle Zentriervorrichtungen zentriert wird, kann man von vornherein die Hohlladungen 5, 5'in ihrem Träger so anordnen, dass der optimale Wirkungsabstand für alle Hohlladungen mit den geringstmöglichen Abweichungen eingehalten wird.
Die Verhältnisse liegen jedoch anders, wenn die Bohrlocherschliessung über ein Einsatzrohr erfolgt, durch das die Hohlladungen hindurchgeführt werden und dann die Verrohrung perforiert werden soll.
Die Fig. 2 veranschaulicht diesen Fall. Mit 1 ist ein Bohrloch bezeichnet, das von einer Bohrlochspülung 2 angefüllt und mit einer Verrohrung 3 ausgestattet ist. Um die Perforierung an den angezeigten Stellen vorzunehmen, ist ein Rohr 6 eingeführt, dessen Durchmesser bekanntlich wesentlich geringer ist als derjenige der Verrohrung 3. Durch das Rohr werden die Hohlladungen hindurchgeführt, die zur Perforierung benutzt werden sollen. In diesem Fall sind die Hohlladungen 5, 5', 5" unterhalb des Rohrendes in Reihenform aufgehängt.
Infolge der Neigung der Verrohrung gegenüber der Senkrechten, die zur Folge hat, dass die Reihe an der Verrohrung zur Anlage kommt, ergibt sich, dass der Wirkungsabstand der verschiedenen Ladungen ganz beträchtlichen Änderungen unterliegen kann, wobei dieser Abstand für bestimmte Ladungen (beispielsweise 5') praktisch null und hingegen für andere (beispielsweise 5") wiederum relativ gross werden kann. Mit den üblichen Ladungen wird also im allgemeinen der optimale Wir-
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kungsabstand nicht erreicht, und die Wirksamkeit der Ladungen ist infolgedessen stark von Zufälligkeiten abhängig.
Die vorliegende Erfindung bezweckt im besonderen, die sich aus dieser Situation ergebenden Nach- teile zu beseitigen und Hohlladungen zu schaffen, deren Wirksamkeit so wenig wie möglich durch den Wirkungsabstand beeinträchtigt wird, so dass die Wirksamkeit der Ladungen in den praktisch vorkommenden Grenzen nicht mehr der Abhängigkeit von dem Wirkungsabstand unterliegt. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass die Eigengeschwindigkeit jedes der Elemente des Strahls von dem Neigungswinkel des
Teils der Auskleidung, der dieses Element sozusagen bildet, mit der Achse der Ladung und/oder mit der Fläche der Umhüllung (Aussenfläche des Explosivstoffes) sowie von der Entfernung dieses Elements zur Achse abhängig ist.
Es ist infolgedessen möglich, indem man die in Rede stehenden Winkel in Funktion der Entfernung zur Achse des entsprechenden Elementes der Auskleidung, d. h. indem man die Form der Auskleidung oder der Umhüllung ändert, Einfluss auf die Form und die Qualitäten des Strahls auszuüben.
Im vorliegenden Fall handelt es sich darum, einen möglichst langgestreckten Strahl zu erhalten, um eine grosse Perforation in den geringen Wirkungsabständen zu erhalten, der jedoch auf grossem Wirkungsabstand noch zusammenhängend bleibt. Es ist daher notwendig, ziemlich grosse Geschwindigkeiten der Strahlelemente zu erreichen, dabei jedoch einen begrenzten Geschwindigkeitsgradienten zu bewahren.
Zu die- sem Zweck wird erfindungsgemäss an Stelle einer konischen Auskleidung eine solche in Vorschlag gebracht, die von einer aufgeweiteten Fläche, insbesondere einer Umdrehungsfläche, gebildet wird, deren Erzeugende eine Kurve ist, deren Konkavität gegenüber der Umdrehungsachse in der Nähe der Spitze der Auskleidung nach aussen gerichtet, dagegen in der Nähe ihrer Grundfläche zur Achse gerichtet ist, wobei die Neigung der Erzeugenden gegenüber der Achse und/uder gegenüber der Umhüllung und die Kurve dieser Erzeugenden an jeder ihrer Punkte entsprechend gewählt sind.
Dank dieser Anordnung vergrössert man die Streckung des Strahls in der Nähe der Spitze der Auskleidung und in seinem mittleren Teil, wohingegen diese Streckung in der Nähe der Grundfläche der Auskleidung verringert wird, so dass der Strahl bereits in geringen Wirkungsabständen genügend ausgezogen ist und bei verhältnismässig grossen Wirkungsabständen homogen bleibt.
In der Zeichnung ist in Fig. 3 ein besonderes Ausführungsbeispiel einer Hohlladung dargestellt, die zu dem angegebenen Zweck verwendbar ist. In dieser Fig. bezeichnet 7 die Aussenhülle der Hohlladung, die an ihrem rückwärtigen Ende eine Öffnung 8 besitzt, in der in an sich bekannter Weise die nicht dargestellte Zündvorrichtung untergebracht ist. Mit 9 ist der Explosivstoff und mit 10 die metallische Auskleidung dieser Ladung bezeichnet, die gemäss der Erfindung die Form einer Umdrehungsfläche mit den zuvor angegebenen Eigenschaften besitzt.
Wenn mit D der Gesamtdurchmesser der Ladung angenommen wird, so wird der Krümmungsradius rl der Erzeugenden in der Nähe der Spitze vorzugsweise zwischen 0, 2 und 0, 5 D und der Winkel 0'.. d. h. die Neigung der Erzeugenden in dem Punkt, wo diese den Boden der Auskleidung 10 schneidet, vorzugsweise zwischen 10 und 300 gewählt.
Was nun der Krümmungsradius r der Erzeugenden der Auskleidung in der Nähe der Grundfläche der Auskleidung angeht, so besitzt dieser vorzugsweise dieselbe Grössenanordnung wie der Radius in dem andern Teil der Ladung, und der Winkel ss der Erzeugenden mit der Wand der Umhüllung der Ladung wird vorzugsweise zwischen 10 und 400 gewählt. Im dargestellten Fall ist die Umhüllung zylindrisch, was jedoch nicht obligatorisch ist. Die Hülle kann auch kegelstumpfförmig sein, indem sie einen mehr oder weniger spitz zulaufenden Winkel bildet. Die konische Fläche des Kegelstumpfes kann nach vom oder nach hinten konvergieren.
In allen Fällen sind die zuvor in bezug auf den Winkel ss angegebenen Grenzbedingungen vorzugsweise beizubehalten, wobei jedoch der Wert von B verschieden sein kann von demjenigen, der für den Fall einer zylindrischen Umhüllung zu wählen ist.
In Übereinstimmung mit der Theorie hat die Erfahrung gezeigt, dass man mit so ausgebildeten Ladungen einen langgestreckten Strahl erhält, dessen Wirksamkeit sich nur wenig mit der Entfernung ändert. infolgedessen besitzen alle Ladungen der Kette der Fig. 2 eine an der optimalen Wirksamkeit liegende Wirkung.
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