DE1169349B

DE1169349B - Hohlladung zu Perforationszwecken

Info

Publication number: DE1169349B
Application number: DES81914A
Authority: DE
Inventors: Charrin Denis
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1961-10-10
Filing date: 1962-10-05
Publication date: 1964-04-30
Also published as: US3196792A; FR1309941A; NL284195A; GB1018089A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 06 c

Deutsche Kl.: 78 e-5

Nummer: 1 169 349

Aktenzeichen: S 81914 VI b / 78 e

Anmeldetag: 5. Oktober 1962

Auslegetag: 30. April 1964

Es sind bereits zahlreiche Hohlladungen beschrieben worden, die zu Perforationszwecken bestimmt und insbesondere zur Perforierung der die Innenwand von Bohrlöchern auskleidenden Verrohrungen sowie der dahinter befindlichen Zementschicht und der hinter dieser liegenden Formationen verwendbar sind.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die metallische Hülle oder Umhüllung dieser Hohlladungen aus komprimierten und gegebenenfalls gesinterten Metallpulvern herzustellen. Die so hergestellten Hüllen werden durch die Wirkung der Detonation der Ladung zu einem Pulver gleicher Korngröße wie die des Ausgangspulvers pulverisiert, so daß kein Risiko mehr besteht, daß sich die durch den Strahl gewonnene Perforierung wieder zustopft, was bei Verwendung von Hüllen aus vollem Metall häufig vorkommt. Übrigens wirken sich solche Hüllen aus gesintertem Metallpulver günstig auf die Strahlwirkung aus.

Ferner ist bei Hohladungen zu Perforationszwecken bekannt, die Umhüllungen aus agglomerierten und gegebenenfalls gesinterten Pulvern mit festen Stoffen, deren Schmelzpunkt unter dem des gesinterten oder agglomerierten Hüllenmaterials liegt, zu tränken bzw. zu infiltrieren.

Die auf obenerwähnte Art und Weise erstellten Gehäuse zeigten geeignete Eingrenzungseigenschaften im Augenblick der Detonation, und ihre Benutzung innerhalb von flüssigkeitsdichten Hülsen oder Trägern ist gänzlich zufriedenstellend. Weiterhin ist unter der Wirkung der erzeugten Stoßwelle die Pulverisierung der Gehäuse, die aus gesintertem Material hergestellt sind, hoch. Aus diesem Grunde werden nach der Detonation der Ladungen die kleingestaltigen Splitter, die aus dem Gehäuse aus gesintertem Metall entstanden sind, mitgehoben und bleiben in dem Träger. Die Splitter, die aus dem Träger herausgeschleudert worden sind, können die Perforationen in den Rohren, die die Wandung der Bohrlöcher bekleiden oder die Bohrlöcher selbst nicht verstopfen, da die zerkleinerten Splitter ausreichend klein sind, so daß eine örtliche Ansammlung derselben nicht unerwünscht ist.

Obgleich diese Hohlladungen, die in flüssigkeitsdichte Träger eingepaßt sind, sich zur Benutzung in Bohrlöchern eignen, die einen beträchtlichen oder durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, sind dieselben jedoch dann nicht mehr geeignet, wenn die Bohrlöcher einen kleinen Durchmesser aufweisen. Daher sind dort nur Sprengladungen, die direkt in die Flüssigkeit des Bohrloches abgesenkt werden, Hohlladung zu Perforationszwecken

Anmelder:

Societe de Prospection Electrique Schlumberger, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Schwelm (Westf.), Westfalendamm 10

Als Erfinder benannt:
Charrin Denis, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 10. Oktober 1961 (875 593) - -

verwendbar. Aus diesem Grunde würde es von beachtlichem Interesse sein, durch technische Pulvermetallbearbeitungsverfahren die Gehäuse und die Deckel der Sprengladungen, welche direkt in die Bohrlöcher hinein abgesenkt werden, derart auszubilden, daß Ergebnisse erzielbar sind, welche ähnlich denjenigen sind, die mit den Hohlladungen erhalten werden, die sich in flüssigkeitsdichten Trägern befinden und mit Gehäusen und Deckeln aus gesintertem Material ausgerüstet sind. Wenn die Ladungen jedoch in die Bohrlöcher ohne Träger abgesenkt werden, sind sie der direkten Wirkung der Flüssigkeit unter Druck ausgesetzt sowie den unvermeidlichen Stößen gegen die Rohre. Da die Gehäuse aus gesintertem Metall nur eine verhältnismäßig geringe mechanische Widerstandsfähigkeit aufweisen und infolge ihrer Porosität sehr wenig flüssigkeitsdicht sind, ist ihre Verwendung zur Bildung von Ladungen, die direkt in die Bohrlöcher abgesenkt werden, noch nicht in Erwägung gezogen worden.

Auf der anderen Seite wäre es vorteilhaft, statt dieselbe Art Sprengladung für alle Sprengtiefen zu verwenden, verschiedene Arten von Ladungen vorzusehen, von denen jede genau der Wirkung unter demjenigen Druck angepaßt ist, der bei den verschiedenen Höhenlagen oder Pegeln vorherrscht. Natürlich sollten diese verschiedenen Ladungen voll in bezug auf die Detonationswirkung und die erhaltenen Splitter zufriedenstellen.

Ziel der Erfindung sind daher flüssigkeitsdichte Sprengladungen mit Gehäusen und Deckeln, die die

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und der Deckel in einen Ofen von 900 C für die Zeitdauer von etwa einer Stunde unter Anwesenheit eines Gases gegeben, welches einen großen Anteil an Kohlenstoff enthält, wonach diese Teile langsam 5 abgekühlt werden.

Das Ergebnis dieses BehandlungsVerfahrens im Beisein von Kohlenstoff führt zu einer tiefen Einsatzhärtung der Eisenkörnchen. Diese Eisenkörnchen werden in Stahlkörnchen überführt, so daß das Ge

nischen Festigkeit bei Erhalt des Sintercharakters verbessert sind.

erforderliche Genauigkeit der Eingrenzung der Detonation und die erforderliche Pulverisierung der gesinterten Teile mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften verbinden.

Die Hohlladung zu Perforationszwecken, besonders in Tiefbohrlöchern, wobei die Sprengstoffüllung
in einem mit Deckel verschlossenen Gehäuse untergebracht ist, die beide aus komprimiertem und gesintertem Metallpulver bestehen, verwirklicht diese
Ziele dadurch, daß Deckel und Gehäuse durch io häuse und die Kappe eine mechanische Festigkeit mindestens eine an sich bekannte thermochemische bekommen, welche kaum niedriger ist als diejenige Gasdiffusionsbehandlung hinsichtlich ihrer mecha- von Gegenständen, die aus kompaktem Metall gefertigt

sind, und wodurch es möglich ist, die Hohlladungen, die auf diese Weise erhalten worden sind, in Bohr-Es sind bereits verschiedene Mittel und Wege für 15 löcher von beachtenswerten Tiefen abzusenken, wo metallurgische Bearbeitungsverfahren von Pulvern Drücke in der Größenordnung von 1200 kg/cm² mit dem Ziel einer stuf en weisen Zunahme der überwiegen.

mechanischen Eigenschaften von Gegenständen, die Obgleich ihre mechanische Widerstandsfähigkeit

aus gesintertem Metall hergestellt sind, bekannt- unter statischem Druck zunimmt, werden die Brüchiggeworden. Demgemäß ist es durch geeignete 20 keit und das Zersplitterungsvermögen des Gehäuses suzessive thermochemische Behandlungen, die bei und des Deckels unter der Wirkung der Stoßwelle Gegenständen durchgeführt werden, und zwar aus- durch die Wirkung der Aufkohlung erhalten. Die ergehend von zusammengepreßten und gesinterten zeugten Splitter sind daher immer von geringer Metallpulvern, möglich, zu mechanischen Eigen- Größe, und ihre örtliche Ansammlung bringt keine schäften der betreffenden Gegenstände zu kommen, 25 Gefahr.

welche mit jeder Behandlung verbessert werden und Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegen-

welche sich schließlich ohne weiteres mit den mecha- Standes werden Deckel und Gehäuse durch gleichnischen Eigenschaften von Gegenständen vergleichen oder verschiedenartige thermochemische Gasdiffulassen, die aus kompaktem Metall bestehen. Es ist sionsbehandlungsverfahren verbessert. Verschiedene demgemäß möglich, Teile herzustellen, die genau 30 Behandlungsverfahren haben zur Folge, daß der der vorgeschlagenen Verwendung angepaßt sind, Deckel, obgleich er dieselbe Dicke wie das Gehäuse und zwar zu vergleichsweise niedrigen Kosten. und eine mechanische Widerstandsfähigkeit aufweist,

Bei der Erfindung ergeben sich die Grenzen der die derjenigen des Gehäuses in etwa gleicht, unter Behandlungsverfahren dadurch, daß die mecha- Umständen eine Brüchigkeit oder ein Pulverisierungsnischen Eigenschaften des gesinterten Materials ver- 35 vermögen bei Auftreffen einer Stoßwelle bekommt, bessert werden sollen, während gleichzeitig diejenige welche höher ist als die Pulverisierung, die das Gehäuse zeigt.

Dadurch wird die Pulverisierung unter der Wirkung einer Stoßwelle, die von einer Detonation der Ladung 40 herrührt, bei dem Gehäuse, welches die betreffende Ladung umgibt, gleich derjenigen des Deckels, obwohl letzterer verhältnismäßig weit von der Ladung entfernt ist. Die erzeugten Splitter sind klein und von ähnlicher Gestalt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich da-Widerstandsfähigkeit, welche es ermöglicht, die 45 durch, daß zum wenigstens ein thermochemischer Ladung bis in solche Tiefen hinabzusenken, in Behandlungsprozeß, der für die Herstellung des welchen bereits ein Druck in einer Größenordnung Deckels erforderlich wäre, eingespart wird, von 700 kg/mm² vorherrscht. Bei Hohlladungen, bei
welchen der Deckel vergleichsweise weit weg von
dem Sprengstoff angeordnet ist, erhält der Deckel 50 stärke haben, die mit Kupfer imprägniert sind oder erfindungsgemäß eine geringere Dicke als das Ge- aus Einfügungen aus Kompaktmetall bestehen, häuse. Dadurch ist die Pulverisier- und die Zerfalls- Die charakteristischen Merkmale und Vorteile der

eigenschaft des Deckel- und Gehäusesystems in Erfindung ergeben sich weiterhin aus der nachfolgenbezug auf die Stoßwelle, die durch die Explosion der den Beschreibung von Ausführungsbeispielen der ErLadung hervorgerufen wird, gleich, während man 55 findung. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genomgleichzeitig die mechanische Widerstandsfähigkeit men, welche einen axialen Querschnitt durch eine des Deckels in der Größenordnung von derjenigen Hohlladung gemäß der Erfindung darstellt, des Gehäuses erhält, da dessen kleinere Oberfläche Gleichfalls als Beispielangabe bringt die nachfol-

die geringere Dicke kompensiert. Deckel und/oder gende Tabelle die Ergebnisse von Vergleichsversuchen, Gehäuse können erfindungsgemäß durch an sich 6υ die mit Proben von Hohlladungen durchgeführt

Brüchigkeit oder dasjenige Pulverisierungsvermögen des Materials gegenüber einer Stoßwelle beibehalten v/ird, welches dem gesinterten Material eigentümlich ist.

Mittels des obigen Behandlungsverfahrens sind die Ferritkörnchen reduziert worden, und die durch große Kristalle gebildeten Eisenkörnchen geben dem Gehäuse und dem Deckel eine hohe mechanische

Wie weiter gefunden wurde, können Deckel und/ oder Gehäuse örtliche Bereiche verminderter Wand

bekannte oxydierende, reduzierende, carburierende und nietrierende thermochemische Gasdiffusionsverfahren behandelt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungs-

wurden, bei welchen das Gehäuse und der Deckel aus zusammengepreßtem und gesintertem Eisenpulver den gleichen thermochemischen Behandlungsverfahren unterworfen worden sind. Die Versuche schließen

gegenstandes werden nach einer Oxydation und 65 einerseits eine Druckzunahme bis zum Bruch der einer Reduktion des Gehäuses und des Deckels, die Wandung des Gehäuses der Probe und andererseits ursprünglich aus zusammengepreßtem und gesintertem Eisenpulver gebildet worden sind, das Gehäuse

die Detonation einer typischen Ladung sowie die Prüfung der erhaltenen Splitter ein. Zwei verschiedene

Dicken von Deckeln sind geprüft worden: eine Dicke, die der Dicke des Gehäuses entspricht (dicker Deckel), und eine Dicke, die geringer als die Dicke des Gehäuses ist (dünner Deckel).

Es ergibt sich aus den vorstehend ausgeführten Überlegungen, daß die Verwendung eines dünnen Deckels in den meisten Fällen zu homogenen Splittern von kleiner Gestalt führt. Es ergibt sich ferner, daß das Behandlungsverfahren D den Teilen der Hohlladung mechanische Eigenschaften gibt, die denjenigen der Teile, die nach dem Behandlungsverfahren C erstellt sind, leicht überlegen sind. Das Behandlungsverfahren D ist jedoch dann nicht geeignet, wenn Sprengladungen direkt in die Bohrlöcher hinein abgesenkt werden, und zwar wegen des Mangels an Brüchigkeit oder Pulverisierungsvermögen unter der Wirkung der Stoßwellen auf die derart behandelten Teile.

	Thermochemisches Verfahren	Bruchdruck des äußeren Gehäuses	Größe der Splitter
A.	Oxydation in einem Ofen bei 500° C 1 Stunde lang	500 kg/cm²	dicker Deckel
			ursprünglich homogenes Pulver (Durchmesser 0,1 mm)
B.	Behandlung A sowie ferner Reduktion in einer Wasserstoffatmosphäre 1 Stunde lang bei 1040° C	700 kg/cm²	dünner Deckel homogen 1 g
			dicker Deckel vier Splitter von 20 g
			Rest 1 g
C.	Behandlung B und Einsatzhärtung in einer Atmo sphäre von Kohlenmonoxyd 1 Stunde lang bei 900° C und nachfolgender langsamer Kühlung	1200 kg/cm²	dicker Deckel vier Splitter von 20 g Mehrzahl der Splitter 1 g
			dünner Deckel gleichmäßig 1 g
D.	Behandlung A sowie nachfolgende Imprägnierung mit Kupfer zu 26% in einer Wasserstoff atmo sphäre bei 1040° C für 1 Stunde	1500 kg/cm²	dünner Deckel große Splitter von je 20 bis 30 g . der Deckel bleibt in einem Stück

Die Figur zeigt in wirklicher Größe ein Gehäuse 1, welches etwa 225 g wiegt. Gehäuse 1 besteht aus zusammengepreßtem und gesintertem pulverisiertem Eisen (Reinheit 98'%), welches dem Behandlungsverfahren C unterworfen wurde. Das Gehäuse wird durch einen Deckel 2, der etwa 80 g wiegt, geschlossen, welcher gleichfalls aus zusammengepreßtem und gesintertem Eisenpulver zusammengesetzt ist, das aber dem Behandlungsverfahren B unterworfen wurde. Die Gestalt des Deckels entspricht etwa einer Halbkugel, und seine Dicke entspricht derjenigen des Gehäuses. Am rückwärtigen Ende des Gehäuses 1 ist eine Nut 3 vorgesehen, die während der Zündung von einer Zündschnur 4 ausgefüllt wird. Der Bereich 5, der die Nut 3 einschließt und umgibt, ist dem Behandlungsverfahren D unterworfen gewesen. Innerhalb des Gehäuses sind ein Zünder 6, eine Sprengstoffladung 7 und ein konischer Metallmantel 8 angebracht. Eine ringwulstf örmige flüssigkeitsdichte Sprengstoffladung 9 ist zwischen dem Deckel und dem Gehäuse vorgesehen, welche durch Leimung mit einem geeigneten Klebemittel, z. B. mit »Araldite« an der Stelle 10 aneinander befestigt werden. Zur Unterwerfung unter die vorstehend definierten Behandlungsverfahren B, C oder D sind das Gehäuse und der Deckel noch durch und durch mit Plastikmaterial imprägniert. Diese Imprägnierung wurde in zwei Stufen durchgeführt, und zwar durch Eintauchen in ein Bad von flüssigem Plastikmaterial und anschließend durch Säuberung und Polymerisation bei Raumtemperatur.

Diese Produktionsmethoden und verschiedenen Behandlungsverfahren werden in großem Umfange bei metallurgischer Behandlung von Pulvern verwendet. Die Kosten von Gehäuse und Deckel einer Hohlladung gemäß der Erfindung sind verhältnismäßig niedrig.

Eine derart ausgeführte und behandelte Ladung kann direkt in ein Bohrloch bis zu einer Tiefe abgesenkt werden, bei welcher die Drücke von einer Größenordnung von 1000 kg/cm² überwiegen, da alle Bereiche des Gehäuses und des Deckels diesen Drücken wiederstehen. Die Umrißgestalt und die Dicke des Deckels 2 ermöglichen es tatsächlich dem Deckel, diesen Drücken auf verläßliche Weise zu widerstehen, obgleich das Gehäuse einer Hohlladung, welches gleichmäßig dem Behandlungsverfahren B ausgesetzt ist, keinen Druck über 700 kg/cm² aushalten kann. Bei einer durchgeführten Detonation einer Ladung, die durch den Bereich 5 hindurch durch Zünden der Zündschnur 4 erfolgte, wurde das nachfolgende Splittermaterial erzeugt: 270 g Teile, von denen jedes durchschnittlich 1 g wiegt, und 30 g Teile, von denen jedes durchschnittlich 5 g wiegt. Die Injektion eines Plastikmaterials in die Poren des gesinterten Metalls ändert daher nicht die Ergebnisse, die in der obigen Tabelle offenbart sind. Dementsprechend stellen die verschiedenen Sprengsplitter keine Behinderung der Arbeit des Bohrloches dar, da zusätzlich zu ihrer geringen Größe ihre Absetzgeschwindigkeit gleich und gut bekannt ist (in einer Größenordnung von 130 cm/Sek. in Wasser).

Es ist ferner sehr einfach, die verschiedenen Splitter, wenn erforderlich, mittels eines Elektromagneten zurückzugewinnen, da sie hauptsächlich aus Eisen bestehen.

Die Erfindung ist sichtlich nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt, welches lediglich als Beispiel und nicht in abgrenzendem Sinne gegeben wurde. Daher kann das auf den Deckel angewandte Behandlungsverfahren auch das Behandlungsverfahren C der obigen Tabelle sein, welches eine Verminderung der Dicke des Deckels erlauben würde, während er dennoch eine ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit behält. Man würde dann Splitter von noch gleichmäßigerer Größe erhalten. Es ist erfindungsgemäß möglich, für den Deckel verschiedene Kombinationen von Behandlungsverfahren und Dicken vorzusehen.

Weiterhin sind nicht nur Behandlungsverfahren gemäß obiger Tabelle möglich, und es kommen tatsächlich eine ganze Reihe von Behandlungsverfahren in Betracht. So z. B. können Nitrierprozesse entweder für die Oberflächenverbesserung der mechanischen Eigenschaften der Kompaktmetallteile oder für die tiefenweise Veränderung der mechanischen Güte von Teilen aus gesintertem Eisen erwogen werden, unter der Voraussetzung, daß die Brüchigkeit der Teile, die derart behandelt wurden, dadurch nicht zu groß wird.

Es ist femer möglich, das Behandlungsverfahren D, welches für den Bereich 5 des Gehäuses angewendet wurde, durch Einfügung eines Kompaktmetallteils geeigneter Gestalt an die betreffende Stelle zu ersetzen. Diese Einfügung kann durch Löten, Schweißen oder selbst durch Leimen geschehen. Es ist dadurch möglich, die Schichtdecke, die die Zündschnur 4 vom Zünder 6 trennt, beträchtlich zu vermindern. Es ist dadurch ferner möglich, eine Zündschnur von geringerer Leistung zu verwenden, ohne die Wirkung der geformten Ladung zu vermindern.

Es ist ferner möglich, Gußeisenpulver statt Eisenpulver zu verwenden. Die Behandlungsverfahren, denen die Teile dann unterworfen werden, würden sichtlich thermochemische Behandlungsverfahren sein, die denen, die bei Eisenteilen angewendet werden, entgegengesetzt sind, da es tatsächlich in diesem Fall nötig wäre, den Kohlenstoffgehalt zu vermindern, um Stahl oder Eisen zu erhalten, während es in den vorgehend geschilderten Fällen erforderlich war, den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen.

Weiterhin können die Größe und das Gewicht einer Hohlladung erfindungsgemäß jeden Wert annehmen. Dasselbe gilt für die Mittel, um den Deckel an dem Gehäuse zu befestigen.

Die Argumente, die vorstehend bei der Beschreibung einer Hohlladung gemäß der Erfindung aufgezählt wurden, gelten, leicht abgewandelt, auch für den Fall, daß an eine einfache Sprengladung gedacht wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Hohlladung zu Perforationszwecken, besonders in Tiefbohrlöchern, wobei die Sprengstofffüllung in einem mit Deckel verschlossenen Gehäuse untergebracht ist, die beide aus komprimiertem und gesintertem Metallpulver bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel und Gehäuse durch mindestens eine an sich bekannte thermochemische Gasdiffusionsbehandlung hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit bei Erhalt des Sintercharakters verbessert sind.

2. Hohlladung zu Perforationszwecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel und Gehäuse durch gleich- oder verschiedenartige thermochemische Gasdiffusionsbehandlungsverfahren verbessert sind.

3. Hohlladung zu Perforationszwecken nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel und/oder Gehäuse durch an sich bekannte oxydierende, reduzierende, carburierende oder intrierende thermochemische Gasdiffusionsverfahren behandelt sind.

4. Hohlladung zu Perforationszwecken nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel und/oder Gehäuse örtliche Bereiche verminderter Wandstärke haben, die mit Kupfer imprägniert sind oder aus Einfügungen aus Kompaktmetall bestehen.

5. Hohlladung zu Perforationszwecken nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel eine geringere Wandstärke hat als das Gehäuse.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1082 844, 1074 475.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen