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Perforiergerät zur Untersuchung der von Bohrlöchern durchteuften Erdformationen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Perforiergeräte für Bohrlöcher, u. zw. insbesondere auf mit geformten Ladungen ausgerüstete Geräte, die nach der Zündung durch einen in dem Bohrloch ange- ordneten Rohrstrang zurückziehbar sind und die wenige oder gar keine Rückstände in dem Bohrloch zurücklassen.
Es sind für einmalige Verwendung geeignete, mit geformten Ladungen ausgestattete Perforiergeräte bekannt, die durch eine Rohrleitung eingeführt werden und bei der Detonation der Ladungen zerfallen, so dass die Bruchstücke in dem Bohrloch zurückbleiben. Bei einer Ausführungsform dieser Art von Perforiergeräten sind die Ladungen in besonderen, flüssigkeitsdichten und dünnwandigen Kapseln angeordnet, die auf geeignete Weise miteinander verbunden sind und eine Kette von Ladungen bilden. Bei einer andern Ausführungsform sind die Ladungen in einem flüssigkeitsdichten, zerbrechlichen, dünnwandigen
Gehäuse untergebracht. Diese Ausführungsformen befriedigen in gewissem Umfang, jedoch entsteht immer eine bestimmte Menge von Rückständen der Behälter oder Gehäuse, die in dem Bohrloch zurückbleiben.
Im allgemeinen haben diese Rückstände nur geringe Bedeutung ; in einigen Fällen ist es jedoch wünschenswert, die anfallenden Rückstände so gering wie möglich zu halten.
Bei einem bekannten Vorschlag zur Verringerung der in dem Bohrloch verbleibenden Rückstände hat man die Verbindungen oder zerbrechlichen Gehäuse fortgelassen und die Kapselladungen in einem herausziehbaren Rahmen oder Tragglied angeordnet. Die Verringerung der Rückstände fällt hiebei jedoch nicht ins Gewicht, da ihr grösster Anteil bei der Zerstörung der Gehäuse der Kapselladungen selbst anfällt. Hinzu kommt, dass der Träger nach einer oder nach mehrfacher Verwendung durch die bei der Detonation der Ladungen entstehenden Explosionsdrücke bis zur Unbrauchbarkeit verformt wird. Es besteht somit ein Bedürfnis nach einem billigen Perforiergerät, bei dem der Anfall der in dem Bohrloch verbleibenden Rückstände so gering wie möglich gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues und verbessertes, mit geformten Ladungen versehenes Perforiergerät, das in Bohrlöchern verwendet wird, die mit einer Rohrleitung ausgestattet sind, so dass die bei Detonation der Ladungen anfallenden Bruchstücke oder Rückstände durch die Rohrleitung herausgezogen werden können.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein neues und verbessertes Gehäuse zur Aufnahme der Ladungen der Perforiergeräte für derartige Bohrlöcher, bei denen das Gehäuse und die Ladungen so angeordnet sind, dass die bei der Detonation der Ladungen entstehenden Explosionsdrücke das Gehäuse nicht ungebührlich zerstören, so dass es durch den Rohrstrang herausgezogen werden kann.
Das erfindungsgemässe Gehäuse ist gegenüber den Ladungen mit Wandungsteilen verringerter Stärke ausgestattet, um die Wirkung der Ladung zu erhöhen und die Entstehung eines nach aussen gerichteten Grates zu begrenzen, der sich durch den durch die Detonation der Ladung erzeugten, den Wandungsteil geringerer Stärke durchdringenden Explosionsstrahl bildet.
Das erfindungsgemässe Gehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass es herausziehbar ist und eine einfache und billige Konstruktion aufweist.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung finden sich in einem Perforiergerät verwirklicht, das gekapselte Explosionsladungen aufweist, die in einem langgestreckten, dünnwandigen, rohrförmigen Gehäuse angeordnet sind, das die bei der Detonation der Ladungen entstehenden Rückstände aufnimmt.
Die Erfindung betrifft ein Perforiergerät zur Untersuchung der von Bohrlöchern durchteuften Erdformationen, das durch einen Rohrstrang mit geringem Durchmesser von der Erdoberfläche auf das zu untersuchende Niveau abgesenkt und nach der Perforierungwieder herausgezogen wird, bestehend aus einem langgestreckten rohrförmigen Gehäuse, in dem Explosivladungen eingelagert und für eine aufeinanderfolgende Detonation durch eine Zündschnur od. dgl. miteinander verbunden sind, und besteht im wesentlichen darin, dass das Gehäuse gegenüber den vorderen Enden der Ladungen Ausnehmungen oder Aussparungen besitzt, die sich von der äusseren Oberfläche nach innen erstrecken, wodurch die Stärke der Wandteile verringert wird. Die Erfindung betrifft ferner Einzelheiten an einem solchen Gerät.
Die Ausgestaltung und die Arbeitsweise des erfindungsgemässen Perforiergerätes ergeben sich aus den Zeichnungen, die eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung darstellen. Fig. 1 zeigt eine Ansicht
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des erfindungsgemässen Perforiergerätes. Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Teiles des in Fig. 1 gezeigten
Perforiergerätes in vergrössertem Massstab. Fig. 3 ist ein Querschnitt gemäss der Linie 3-3 der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen Teil des Gehäuses gemäss Fig. 2 nach erfolgter Detonation der
Ladung.
Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines verrohrten Bohrloches 10, das die Erdformationen 11 und 12 durchdringt, wobei die Erdformation 12 die zu untersuchende Formation bildet. Ein Rohrstrang 14 erstreckt sich von der
Erdoberfläche abwärts bis zu einem Punkt oberhalb der Formation 12, wobei der zwischen dem unteren
Ende des Rohrstranges 14 und dem ausgerohrten Bohrloch 10 bestehende Ringraum durch eine übliche Packung 15 in geeigneter Weise abgedichtet ist. Das erfindungsgemässe Perforiergerät 16 befindet sich im Bereich der zu untersuchenden Erdformation 12 und besteht aus einem Kabelkopf 17, einem üblichen ringförmigen Gehäusezwischenstück 18, einem rohrförmigen Gehäuse 19 und einem Abschlussstück 20, das das Gehäuseende vollkommen abschliesst.
Das Gehäusezwischenstück 18 und das Abschlussstück 20 sind mit dem Gehäuse 19 flüssigkeitsdicht verbunden, so dass das Gehäuse gegenüber den im Bohrloch befindlichen Flüssigkeiten abgedichtet und in seinem Inneren unter einem geeigneten Druck, beispielsweise Atmosphärendruck, steht. Das Gehäuse 19 kann aus Stahl oder einem andern geeigneten Material bestehen, das einen ausreichenden Widerstand gegenüber den im Bohrloch herrschenden Drücken besitzt und eine Zerstörung oder eine unerwünschte Verformung bei der Betätigung des Perforiergerätes verhindert.
Das Gerät 16 wird durch das Bohrloch in eine Stellung imBereich der zuuntersuchendenErdformation abgesenkt und durch den Rohrstrang 14 mittels einer nicht dargestellten, auf der Bodenoberfläche befindlichen Winde durch ein bewehrtes elektrisches Kabel 21 aufwärtsgezogen, das zwischen der Winde und dem Kabelkopf 17 angeordnet ist. Es können nicht dargestellte geeignete Mittel vorgesehen sein, um das Gerät, beispielsweise mittels geeigneter Zentriervorrichtungen, in der Mitte des Bohrloches zu halten.
Es können aber auch Dezentriermittel, beispielsweise eine Feder oder eine magnetische Orientiervorrichtung, vorgesehen sein, um das Gerät in exzentrischer Lage zu halten.
Im Abstand voneinander sind in dem Gehäuse 19 eine Vielzahl von üblich geformten Explosionsladungen 22 angeordnet, die zum Zwecke der Zündung mit Zündmitteln 23, beispielsweise einer Zündschnur, verbunden sind. Eine Detonations- oder Zündkappe 24 für die Zündschnur ist über das elektrische Kabel 21 mit einem nicht dargestellten, auf der Erdoberfläche angeordneten Schalter verbunden, so dass die Zündung der Ladungen 22 elektrisch auf bekannte Weise eingeleitet werden kann.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht das Gehäuse 19 aus einem dünnwandigen Rohr, das eine längsgeformte
Ladung 22 mit einer Längsachse 28 aufnimmt, die senkrecht zu der Längsachse 28 a des Gehäuses liegt.
In der Fig. 2 ist lediglich ein Teil des Gehäuses mit einer Ladung gezeigt ; es können ähnlich angeordnete
Ladungen in andern Teilen des Gehäuses angeordnet sein, wobei die Ladungen auf der Länge des Gehäuses derart verteilt sind, dass sie in üblicher Art in eine oder mehrere Richtungen weisen.
Die geformte Ladung 22 besitzt einen länglichen hohlen Mantel 25, der einen vorderen rohrförmigen
Teil 26 und einen rückwärtigen kegelstumpfartigen, dünnwandigen Teil 27 besitzt, der sich von dem rohrförmigen Teil 26 längs der Achse 28 verjüngt. Das vordere Ende 29 des rohrförmigen Teils 26 ist gemäss
Fig. 3 kurvenförmig ausgebildet, um sich der Kurvenform der inneren Wandung 33 des Gehäuses anzupassen. Am rückwärtigen Ende des Mantels 25 ist eine halbzylindrische Ausnehmung 30 vorgesehen, die quer zur Längsachse 28 der Ladung verläuft und eine Zündschnur 23 aufnimmt. Der Mantel 25 ist mit der in der Ausnehmung 30 liegenden Zündschnur gleitend in dem Gehäuse 19 angeordnet.
Der Mantel 25 ist mittels eines Befestigungsorgans 31 in dem Gehäuse festgelegt. Das Befestigungsorgan 31 besitzt einen Ring 32 a, der den vorderen rohrförmigen Teil 26 aufnimmt, und mit ihm auf geeignete Weise, beispielsweise durch Schweissung, verbunden ist. Von dem unteren Ende des Ringes 32 a ragt ein Arm 32 b vor, der in Richtung auf den unterhalb des vorderen Endes 29 des Rohrteiles 26 befindlichen Wandungsteil des Gehäuses 19 verläuft und einen abwärtsgerichteten Ansatz 32 c besitzt, der an der Innenwandung 33 des Gehäuses anliegt. Eine in dem unteren Ende des Ansatzes 32 c angeordnete Gewindebohrung wird auf eine Seitenöffnung 35 in der Gehäusewandung ausgerichtet, so dass ein Befestigungsglied 36, beispielsweise eine Schraube, die Kapsel 25 in fester Lage innerhalb des Gehäuses unter Anlage des Aussenendes 29 an der Innenfläche 33 hält.
Solange das Befestigungsglied 36 in die Gewindebohrung 34 eingreift, ist die Ladung 22 in ihrer Lage innerhalb des Gehäuses fixiert.
Die hohle Kapsel 25 ist im wesentlichen mit Explosivstoff 37 angefüllt, und ein kleiner Zündsatz 38 ist zwischen der Zündschnur 23 und dem rückwärtigen Ende der Explosivladung 37 angeordnet. Als Explosivstoff kann an sich übliches Material verwendet werden, beispielsweise kann der Zündsatz zu 98% aus Cyclonit und zu 2% aus Wachs und die Explosionsladung aus reinem Cyclonit bestehen. Bei gegebener Grösse der Kapsel 25 kann die Menge des Sprengstoffes durch eine am Ende offene konische Einlage 40 verringert werden, die in den rückwärtigen Teil 27 der Kapsel eingepasst ist. Selbstverständlich kann die Grösse und die Form der Einlage 40 oder der Kapsel 25 variiert werden, um an jeden beliebigen Sprengstoff angepasst zu werden.
Die Vorderseite des Sprengstoffes 37 weist einen konischen Hohlraum auf, der mit einer Metalleinlage 41, beispielsweise aus Kupfer, in üblicher Weise ausgekleidet ist.
Erfindungsgemäss ist ein Teil des Gehäuses 19 benachbart zum vorderen Ende des ausgekleideten Hohlraums ausgeschnitten, wie es am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, um eine Aus-oder Hohlrundung 42 zu bilden, die unmittelbar in Richtung des Durchdringungsstrahls, der bei der Explosion der Ladung des Perforiergerätes erzeugt wird, gelegen ist. Vorzugsweise wird die Hohlrundung 42 durch ein Bogenstück
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eines imaginären Zylinders, dessen Achse 44 senkrecht zur und in einer Ebene mit der Längsachse 28 der
Ladung liegt, gebildet. Die genaue Form der Hohlrundung kann so weit variiert werden, dass der Teil der Rundung, der durchschlagen wird, eine geeignete Stärke besitzt.
Die Form und Grösse der Hohlrundung und die Stärke der Gehäusewandung in dem ausgesparten Teil sind so zu wählen, dass sie einer Deformierung durch die in dem Bohrloch auftretenden Drücke widerstehen. Bei genau bemessener Stärke und Form der Aussparung liegt beim Durchschlagen des Explosivstrahles der Ladung der grössere Teil des hiebei entstehenden Grates innerhalb des Zylinderumfanges der äusseren Gehäusewandung.
Im Betrieb wird das Perforiergerät 16 durch den Rohrstrang 14 abgesenkt, bis es sich im Bereich der zu untersuchenden Erdformati0n befindet ; darauf werden die Ladungen 22 in bekannter Weise zur Explosion gebracht. Die Detonation jeder Ladung 22 erzeugt einen Durchdringungsstrahl, der den mittleren Teil der Ausrundung 42 durchschlägt. Um die Durchschlagöffnung 46 herum entsteht ein Grat 45, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der von dem Umfang der Öffnung nach aussen gerichtet ist und mit seinem grösseren Teil innerhalb der Umfangsfläche des durch die äussere Wandung 43 des Gehäuses gebildeten Zylinders liegt. Kleine über die äussere Wandung des Gehäuses vorstehende Spitzen des Grates 45 werden leicht bei Berührung mit dem Rohrstrang 14 oder Gehäuse abgebrochen, wenn das Gerät nach oben gezogen wird.
Die Bruchstücke der Kapsel 25 werden in dem Gehäuse 19 aufgenommen, so dass die Rückstände mit dem Gehäuse entfernt werden.
Die durch die detonierten Ladungen erzeugten Explosionsdrücke sind für eine kurze Zeitdauer so gross, dass sie das Gehäuse in einem durch die Linie 3-3 der Fig. 2 gekennzeichneten Bereich auszudehnen suchen und sich Ausbeulungen ergeben, wie sie aus Fig. 4 ersichtlich sind. Da sich jedoch bei dem zum Vorderende der Ladung benachbart liegenden ausgerundeten Gehäuseteil der Grat innerhalb des Umfanges der äusseren Gehäusewandung hält, wäre die Ausbeulung der einzige Faktor, der die Rückführung des Gehäuses durch einen Rohrstrang kleinen Durchmessers behindern könnte. Selbstverständlich ist es notwendig, diese Gehäuseausbeulung so zu steuern, dass das Gehäuse nicht durch den Explosionsdruck aufgerissen wird.
Die Ausbeulung des Gehäuses kann durch die Abstimmung des Verhältnisses des Gewichtes des
Sprengstoffes zu dem Abstand der Ladung von der inneren Gehäusewandung beeinflusst werden ; wenn beispielsweise der Rohrstrang 14 einen Innendurchmesser von zirka 6, 3 cm besitzt und der Durchmesser des Gehäuses zirka 5 cm beträgt, dann muss die Ausbeulung leicht unterhalb 1, 3 cm gehalten werden. In der Praxis wird aus Sicherheitsgründen die Ausbeulung des Gehäuses so gering wie möglich gehalten.
Zur Steuerung der Ausbeulung lässt man beispielsweise in dem Gehäuse eine Fläche "A" offen. Dies ist die Fläche, die sich ergibt, wenn man die Querschnittsfläche der Kapsel in der durch die Linie 3-3 gegebenen Ebene von dem Innenquerschnitt des Gehäuses abzieht. Wenn das Gewicht des Spreng- stoffes für eine gegebene Querschnittsfläche "A" erhöht wird, erhöht sich auch die Ausbeulung. Wenn die offene Querschnittsfläche bei einem gegebenen Gewicht des Sprengstoffes verringert wird, steigt ebenfalls die Grösse der Ausbeulung. Es wurde gefunden, dass bei Verringerung der offenen Querschnitts- fläche "A" auf den Wert Null, das Gehäuse aufreisst.
Die Ausrundung im Gehäuse kann dem Teilumfang eines Zylinders mit einem Durchmesser von zirka
6, 3 cm entsprechen bei einer Stärke des Gehäuses an der dünnsten Stelle von zirka 1, 5 mm. Es wurde festgestellt, dass bei einer geringsten Stärke der Gehäusewandung von 1, 5 mm das Perforiergerät Bohrloch- drücken von wenigstens 703 atü widerstehen kann.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung sich auf ein Perforiergerät bezieht, das nach der Zündung durch den Rohrstrang zurückgezogen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass benachbart zum Vorderende der Ladung ein Wandungsteil verringerter Stärke vorgesehen ist, der die Leistung der Ladung erhöht, und die Entstehung eines nach aussen gerichteten Explosionsgrates steuert.
Das Gehäuse und die Ladung sind so angeordnet, dass ebenfalls die Gehäuseausbeulung kontrolliert werden kann. Ausserdem werden die bei der Explosion der Ladung entstehenden Rückstände in dem Gehäuse zurückgehalten. Da das Gehäuse aus üblichem Stangenmaterial hergestellt werden kann und nur eine geringe Bearbeitung erfordert, stellt es sich in der Herstellung einfach und billig. Wenn das Gehäuse auch bei einer einmaligen Benutzung in dem Bohrloch verbraucht ist, so liegen die Kosten doch innerhalb der Wirtschaftlichkeit, wie sie für derartige Perforiergeräte gefordert wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch Abänderungen und Modifikationen, soweit sie innerhalb des offenbarten Erfindungsgedankens liegen.
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