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HohlIadungs-Perforiergerät für Bohrlöcher Die Erfiridung bezieht sich
auf ein rÜckholbares Hohlladungs-Perforiergerät für Bohrlöcher, und zwar auf ein
solches Gerät, bei dem in einem rohrförinigen Gehäuse die Hohlladungen untergebracht
sind.
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Es sind für einmalige Verwendung geeignete, mit geformten Ladungen
ausgestattete Perforiergeräte bekannt, die durch eine RohrleitÜng eingeführt werden
und bei der Detonation der Ladungen zerfallen, so daß die Bruchstücke in dem Bohrloch
zurückbleiben. Bei einer Ausführungsforin 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 anderen 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.
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Bei einem bekannten Vorschlag zur Verringerung der in dem Bohrloch
verbleibenden Rückstände hat man die Verbindungen oder zerbrechlichen Gehäuse fortgelassen
und die Hohlladungen in einem herausziehbaren Tragglied angeordnet. Die Verringerung
der Rückstände fällt hierbei jedoch nicht ins Gewicht, da ihr größter Anteil bei
der Zerstörung der Gehäuse der Hohlladungen 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.
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Erfindungsgemäß ist die Dicke der Gehäusewandung gegenüber den vorderen
Enden der Ladungen durch Ausnehmungen der Außenseite verringert, 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.
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Das erfindungsgemäße einfache und und billige, Gehäuse zeichnet sich
dadurch aus, daß es wegen der geringfügig oder gar nicht vorstehenden Gerätes am
Schußloch leicht herausziehbar ist und daß es die bei der Detonation der Ladungen
entstehenden Rück-
stände aufnimmt.
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Die Außenfläche des Gehäuses kann mit einer konkaven oder mit einer
einen Mantelteil eines Zylinders bildenden Ausnehmung ausgestattet sein. Die Ausgestaltung
und die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Perforiergerätes ergeben sich aus den
Zeichnungen, die eine beispielsweise Ausführungsforin der Erfindung darstellen.
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Fig. 1 zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Perforiergerätes;
Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Teiles 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.
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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 züi einem Punkt oberhalb der Formation 12, wobei der zwischen
dem unteren Ende des Rohrstranges 14 und dem verrohrten Bohrloch 10 bestehende
Rinraum 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 rohrförnügen Gehäuse
19 und aus einem Abschlußstück 20, das das Gehäuseende vollkommen abschließt.
Das Gehäuse-Zwischenstück 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 anderen 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.
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Das Gerät 16 wird durch das Bohrloch in eine Stellung im Bereich
- der zu untersuchenden Erdformation 12 abgesenkt und durch den Rohrstrang
14 mittels einer nicht dargestellten, auf der Bodenoberfläche befindlichen Winde
durch ein bewehrtes elektrisches Kabel 21 aufwärts gezogen, 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.
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Im Abstand voneinander sind in dem Gehäuse 19
eine Vielzahl
von üblichen Hohlladungen 22 angeordnet, die zum Zwecke der Zündung mit Zündmitteln
23, beispielsweise einer Zündschnur, verbunden sind. Eine 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.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht das Gehäuse 19
aus einem
dünnwandigen Rohr, das eine Hohlladung 22 mit einer Längsachse 28 aufnimmt,
die senkrecht zu der Längsachse 28a des Gehäuses liegt. In der Fig. 2 ist lediglich
ein Teil des Gehäuses mit einer Ladung gezeigt; es können ähnlich angeordnete Ladungen
in anderen 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.
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Die Hohlladung 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.
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Der Mantel 25 ist mittels eines Befestigungsorgans
31 in dem Gehäuse festgelegt. Das Befestigungsorgan 31 besitzt einen
Ring32a, der den vorderen rohrförmigen Teil26 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 befindliehen Wandungsteil
des Gehäuses 19 verläuft und einen nach abwärts gerichteten Ansatz 32c 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.
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Die hohle Kapsel 25 ist im wesentlichen mit Explosivstoff
37 angefüllt und ein kleiner Zündsatz 38
zwischen der Zündschnur
23 und dem rückwärtigen Ende der Explosivladung 37 angeordnet. Als
Explosivstoff kann an sich übliches Material verwendet werden. 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.
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Erfindunggemäß 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 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 Mantelstück
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 Geliäusewandung 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 beira Durchschlagen des Explosivstrahles
der Ladung der größere Teil des hierbei entstehenden Grates innerhalb des Zylinderumfanges
der äußeren Gehäusewandung.
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Im Betrieb wird das Perforiergerät 16 durch den Rohrstrang
14 abgesenkt, bis es sich im Bereich der zu untersuchenden Erdformation 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 Durchschlagöffiiung 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.
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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 einen kleinen Durchmesser aufweisenden
Rohrstrang behindern könnte. Selbstverständlich ist es notwendig, diese Gehäuseausbetilung
so zu steuern, daß das Gehäuse nicht durch den Explosionsdruck aufgerissen wird.
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Die Ausbeulung des Gehäuses kann durch die Ab-
stimmung des
Verhältnisses des Gewichtes - des Sprengstoffes zu dem Abstand der Ladung
von der inneren Gehäusewandung beeinilußt werden; wenn beispielsweise der Rohrstrang
14 einen Innendurchmesser von etwa 6,3 cm besitzt und der Durchmesser des
Gehäuses etwa 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.
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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 Sprengstoffes 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 Querschnittsfläche
A auf den Wert Null, daß Gehäuse aufreißt.
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Die Ausrundung im Gehäuse kann dem Teilumfang eines Zylinders mit
einem Durchmesser von etwa 6,3 cm entsprechen . bei einer Stärke des
Gehäuses an der dünnsten Stelle von etwa 1,5 mm. Es wurde festgestellt,
daß bei einer geringsten Stärke der Gehäusewandung von 1,5 mm das
Perforiergerät Bohrlochdrücken von wenigstens 10 000 Psi widerstehen kann.