DE10018872A1 - Übertragungsladung - Google Patents

Abstract

Eine Übertragungsladung (50) zum Verzögern eines Detonationszugs von einem Detonationsstrang (58) zu einer anderen Übertragungsladung (65) mit einem Sprengstoff (54) und einem Mantel (53). Der Mantel (53) besitzt ein offenes Ende (57) zur Aufnahme eines Endes des Detonationsstrangs (58) und ein vertieftes geschlossenes Ende (56), das so beschaffen ist, daß es ein Projektil (70) bildet, das bei der Detonation des Sprengstoffs (54) die andere Übertragungsladung (65) trifft. Der Sprengstoff (54) kann wenigstens 50 Gew.-% NONA enthalten und in einigen Ausführungsformen primär aus NONA bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertragungsladung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Ausbilden von Durchbrüchen in einer Formation zum Erhöhen der Förderung von Öl und/oder Gas aus der Formation wird typischerweise eine Tief­ bohrkanone verwendet. Die Durchbrüche werden durch die Detonation von Hohl­ ladungen der Tiefbohrkanone ausgebildet. Auf diese Weise detonieren die Hohlla­ dungen typischerweise als Reaktion auf eine Druckwelle oder auf einen Detonati­ onszug, der sich entlang eines mit den Hohlladungen in Kontakt stehenden (häufig Primärstrang genannten) Detonationsstrangs ausbreitet. Recht häufig können zum Durchbohren der Formation bzw. der Formationen eines Bohrschachts mehrere Tiefbohrkanonen in einer Zündfolge verwendet werden. Im Ergebnis kann der Detonationszug von einer Tiefbohrkanone zur nächsten verzögert werden, woraus folgt, daß der Detonationszug zwischen den Detonationssträngen der verschiede­ nen Tiefbohrkanonen verzögert wird. Eine Möglichkeit, dies zu realisieren, besteht darin, die Enden der Detonationsstränge miteinander zu verbinden. Eine solche Anordnung kann jedoch zu fehleranfällig sein.

Zur effizienteren Übertragung eines Detonationszugs zwischen zwei Detonationssträngen können Sekundärsprengstoffe verwendet werden, da diese den Detonationszug durch die Art der Übertragung intensivieren oder verstärken. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, verwendet z. B. ein Detonationsübertragungsladungspaar 10 (eine Geberübertragungsladung 10a und eine Empfängerübertragungsladung 10b) Sekundärexplosionen zur Übertragung eines Detonationszugs von einem Detonationsstrang 12 zu einem anderen Detonationsstrang 14. Hierzu kann die Geberübertragungsladung 10 einen Sprengstoff 20 in der Nähe eines geschlosse­ nen flachen Endes 24 eines rohrförmigen Mantels 22 enthalten. Ein offenes Ende 21 des Mantels 22 nimmt ein Ende des Detonationsstrangs 12, 14 auf, das ideal­ erweise mit dem Sprengstoff 20 in Kontakt steht. Der Sprengstoff 20 in der Geber­ übertragungsladung 10a detoniert als Reaktion auf einen Detonationszug von dem Detonationsstrang 12, was bewirkt, daß das Ende 24 des Mantels 22 in mehrere Projektile zerspringt. Wenn die Empfängerübertragungsladung 10b nah genug an der Geberübertragungsladung 10a ist, treffen die Projektile das Ende der Empfän­ gerübertragungsladung 10b, wobei sie dessen Sprengstoff 20 zur Detonation bringen. Die Detonation des Sprengstoffs 20 der Empfängerübertragungsladung 10b bewirkt ihrerseits einen Detonationszug in dem Detonationsstrang 14, womit die Übertragung des Detonationszugs abgeschlossen ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können die Geberübertragungsladung 10a und die Empfängerübertragungsladung 10b völlig gleich sein. Infolgedessen kann jede der beiden Übertragungsladungen 10 als Geberübertragungsladung verwendet werden, was Fehler bei der Montage der Geberübertragungsladung und der Empfängerübertragungsladung 10 unwahr­ scheinlicher macht. Ein typischerweise zum Halten und Positionieren der Geber­ übertragungsladung 10a und der Empfängerübertragungsladung 10b verwendetes Gehäuse ist in Fig. 3 nicht gezeigt.

Wegen der Toleranzen anderer Teile der Tiefbohrkanone (die z. B. vom dem Laderohr für die Hohlladungen, von Verbindungen, von dem Gehäuse der Übertragungsladungen usw. herrühren) ist es schwierig, zwischen den Enden 24 der Geberübertragungsladung 10a und der Empfängerübertragungsladung 10b einen festen Luftspalt 40 einzuhalten. Da die Projektile von der Geberübertra­ gungsladung 10a dazu neigen, sich während des Flugs voneinander zu entfernen, kann der Erfolg der Übertragung des Detonationszugs von der Größe des Luft­ spalts 40 abhängen. Wenn der Luftspalt 40 zu groß ist, können sich die Projektile somit möglicherweise zu weit voneinander entfernen, so daß sie nicht in ausrei­ chenden Kontakt mit der Empfängerübertragungsladung 10b gelangen, um des­ sen Sprengstoff 20 zur Detonation zu bringen.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Erfolg der Übertragung des Detonationszugs außerdem von einem möglicherweise zwischen dem Ende des Detonationsstrangs 12, 14 und dem Sprengstoff 20 vorhandenen Luftspalt 43 abhängen. Dieser Spalt 43 kann z. B. auf einen unebenen Schnitt in dem Detona­ tionsstrang 12, 14 oder auf Montagefehler zurückzuführen sein. Leider kann die Übertragung des Detonationszugs bei einer zu großen Spanne des Luftspalts 43 fehlschlagen. Zum Beispiel kann ein Detonationszug von dem Detonationsstrang 12 den Sprengstoff 20 möglicherweise nicht zur Detonation bringen, wenn die Spanne der Geberübertragungsladung 10a zu groß ist, während die Detonation des Sprengstoffs 20 möglicherweise keinen Detonationszug an dem Detonations­ strang 14 auslöst, wenn die Spanne für die Empfängerübertragungsladung 10b zu groß ist.

Somit besteht weiterhin ein Bedarf an einer Anordnung zur Lösung eines oder mehrerer der obengenannten Probleme.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übertragungsladung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 zu schaffen, die sicherer arbeitet.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei­ bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Detonationsübertragungsladung.

Fig. 2 ist eine Darstellung eines durch die Detonationsübertragungsladung nach Fig. 1 gebildeten Projektils.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Geberübertragungsladung und einer Empfängerübertragungsladung des Standes der Technik.

Fig. 4 ist eine Darstellung eines Luftspalts zwischen einem Detonations­ strang und einem Sprengstoff einer Übertragungsladung nach Fig. 1.

Fig. 5 ist eine Darstellung von durch eine Detonationsübertragungsladung des Standes der Technik gebildeten Projektilen.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Detonationsübertragungsladung des Standes der Technik.

Eine Sprengstoff-Detonationsübertragungsladung 50 gemäß den Fig. 1 und 2 kann Merkmale enthalten, die größere Luftspalte zwischen dem Strang und der Übertragungsladung sowie zwischen den Übertragungsladungen als her­ kömmliche Übertragungsladungen ermöglichen. Wie unten weiter beschrieben wird, können diese Merkmale einen Mantel 52 der Übertragungsladung 50 ent­ halten, der so konstruiert ist, daß er einen größeren Luftspalt zwischen den Über­ tragungsladungen ermöglicht, während sie einen Sprengstoff 54 der Übertra­ gungsladung 50 enthalten können, der, wie unten beschrieben wird, sowohl einen größeren Luftspalt zwischen den Übertragungsladungen als auch zwischen Strang und Übertragungsladung ermöglicht.

Insbesondere kann die Übertragungsladung 50 aus einem allgemein kreis­ zylindrischen Mantel 52 ausgebildet sein, der ein geschlossenes gekrümmtes oder vertieftes Ende 56 besitzt, das bei der Detonation eines Sprengstoffs 54 der Übertragungsladung 50 ein Projektil 70 bildet (siehe Fig. 2). Das vertiefte Ende 56 des Mantels 52 steht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Übertragungsladung wie etwa zu der in Fig. 3 gezeigten Übertragungsladung 10 mit einem flachen ge­ schlossenen Ende 24. Insbesondere zerbricht das flache Ende 24 nach der Deto­ nation des Sprengstoffs typischerweise, wobei es, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein "Schrotflintenmuster" aus mehreren Projektilen 74 erzeugt. Möglicherweise breiten sich diese Projektile 74 über einen Luftspalt 68 zwischen den Übertragungsladun­ gen nicht annähernd geradlinig aus, sondern entfernen sich auf dem Weg zur Empfängerübertragungsladung 10b voneinander. Im Ergebnis ist die Wahrschein­ lichkeit, daß eine ausreichende Anzahl von Projektilen 74 (wenn überhaupt) die Empfängerübertragungsladung 10b trifft, um so kleiner, je größer die Spanne des Luftspalts 68 ist.

Im Gegensatz zu dem flachen Ende 24 erzeugt das vertiefte Ende 56 des Mantels 52 das Projektil 70, das größer als irgendeines der durch eine herkömmli­ che Übertragungsladung erzeugten kleineren Projektile 74 ist. In einigen Ausfüh­ rungsformen nimmt das Projektil 70 nach der Detonation des Sprengstoffs 54 eine ausgedehnte und im wesentlichen flache Form an, wobei dieses Merkmal einen ausreichenden Kontakt mit dem Empfängerbeschleuniger 65 ermöglicht, um des­ sen Sprengstoff zur Detonation zu bringen. Anstatt in mehrere Projektile zu zer­ brechen, die über einen großen Bereich verstreut werden, bleibt der Teil des Mantels 52, der das vertiefte geschlossene Ende 56 bildet, nach der Detonation des Sprengstoffs 54 somit im wesentlichen in einem Stück und fliegt im wesentlichen geradlinig zu der Empfängerübertragungsladung 65, wobei es in der Weise (in Form des Projektils 70) ausgebildet ist, daß ein maximaler Kontakt mit der Empfängerübertragungsladung 65 erzielt wird. Aufgrund dieser Merkmaie kann die Spanne des Luftspalts 68 größer als bei herkömmlichen Übertragungsladungen sein.

Im vorliegenden Kontext kann der Ausdruck "vertieftes Ende" oder "ge­ krümmtes Ende" allgemein ein Ende mit einer glatten Oberfläche oder ein stück­ weise aus mehreren Oberflächen bestehendes Ende einschließen.

Das vertiefte Ende 56 kann allgemein konvex in bezug auf den in dem Mantel 52 enthaltenen Sprengstoff 54 sein, wobei sich der Sprengstoff 54 neben dem vertieften Ende 56 befindet. In ein offenes Ende 57 des Mantels 52 kann ein Detonationsstrang 58 in der Weise eingesetzt werden, daß sich das Ende des Detonationsstrangs 58 in der Nähe des Sprengstoffs 54 befindet. Wenn sich ein Detonationszug entlang des Detonationsstrangs 58 bis zu dem Sprengstoff 54 ausbreitet, detoniert der Sprengstoff 54, wobei dieses Ereignis das vertiefte Ende 56 ablöst, um das Projektil 70 zu erzeugen. Das Projektil 70 fliegt über den Luft­ spalt 68 und trifft die Empfängerübertragungsladung 65, die ihrerseits einen Deto­ nationszug an einem weiteren an der Empfängerübertragungsladung 65 ange­ brachten Detonationsstrang 66 auslöst.

Als Beispiel einer besonderen Konstruktion kann das vertiefte Ende 56 in bezug auf den Sprengstoff 54 konvex sein und einen nahezu gleichförmigen Krümmungsradius besitzen, der die Wölbung des vertieften Endes 56 definiert. Der Mantel 52 kann ein allgemein kreisförmiges Zylinderrohr 53 mit einem vertief­ ten Ende 56 enthalten, das ein Ende des Rohrs 53 verschließt, während er das offene Ende 57 zur Aufnahme eines Endes des Detonationsstrangs 58 enthalten kann. Der Sprengstoff 54 wird in der Nähe des geschlossenen Endes 54 in das Rohr 53 gepackt. Um die Übertragungsladung 50 am Ende des Detonations­ strangs 58 zu befestigen, wird das Ende des Detonationsstrangs 58 in das offene Ende 57 des Rohrs 53 eingeführt, so daß es in der Nähe des Sprengstoffs 54 ruht. Nach dem Einsetzen des Detonationsstrangs 58 können (z. B. mit einer Crimp­ zange) in dem Mantel 52 mehrere Würgerillen 60 ausgebildet werden, um den Detonationsstrang 58 an seiner Stelle zu befestigen.

Der Querschnittsdurchmesser des Rohrs 53 kann ungefähr 0,625 cm betragen, während der Krümmungsradius des vertieften Endes 56 ungefähr 5 cm betragen kann. Somit kann der Krümmungsradius des vertieften Endes 56 unge­ fähr achtmal so groß wie der Querschnittsdurchmesser des Rohrs 53 sein. Der Mantel 52 kann aus einem Metall (z. B. aus Aluminium) ausgebildet sein.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann die Empfängerübertragungsladung 65 ähn­ lich wie die Geberübertragungsladung 50 konstruiert sein. Im Ergebnis dieser Symmetrie können beide Übertragungsladungen als Geberübertragungsladung verwendet werden, so daß die Geber- und die Empfängerübertragungsladung kaum verwechselt werden können.

Der Sprengstoff 20 kann 2,2-4,4-6,6-Hexanitrostilben (im folgenden als "HNS" bezeichnet) oder Cyclotetramethylentetranitramin (im folgenden als "HMX" bezeichnet) sein. Außerdem können diese Sprengstoffe durch 2,2',2",4,4',4",6,6',6"-Nonanitroterphenyl (im folgenden als "NONA" bezeichnet) "verschärft" sein.

Der Sprengstoff 54 kann primär aus NONA (z. B. aus 100% NONA) bestehen, wobei diese Anordnung die zulässigen Spannen der Luftspalte zwi­ schen Strang und Übertragungsladung sowie zwischen den Übertragungsladun­ gen selbst dann erhöht, wenn die vertieften Enden 56 nicht verwendet werden. Die primäre Verwendung von NONA zur Bildung des Sprengstoffs steht im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen, die eine kleine Menge NONA zum "Verschärfen" eines anderen Sprengstoffs verwenden. Zum Beispiel zeigt Fig. 6 eine herkömmli­ che Übertragungsladung 42, die einen kleinen Abschnitt 44 (im Vergleich zur Gesamtmenge des verwendeten Sprengstoffs) NONA zwischen dem Ende eines Detonationsstrangs 41 und einem größeren Abschnitt eines anderen Sprengstoffs 46 (z. B. HNS) sowie einen kleinen Abschnitt 48 NONA zwischen dem Sprengstoff 46 und einem geschlossenen flachen Ende 43 der Übertragungsladung 42 zeigt. Somit ist jedes Ende des Sprengstoffs 46 mit NONA "verschärft".

Die primäre Verwendung von NONA in der Übertragungsladung 50 kann gegenüber den obenbeschriebenen Sprengstoffkombinationen eine signifikante Leistungsverbesserung schaffen. Zur Bewertung des durch die primäre Verwen­ dung von NONA erzielten Leistungsgewinns wurden insbesondere zwei (unten beschriebene) Tests durchgeführt, in denen als Sprengstoff 54 in der Übertra­ gungsladung 50 ausschließlich NONA verwendet wurde. Diese Tests werden unten mit Tests verglichen, die mit herkömmlichen Übertragungsladungen (wie etwa mit der Übertragungsladung 10) durchgeführt werden, die als Sprengstoff HMX, HNS und an beiden Enden mit NONA verschärftes HNS verwenden. Bei diesen Tests hatte die Übertragungsladung eine Länge von etwa 3,48 cm und einen Querschnittsdurchmesser von etwa 0,64 cm. Bei jedem Test wurden unge­ fähr 600 mg Sprengstoff in der Übertragungsladung verwendet.

In einem Test wurde ein 50%-Zündspalt zwischen Strang und Übertra­ gungsladung, d. h. ein Luftspalt zwischen Strang und Übertragungsladung, bei dem die Detonation in 50% der Fälle erfolgreich ist, gemessen. Bei Verwendung von HNS als Sprengstoff in der herkömmlichen Übertragungsladung wurde der 50%-Zündspalt zwischen Strang und Übertragungsladung zu ungefähr 0,27 cm bestimmt. Bei Verwendung von mit NONA verschärftem HNS als Sprengstoff in der herkömmlichen Übertragungsladung wurde der 50%-Zündspalt zwischen Strang und Übertragungsladung zu ungefähr 0,39 cm bestimmt. Eine signifikante Verbesserung wurde jedoch beobachtet, wenn als Sprengstoff in der Übertra­ gungsladung 50 ausschließlich NONA verwendet wurde, wobei der 50%-Zünd­ spalt zwischen Strang und Übertragungsladung zu ungefähr 1,05 cm bestimmt wurde.

In einem weiterer Test wurde ein 50%-Zündspalt zwischen den Übertra­ gungsladungen, d. h. ein Luftspalt zwischen den Übertragungsladungen, bei dem die Detonation in 50% der Fälle erfolgreich ist, gemessen. Bei Verwendung von HNS in der herkömmlichen Übertragungsladung wurde der 50%-Zündspalt zwi­ schen den Übertragungsladungen zu ungefähr 6,35 cm bestimmt. Bei Verwen­ dung von HMX in der herkömmlichen Übertragungsladung wurde der 50%-Zünd­ spalt zwischen den Übertragungsladungen zu ungefähr 12,7 cm bestimmt. Bei Verwendung von mit NONA verschärftem HNS in der herkömmlichen Übertra­ gungsladung wurde der 50%-Zündspalt zwischen den Übertragungsladungen zu ungefähr 7,6 cm bestimmt. Eine signifikante Verbesserung wurde jedoch mit der Übertragungsladung 50 mit dem vertieften Ende 56 erzielt, die ausschließlich NONA enthielt, wobei der 50%-Zündspalt zwischen den Übertragungsladungen zu ungefähr 15,24 cm-25,4 cm bestimmt wurde.

Der Sprengstoff 54 kann aus ungefähr 100% NONA bestehen, wobei dieser Prozentsatz bei der Übertragungsladung 50 in den obenbeschriebenen Tests verwendet wurde. Es sind jedoch andere Ausführungsformen möglich. Zum Beispiel kann der Sprengstoff 54 in anderen Ausführungsformen je nach der be­ sonderen Ausführungsform ungefähr 50 Gew.-% oder mehr NONA, ungefähr 60 Gew.-% oder mehr NONA, ungefähr 70 Gew.-% oder mehr NONA, ungefähr 80 Gew.-% oder mehr NONA oder ungefähr 90 Gew.-% oder mehr NONA enthal­ ten.

Claims (16)

1. Übertragungsladung (50) zum Verzögern eines Detonationszugs von einem Detonationsstrang (58) zu einer anderen Übertragungsladung (65), mit einem Sprengstoff (54) und einem Mantel (53), der den Sprengstoff (54) enthält, wobei der Mantel (53) ein offenes Ende (57) zur Aufnahme eines Endes des De­ tonationsstrangs (58) und ein vertieftes geschlossenes Ende (56) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende ein Projektil (70) bildet, das bei der Detonation des Sprengstoffs (54) die andere Übertragungsladung (65) trifft.

2. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende (56) in bezug auf den Sprengstoff (54) allgemein konvex ist.

3. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (53) in der Nähe des geschlossenen Endes (56) einen allgemei­ nen Querschnittsdurchmesser besitzt, während der Krümmungsradius der Wöl­ bung des Mantels (53) vor der Detonation des Sprengstoffs (54) ungefähr das Achtfache des Querschnittsdurchmessers beträgt.

4. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius ungefähr 5 cm beträgt.

5. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnittsdurchmesser ungefähr 0,64 cm beträgt.

6. Übertragungsladung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende (56) so geformt ist, daß das Projektil (70) nach der Detonation des Sprengstoffs (54) angenähert flach wird.

7. Übertragungsladung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende (56) aus einem Materialstück aus­ gebildet und so geformt ist, daß ein wesentliches Zerfallen des Stücks bei der Detonation des Sprengstoffs (54) verhindert wird.

8. Übertragungsladung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialstück das geschlossene Ende bildet und das Projektil (70) nahezu das gesamte Stück enthält.

9. Übertragungsladung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (53) ein Material enthält, das einen Kreiszylinder bildet, und so geformt ist, daß das vertiefte geschlossene Ende ausgebildet wird.

10. Übertragungsladung (50) zum Verzögern eines Detonationszugs von einem Detonationsstrang (58) zu einer anderen Übertragungsladung (65), wobei die Übertragungsladung (50) im wesentlichen
einen Mantel (53), der ein Ende des Detonationsstrangs (58) aufnimmt, und
einen Sprengstoff (54) umfaßt, der als Reaktion auf den Detonationszug detoniert, wobei er wenigstens ungefähr 50 Gew.-% NONA enthält, um aus dem Mantel wenigstens ein Projektil (70) auszubilden, das bei der Detonation des Sprengstoffs (54) die andere Übertragungsladung (65) trifft, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff (54) wenigstens ungefähr 60 Gew.-% NONA enthält.

12. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff (54) wenigstens ungefähr 70 Gew.-% NONA enthält.

13. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff (54) wenigstens ungefähr 80 Gew.-% NONA enthält.

14. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff (54) wenigstens ungefähr 90 Gew.-% NONA enthält.

15. Übertragungsladung (50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoff (54) wenigstens ungefähr 100 Gew.-% NONA enthält.

16. Verfahren zum Verzögern eines Detonationszugs von einem Detonati­ onsstrang (58) zu einer Übertragungsladung (65), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend:
Anordnen eines Sprengstoffs (54) in einem Mantel (53); und
Ausbilden eines vertieften geschlossenen Endes (56) in dem Mantel (53) zum Ausbilden eines Projektils (70), das bei der Detonation des Sprengstoffs (54) die Übertragungsladung (65) trifft.