DE1170846B

DE1170846B - Rotationally symmetrical shaped charge for perforating well casing

Info

Publication number: DE1170846B
Application number: DE1961P0027069
Authority: DE
Inventors: Eugene O Tolson
Original assignee: Pan Geo Atlas Corp
Current assignee: Pan Geo Atlas Corp
Priority date: 1960-05-03
Filing date: 1961-04-28
Publication date: 1964-05-21
Also published as: FR1283788A; BE601579A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: C 06 cBoarding school Class: C 06 c

Deutsche Kl.: 78 e - 5German class: 78 e - 5

Nummer: 1 170 846Number: 1 170 846

Aktenzeichen: P 27069 VI b / 78 eFile number: P 27069 VI b / 78 e

Anmeldetag: 28. April 1961Filing date: April 28, 1961

Auslegetag: 21. Mai 1964Opening day: May 21, 1964

Die Erfindung betrifft eine rotationssymmetrische Hohlladung zur Verwendung in Schießgeräten zur Durchlochung von Bohrlochverrohrungen, insbesondere für Erdölbohrungen, deren Höhlung aus einem kegelförmigen und einem daran anschließenden kegelstumpfförmigen Teil besteht.The invention relates to a rotationally symmetrical shaped charge for use in shooting devices for Perforation of well casings, in particular for oil wells, the cavity of which consists of a conical and an adjoining frustoconical part.

Die Hohlladung besteht in an sich bekannter Weise aus einer geformten, mit einer Höhlung versehenen Hauptladung, einer Zündladung zum Zünden der Hauptladung, einem dünnwandigen metallischen Einsatz, der die Höhlung der Hauptladung begrenzt, und einem die Hauptladung umgebenden Gehäuse. Alle diese Teile sind Drehkörper, die eine gemeinsame Achse haben. Die äußere Form der Hauptladung entspricht der Innenfläche des Gehäuses, mit der sie im Eingriff steht. An dem der Zündladung gegenüberliegenden Ende hat die Hauptladung eine trichterförmige Höhlung, deren Form der des metallischen Einsatzes entspricht. Die Spitze des trichterförmigen Einsatzes ist auf die Zündladung zu gerichtet; seine Außenfläche berührt die Innenfläche der Höhlung der Hauptladung.In a manner known per se, the shaped charge consists of a shaped one which is provided with a cavity Main charge, an ignition charge to ignite the main charge, a thin-walled metallic one Insert that delimits the cavity of the main charge and one surrounding the main charge Casing. All of these parts are rotating bodies that have a common axis. The external shape of the Main charge corresponds to the inner surface of the case with which it is engaged. On which the At the opposite end of the priming charge, the main charge has a funnel-shaped cavity, the shape of which corresponds to that of the metallic insert. The tip of the funnel-shaped insert is on the primer mangled; its outer surface contacts the inner surface of the cavity of the main charge.

Die Detonation der Hauptladung pflanzt sich von der Zündladung bis zum Ende der Höhlung der Hauptladung fort. Die unter hohem Druck ausgestoßenen Gase und Stoßwellen bringen den Einsatz, an seiner Spitze beginnend, zum Zerfall. Da die Innenflächen des Einsatzes auf die Mittellinie zu zusammenlaufen, wird während seines Zerfalls ein Strom metallischer Partikelchen, wahrscheinlich in geschmolzenem Zustand, ausgestoßen, der als Düsenstrahl bezeichnet wird. Der Durchmesser dieses Düsenstrahls ist sehr klein, seine Dauer sehr gering, seine Geschwindigkeit jedoch ist außerordentlich hoch; wenn er auf eine Flüssigkeit oder einen festen Körper auftrifft, wird ein außerordentlich hoher Druck pro Flächeneinheit erzeugt. Dies ist die Kraft, welche die Durchlochung der Bohrlochverrohrung bewirkt. Die durch den Düsenstrahl erzeugten Löcher sind an der Eintrittsstelle des Strahls verhältnismäßig groß und verengen sich von dort aus bis zur Stelle der maximalen Eindringungstiefe. Der zusammengedrückte Einsatz nimmt die Form eines langgestreckten konischen Metallkörpers an, der in der Fachsprache als »Rübe« bezeichnet wird; seine Länge ist etwa zehnmal so groß wie der Durchmesser; die »Rübe« dringt mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit in das durch den Düsenstrahl erzeugte Loch ein. Bei den bekannten Durchlochungsvorrichtungen kommt die »Rübe« in der Nähe eines Punktes zum Stillstand, an dem der Durchmesser des durch den Düsenstrahl erzeugten Loches kleiner ist als der Rotationssymmetrische Hohlladung zur
Durchlochung von BohrlochverrohrungenThe detonation of the main charge propagates from the ignition charge to the end of the cavity of the main charge. The gases and shock waves emitted under high pressure cause the insert, starting at its tip, to disintegrate. As the inner surfaces of the insert converge towards the centerline, a stream of metallic particles, probably in a molten state, called a jet, is ejected as it disintegrates. The diameter of this jet is very small, its duration very short, but its speed is extremely high; when it hits a liquid or solid body, an extremely high pressure per unit area is generated. This is the force that causes the well casing to be punctured. The holes produced by the nozzle jet are relatively large at the point of entry of the jet and narrow from there to the point of maximum penetration depth. The compressed insert takes the form of an elongated, conical metal body, which is known in technical terms as a "turnip"; its length is about ten times its diameter; the "turnip" penetrates the hole created by the jet at a relatively low speed. In the known piercing devices, the "turnip" comes to a standstill in the vicinity of a point at which the diameter of the hole produced by the jet is smaller than the rotationally symmetrical shaped charge
Perforation of well casing

Anmelder:Applicant:

Pan Geo Atlas Corporation, Houston, Tex.Pan Geo Atlas Corporation, Houston, Tex.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. G. W. Schmidt, Patentanwalt,
München 5, Buttermelcherstr. 19Dipl.-Ing. GW Schmidt, patent attorney,
Munich 5, Buttermelcherstr. 19th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Eugene O. Tolson, Port Worth, Tex. (V. St. A.)Eugene O. Tolson, Port Worth, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 3. Mai 1960 (26 459)V. St. v. America May 3, 1960 (26 459)

Durchmesser der »Rübe«. Wenn keine Kräfte vorhanden sind, die die Bewegungsrichtung der »Rübe« umkehren (beispielsweise unter hohem Druck stehende Gase oder Flüssigkeiten), wird die »Rübe« das Loch im allgemeinen verstopfen. Wenn dies der Fall ist, wird naturgemäß die Ölgewinnung und die Fließgeschwindigkeit des Öls herabgesetzt. Alle bisherigen Versuche, diese Nachteile zu vermeiden, waren erfolglos. Diameter of the "turnip". If there are no forces that affect the direction of movement of the "turnip" reverse (for example, gases or liquids under high pressure), the "turnip" becomes the hole generally clog. When this is the case, the oil recovery and flow rate will naturally increase of the oil. All previous attempts to avoid these disadvantages have been unsuccessful.

Um eine maximale Ölgewinnung zu erzielen, ist es erforderlich, in der Bohrlochverrohrung und in den umgebenden Schichten ein von Verstopfungen freies Loch zu erzeugen, das einen großen Durchmesser hat und möglichst tief in die ölführenden Schichten hineinreicht.In order to obtain maximum oil recovery it is necessary in the well casing and in the surrounding layers to create a blockage-free hole that has a large diameter and extends as deep as possible into the oil-bearing layers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchlochung von Bohrlochverrohrungen zu schaffen, die einen rasanten Düsenstrahl einer großen Masse pro Längeneinheit erzeugt, durch welchen ein Loch von verhältnismäßig großem Durchmesser erzeugt wird, das frei von Verstopfungen ist und möglichst weit in die ölführenden Schichten hineinreicht. The invention is based on the object of a device for perforating borehole casing creating a rapid jet of a large mass per unit length by which creates a hole of relatively large diameter that is free from clogging and extends as far as possible into the oil-bearing layers.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Ladung am äußeren Umfang in drei abgestufte, zylindrische Teile, deren Durchmesser nach dem Ausstoßende der Ladung hin zunehmen und die durch kegelstumpfförmige Zwischenteile miteinander verbunden sind, unterteilt ist, wobei diese Teile von einem in gleicher Weise ausgebildeten Mantel aus reinem Blei umgeben sind, dessen StärkeThe essential feature of the invention is that the charge on the outer periphery in three stepped, cylindrical parts, the diameter of which increases towards the end of the discharge of the charge and which are connected to one another by frustoconical intermediate parts, which Parts are surrounded by a jacket made of pure lead in the same way, the strength of which

409 59O/14S409 59O / 14S

am Zündungsende der Ladung am größten ist und nach dem Ausstoßende der Ladung hin abnimmt, und daß die Höhlung der Ladung derart ausgebildet ist, daß die Wandungen des kegelförmigen Teils einen Winkel von etwa 75° einschließen, während diejenigen des kegelstumpfförmigen Teils miteinander einen Winkel von etwa 45° bilden.is greatest at the end of ignition of the charge and decreases towards the end of discharge of the charge, and that the cavity of the charge is formed in such a way that the walls of the conical part are one Include angles of about 75 °, while those of the frustoconical part with each other make an angle of about 45 °.

Eine Hohlladung, deren trichterförmige Höhlung eine geknickte Mantellinie aufweist, ist bereits be-A shaped charge, the funnel-shaped cavity of which has a bent surface line, is already

wellen in veränderlichem Grad und in vorherbestimmter Weise einen Widerstand infolge seiner Massen- oder Trägheitswirkung. Die Höhlung der geformten Ladung wird durch eine Kegelfläche, 5 deren Spitze in der Nähe der Zündladung angeordnet ist, und eine daran anschließende Kegelstumpffläche gebildet, wobei das Ende der Kegelfläche in den Anfang des Kegelstumpfes übergeht. Das größere Ende des Kegestumpfes ist in der Nähe des äußeren Randes kannt. Mit der bekannten Hohlladung kann jedoch io des Gehäuses angeordnet. In der Höhlung derHauptnicht die Wirkung der Erfindung erzielt werden, da ladung befindet sich ein metallischer Einsatz, dessen die äußere Form der Ladung von der erfindungs- Form der Höhlung entpricht und der mit ihr im gemäßen Ausbildung wesentlich verschieden ist, und Eingriff steht. Der Winkel zweier gegenüberliegender da darüber hinaus die Winkel des kegelförmigen und Erzeugender des Kegels ist größer als der entdes kegelstumpfförmigen Teils der Höhlung der La- 15 sprechende Winkel des Kegelstumpfes. Bei der Exdung nicht der erfindungsgemäßen Ausbildung ent- plosion hat daher der von der Kegelfläche hersprechen. Es ist ferner bei einer Hohlladung bereits rührende Düsenstrahl eine geringere Geschwindigkeit bekanntgeworden, die geformte Ladung mit einem als der Strahl der kegelstumpfförmigen Fläche. Der Zinkmantel zu umgeben, dessen Stärke nach dem Strahl des Kegelstumpfes holt daher den Strahl des Ausstoßende hin abnimmt. Versuche haben gezeigt, 20 Kegels ein und verstärkt ihn, so daß seine Energie daß mit einem Mantel aus reinem Blei wesentlich und seine Masse pro Längeneinheit vergrößert wird, bessere Ergebnisse erzielt werden. Darüber hinaus Die Erfindung enthält auch ein neuartiges Ver-wave to a variable degree and in a predetermined manner a resistance as a result of it Mass or inertia effect. The cavity of the shaped charge is created by a conical surface, 5 the tip of which is arranged in the vicinity of the ignition charge, and an adjoining truncated cone surface formed, the end of the conical surface merging into the beginning of the truncated cone. The bigger end of the truncated cone is known near the outer edge. With the known shaped charge, however, the housing can be arranged. In the cavity of the main not The effect of the invention can be achieved because there is a metallic insert, its charge the external shape of the charge corresponds to the inventive shape of the cavity and that in the cavity proper training is significantly different, and engagement is available. The angle of two opposite Moreover, since the angle of the conical and generatrix of the cone is greater than that of the entdes frustoconical part of the cavity of the la- 15 speaking angle of the truncated cone. When it comes to exdation The explosion of the conical surface does not speak of the explosion of the embodiment according to the invention. There is also a lower speed in the case of a nozzle jet that is already stirring became known, the shaped charge with one called the ray of the frustoconical surface. Of the To surround zinc coat, whose strength after the ray of the truncated cone therefore brings the ray of the Ejection end decreases. Experiments have shown 20 kegels and amplifies him so that his energy that with a jacket made of pure lead is substantially increased and its mass per unit length is increased, better results can be achieved. In addition, the invention also contains a novel method

hat die bekannte Ladung weder in der äußeren Form fahren zur Schaffung eines durchdringenden Düsennoch in der Ausbildung der Höhlung die wesent- Strahls. Das Verfahren besteht darin, daß in verliehen Merkmale der Erfindung, so daß mit ihr nicht 25 änderlichem Grad kurzzeitig ein Trägheitswiderstand die gleiche Wirkung erreichbar ist. für die Explosionsprodukte und die Stoßwellen ge-does not drive the known charge neither in the external form to create a penetrating nozzle nor in the formation of the cavity the essential ray. The procedure is that in lent Features of the invention, so that with her not 25 changeable degree momentarily an inertial resistance the same effect can be achieved. for the explosion products and the shock waves

Die genannten vorbekannten Merkmale genügen schaffen wird, während gleichzeitig Düsenstrahlen nicht, um die neuartige Wirkung der Erfindung zu verschiedener Geschwindigkeiten derart erzeugt wererzielen. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, den, daß der langsamere Strahl von dem schnelleren nicht nur bestimmte Werte des Scheitelwinkels und 30 eingeholt und dadurch ein kräftigerer Gesamtstrahl des Grades der Mantelneigung einzuhalten, sondern einer größeren Masse pro Längeneinheit erzeugt auch inbesondere die äußere Form der geformten wird. Das durch diesen Strahl in der Verrohrung und Sprengladung in bestimmter Weise zu gestalten und den umgebenden Bodenschichten erzeugte Loch hat zu dimensionieren sowie in vorbestimmter Weise einen größeren Durchmesser und eine größere Einkurzzeitig einen Trägheitswidertand für die Explo- 35 dringtiefe als Löcher, die nach den bisher bekannten sionsprodukte und die Stoßwellen zu schaffen, wäh- Verfahren und mit den bisher bekannten Vorrichrend gleichzeitig Düsenstrahlen verschiedener Geschwindigkeiten derart erzeugt werden, daß der langsamere Strahl von dem schnelleren überholt und dadurch an einer vorherbestimmten Stelle ein kräftigerer 40
Gesamtstrahl einer großen Masse pro Längeneinheit
erzeugt wird.The previously known features mentioned are sufficient, while at the same time no jet jets, in order to generate the novel effect of the invention at different speeds in this way. In order to achieve this, it is necessary that the slower beam not only overtakes certain values of the apex angle and 30 from the faster one and thereby maintains a more powerful overall beam of the degree of cladding inclination, but also produces a greater mass per unit length, in particular the outer shape which is shaped. The hole created by this beam in the piping and explosive charge in a certain way and the surrounding soil layers has to be dimensioned and in a predetermined manner a larger diameter and a larger short-term inertia resistance for the exploration depth than holes that penetrate according to the previously known To create sion products and the shock waves, while method and with the previously known Vorrichrend nozzle jets of different speeds are generated in such a way that the slower jet overtakes the faster and thereby a more powerful 40 at a predetermined point
Total ray of a large mass per unit of length
is produced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing.

F i g. 1 zeigt, größtenteils im vertikalen Querschnitt, 45 Löcher sind durch zerstörbare Deckel od. dgl. flüssigeine Durchlochungsvorrichtung nach der Erfindung dicht verschlossen, um den Zutritt von Flüssigkeit zu in Form einer in die mit Rohren ausgekleidete Boh- den Patronen vor der Detonation derselben zu verrung herabgelassenen Sonde; hindern. Die Löcher 12 sind in Längsrichtung desF i g. Fig. 1 shows, mostly in vertical cross section, 45 holes are fluidly one by destructible lids or the like Perforating device according to the invention tightly closed to allow the access of liquid in the form of a cartridge lined with tubes in the bottom before the detonation of the same lowered probe; prevent. The holes 12 are in the longitudinal direction of the

Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt nach 2-2 der Gehäuses im Abstand voneinander angeordnet; vor-F i g. 1 durch die Sonde und eine der in dieser an- 50 zugsweise sind sie auch in Umfangsrichtung gegengeordneten Patronen; einander versetzt, so daß eine Mehrzahl von beliebig F i g. 3 ist ein axialer Schnitt durch die in F i g. 2 verteilten Löchern in die Verrohrung oder das Futterdargestellte Patrone; rohr 14 und die umgebenden Bodenschichten 13 ge-F i g. 4 ist eine Ansicht der einzelnen Teile, aus schössen werden kann. Das obere Ende des Gehäuses denen die Patrone zusammengesetzt ist; die Teile 55 11 trägt einen Seilverbinder 15. Dieser ist mit einem sind in F i g. 4 a bis 4 e dargestellt. Kabel oder Seil 16 verbunden, durch welches das Die Durchlochungsvorrichtung nach der Erfindung Gehäuse oder die Sonde in das Bohrloch herabbenutzt eine geformte Hohlladung von neuartiger gelassen werden kann. Das untere Ende des Gehäuses Form, die von einem neuartigen Gehäuse umgeben 11 ist durch eine Kappe oder einen Stopfen 17 verist und einen neuartigen Einsatz hat. Das Gehäuse 60 schlossen. Zum Heben und Senken der Sonde ist in besteht aus abwechselnd aneinander anschließenden an sich bekannter Weise ein Motor 21 und eine zylindrischen und konischen Teilstücken, welche Steuervorrichtung 20 vorgesehen. Das Seil 16 enthält Drehkörper der gleichen Achse darstellen. Zwischen einen oder mehrere (in der Zeichnung nicht dargeder geformten Ladung und ihrem Gehäuse ist ein stellte) elektrische Leiter, durch welche die Patronen geschmeidiger Metallmantel hoher Dichte angeord- 65 der Sonde gezündet werden können. Die elektrische net, der der Form der Ladung angepaßt ist. Bei der Schaltung hierfür ist in irgendeiner an sich bekannten Detonation des Sprengstoffes bietet dieser Mantel Weise ausgebildet, so daß sie nicht näher beschrieben den expandierenden Explosionsprodukten und Stoß- zu werden braucht.Figure 2 is an enlarged section along 2-2 of the housings spaced apart; before-F i g. 1 through the probe and one of the sensors in it, they are preferably also oppositely arranged in the circumferential direction Cartridges; offset from one another, so that a plurality of any F i g. 3 is an axial section through the areas shown in FIG. 2 distributed holes in the casing or the lining Cartridge; tube 14 and the surrounding soil layers 13 ge-F i g. Figure 4 is a view of the individual parts that can be shot from. The top of the case which the cartridge is assembled; the parts 55 11 carries a cable connector 15. This is with a are in Fig. 4 a to 4 e. Cable or rope 16 connected through which the The piercing device according to the invention degrades the housing or the probe into the borehole a shaped shaped charge of novel can be left. The lower end of the case Shape, which is surrounded by a novel housing 11, is veristed by a cap or plug 17 and has a novel use. The housing 60 closed. To raise and lower the probe is in consists of alternately adjoining a motor 21 and a known manner cylindrical and conical sections, which control device 20 is provided. The rope 16 contains Represent rotating bodies of the same axis. Between one or more (not shown in the drawing shaped charge and its case is a posed) electrical conductor through which the cartridges pliable, high-density metal jacket arranged 65 the probe can be ignited. The electric net, which is adapted to the shape of the load. The circuit for this is in any one known per se Detonation of the explosive offers this jacket designed in a manner so that it is not described in detail the expanding explosion products and impact.

tungen erzeugt wurden, so daß durch das Verfahren nach der Erfindung die ölgewinnung beträchtlich erhöht wird.lines were generated, so that the oil recovery increased considerably by the method according to the invention will.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung zum Durchlochen von Bohrlochverrohrungen ist mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Behälter oder das Gehäuse 11 der Durchlochungsvorrichtung 10 hat eine Mehrzahl von Ausschlußlöchern 12. DieThe in F i g. Apparatus for puncturing well casing illustrated is consistent with the general Reference numeral 10 denotes. The container or housing 11 of the piercing device 10 has a plurality of exclusion holes 12. Die

Wie am besten aus F i g. 2 zu ersehen, sind innerhalb des Gehäuses 11 eine Mehrzahl von PatronenAs best seen in Fig. 2, within the housing 11 are a plurality of cartridges

22 angeordnet, welche die strahlbildenden Hohlladungen enthalten. Jede der Patronen 22 enthält, wie am besten aus F i g. 3 zu ersehen, eine geformte Hohlladung aus brisantem Sprengstoff geeigneter Art, der die gewünschte hohe Ausstoßgeschwindigkeit entwickelt, unempfindlich gegenüber Stoßen ist und eine verhältnismäßig hohe Explosionstemperatur erzeugt. Als Beispiel sei der Sprengstoff genannt, der in den Vereinigten Staaten von Amerika unter dem Namen »Cyclonite« im Handel ist. Die geformte Holladung22 arranged, which contain the beam-forming shaped charges. Each of the cartridges 22 contains as best from Fig. 3, a shaped shaped charge made of explosive explosives of a suitable type, that develops the desired high ejection speed, is insensitive to impact and one generated relatively high explosion temperature. An example is the explosives that are used in the United States of America under the name "Cyclonite" in trade. The formed charge

23 hat eine neuartige Form, die weiter unten näher beschrieben wird. Sie ist von einem Gehäuse 24, vorzugsweise aus Aluminium, umschlossen, das ebenfalls eine neuartige Form hat und als abgestufter Trichter ausgebildet ist. Das Gehäuse 24 ist in Fig. 4c dargestellt.23 has a novel shape, which is described in more detail below. It is from a housing 24, preferably made of aluminum, enclosed, which also has a novel shape and as a stepped Funnel is formed. The housing 24 is shown in Fig. 4c.

Das Gehäuse 24, welches beispielsweise — für eine Sonde von 10 cm Außendurchmesser — eine Wandstärke von 0,63 mm haben kann, bildet eine starke Schutzhaut für die Explosivladung, um eine Beschädigung derselben vor der Detonation zu verhindern. Das Gehäuse24 hat ein unten (Fig. 4c) offenes Ende 25 und ein oberes, scheibenförmiges Ende 28 in der Nähe der Zündladung, welches bis auf eine Mittelöffnung 19 geschlossen ist. Der Mantel des Gehäuses 24 hat drei Zylinderflächen, deren Durchmesser von oben nach unten der Fig. 4c ansteigt. Die kleinste dieser Zylinderflächen ist die zylindrische Fläche 26 am oberen Ende des Gehäuses 24, die in die Endfläche 28 übergeht. Die Zylinderfläche 26 ist durch eine Kegelstumpffläche 31 mit einer zylindrischen Fläche 30 von größerem Durchmesser verbunden. Die Seitenflächen des kegelstumpff örmigen Teiles 31 schließen einen Winkel 29 von etwa 90° ein. Zwischen dem mittleren zylindrischen Teil 30 und dem unteren zylindrischen Teil 33, der einen noch größeren Durchmesser hat, ist eine kegelstumpf förmige Zwischenfläche 32 angeordnet, deren Seiten-The housing 24, which for example - for a probe of 10 cm outer diameter - a Wall thickness of 0.63 mm, forms a strong protective skin for the explosive charge around a To prevent damage to the same before detonation. The housing 24 has a bottom (Fig. 4c) open end 25 and an upper, disc-shaped end 28 in the vicinity of the ignition charge, which except for a central opening 19 is closed. The jacket of the housing 24 has three cylindrical surfaces, the diameter of which increases from top to bottom of Fig. 4c. The smallest of these cylinder surfaces is the cylindrical one Surface 26 at the upper end of the housing 24, which merges into the end surface 28. The cylinder surface 26 is defined by a truncated conical surface 31 with a cylindrical surface 30 of larger diameter tied together. The side surfaces of the frustoconical part 31 close an angle 29 of approximately 90 ° a. Between the central cylindrical part 30 and the lower cylindrical part 33, the one has an even larger diameter, is a truncated cone shaped Intermediate surface 32 arranged, the side of which

60^c 60 ^c

em-em-

flächen einen Winkel 38 von etwa
schließen.surface an angle 38 of about
conclude.

Die Hohlladungspatrone 22 enthält Mittel, um kurzzeitig in vorherbestimmtem, veränderlichem Grad gegenüber der Expansion der gasförmigen Produkte und der bei der Explosion der Hauptladung erzeugten Stoßwellen einen Trägheitswiderstand zu erzeugen. Diese Mittel bestehen aus einem zähen Mantel 27 (Fig. 3 und 4c) hoher Dichte, der ebenfalls als Stufentrichter ausgebildet und zwischen der Hauptladung 23 und dem Gehäuse 24 angeordnet ist, jedoch, wie aus Fig. 4c ersichtlich, nicht ganz bis zum unteren Ende des Gehäuses 24 reicht. Der Mantel 27 besteht vorzugsweise aus metallischem Blei in reiner Form, so daß er nicht vollkommen weich ist und keine Sprödigkeit aufweist. Am oberen Ende des Gehäuses hat der Mantel eine Öffnung, die mit der Öffnung 19 des Gehäuses übereinstimmt. Die Wandstärke des Mantels 27 hat an den verschiedenen Stellen des Gehäuses einen verschiedenen Wert, um in vorher- 6c bestimmter Weise kurzzeitig in verschieden starkem Maße gegenüber den sich ausdehnenden gasförmigen Teilen und den Stoßwellen der Explosion den gewünschten, auf der Trägheit oder der Massenwirkung des Mantels beruhenden Widerstand zu erzeugen. Die größte Wandstärke hat der Mantel oben, in der Nähe der Zündladung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurden gute Ergebnisse mit einem Mantel erhalten, dessen Wandstärke oben und in der Nähe der Flächen 26, 31, 30 und 32 etwa 2,25 mm betrug, in der Nähe der Zylinderfläche 33 jedoch nur etwa 1,25 mm.The shaped charge cartridge 22 contains means to briefly in a predetermined, variable degree compared to the expansion of the gaseous products and that generated by the explosion of the main charge Shock waves create an inertial resistance. These means consist of a tough jacket 27 (Fig. 3 and 4c) high density, also as a step funnel formed and arranged between the main charge 23 and the housing 24, however, such as can be seen from Fig. 4c, does not extend all the way to the lower end of the housing 24. The jacket 27 is made preferably made of metallic lead in pure form, so that it is not completely soft and none Exhibits brittleness. At the upper end of the housing, the jacket has an opening that communicates with the opening 19 of the housing matches. The wall thickness of the jacket 27 has at the various points of the Housing a different value, in order to be short-term in different strengths in a predetermined manner Measures against the expanding gaseous parts and the shock waves of the explosion the desired, to generate resistance based on the inertia or the mass action of the jacket. The jacket has the greatest wall thickness at the top, near the ignition charge. In the illustrated embodiment good results have been obtained with a jacket whose wall thickness is above and in the Near the surfaces 26, 31, 30 and 32 was about 2.25 mm, but only in the vicinity of the cylinder surface 33 about 1.25 mm.

Der obere, zylindrische Teil des Mantels 27, der der Zylinderfläche 26 des Gehäuses entspricht, enthält eine Zündladung 18 (Fig. 3), die aus einem verhältnismäßig leicht entzündlichen Explosivstoff besteht; die Zündladung berührt die Hauptladung 23. In Fig. 4c sind die Hauptladung und die Zündladung der Deutlichkeit halber fortgelassen.The upper, cylindrical part of the shell 27, which corresponds to the cylindrical surface 26 of the housing, contains an ignition charge 18 (Fig. 3), which consists of a relatively highly flammable explosive consists; the primer touches the main charge 23. In Fig. 4c are the main charge and the primer charge omitted for clarity.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, reicht die Hauptladung 23 mit Ausnahme des oberen, an die Zündladung angrenzenden Teiles bis an den Mantel 27 heran. Die Innenflächen des Mantels 27 stellen daher druckreflektierende Flächen für die bei der Explosion der Hauptladung 23 entstehenden Stoßwellen und gasförmigen Produkte dar. Am unteren Ende der F i g. 3 ist die Hauptladung 23 ausgespart, so daß ein Hohlraum 34 entsteht, dessen Spitze nach oben gerichtet ist. Der Hohlraum 34 hat oben eine Kegelfläche 35 und darunter eine kegelstumpfförmige Fläche 36; diese beiden Flächen gehen ineinander über. Der durch zwei gegenüberliegende Erzeugende der oberen, konischen Fläche eingeschlossene Winkel ist größer als der entsprechende Winkel der kegelstumpfförmigen Fläche. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden erzielt, wenn dieser Seitenwinkel für den kegelförmigen Teil etwa 75° betrug, für den kegelstumpff örmigen Teil dagegen etwa 45°. Diese Werte können in gewissen Grenzen schwanken; wesentlich ist jedoch in jedem Fall, daß der erstgenannte Winkel größer ist als der zweite.As can be seen from the drawing, the main charge 23, with the exception of the upper one, reaches the Ignition charge adjoining part up to the jacket 27. Set the inner surfaces of the shell 27 therefore pressure-reflecting surfaces for the shock waves produced when the main charge 23 explodes and gaseous products. At the lower end of FIG. 3 the main charge 23 is spared, so that a cavity 34 is formed, the tip of which is directed upwards. The cavity 34 has a top Conical surface 35 and below a frustoconical surface 36; these two surfaces go into each other above. The angle enclosed by two opposing generatrices of the upper, conical surface is greater than the corresponding angle of the frustoconical surface. Excellent results were achieved when this side angle was about 75 ° for the conical part, for the frusto-conical part shaped part, however, about 45 °. These values can fluctuate within certain limits; essential however, it is in any case that the first-mentioned angle is greater than the second.

Die Höhlung 34 der Hauptladung wird durch einen Einsatz37 (Fig. 3 und 4d) abgeschlossen, dessen Form derjenigen der Höhlung 34 entspricht. Der Einsatz 37 besteht vorzugsweise aus reaktionsträgem Material; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht er aus Kupfer und hat eine gleichmäßige Wandstärke von etwa 0,5 mm. Da die Form des Einsatzes 37 derjenigen der Höhlung 34 entspricht, beträgt der Winkel39 (Fig. 4d) des kegelförmigen Teiles des Einsatzes etwa 75°, während der Winkel 48 des kegelstumpfförmigen Teiles 40 etwa 45° beträgt.The cavity 34 of the main charge is closed by an insert37 (Figs. 3 and 4d), the shape of which corresponds to that of the cavity 34. The insert 37 is preferably made of inert Material; in the illustrated embodiment, it is made of copper and has a uniform shape Wall thickness of about 0.5 mm. Since the shape of the insert 37 corresponds to that of the cavity 34, is the angle 39 (Fig. 4d) of the conical Part of the insert about 75 °, while the angle 48 of the frustoconical part 40 is about 45 °.

Der Düsenstrahl, der durch die Fläche mit dem Winkel 39 (an der Spitze des Kegels) erzeugt wird, wird von dem Düsenstrahl ausgelöst, der durch die Fläche mit dem Winkel 48 erzeugt wird, da er eine geringere Entfernung von dem Punkt der Auslösung der Detonation hat. Da jedoch der Winkel 48 kleiner ist als der Winkel 39 (Fig. 4d), hat der dem Winkel 48 zugeordnete Düsenstrahl eine höhere Geschwindigkeit als der des Winkels 39. Infolgedessen wird der dem Winkel 48 zugeordnete Düsenstrahl denjenigen des Winkels 39 überholen und dadurch den Düsenstrahl des Winkels 39 verstärken, so daß ein kombinierter Düsenstrahl von verhältnismäßig großer Masse pro Längeneinheit entsteht.The jet created by the surface with the angle 39 (at the top of the cone), is triggered by the jet created by the surface with the angle 48, as it is a is closer to the point of initiation of the detonation. However, since the angle 48 is smaller is than the angle 39 (Fig. 4d), has the angle 48 associated nozzle jet has a higher speed than that of the angle 39. As a result the nozzle jet assigned to the angle 48 overtakes that of the angle 39 and thereby the Reinforce the nozzle jet of the angle 39, so that a combined jet of relatively large Mass per unit of length arises.

Es wurde experimentell gefunden, daß gute Ergebnisse auch erzielt werden können mit einer von zwei Winkeln begrenzten Höhlung der Hauptladung bzw. des entsprechenden Einsatzes, wobei diese Winkel bis zu 15° nach beiden Seiten von den angegebenen Werten abweichen können, vorausgesetzt daß die Winkel in Richtung des Ausstoßes der Explosionsgase konvergieren. Mit anderen Worten: die genannten Ergebnisse können erzielt werden, wennIt has been found experimentally that good results can also be achieved with one of two angles limited cavity of the main charge or the corresponding insert, these Angle up to 15 ° on both sides can deviate from the specified values, provided that the angles converge in the direction of the discharge of the explosive gases. In other words: the mentioned results can be achieved if

der Winkel des kegelstumpfförmigen Teiles des Einsatzes kleiner ist als der Winkel des kegelförmigen Teiles.the angle of the frusto-conical portion of the insert is smaller than the angle of the conical part.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die Patronen 22 in dem Gehäuse der Sonde derart angeordnet, daß sie auf einer Zündschnur 42 aufgereiht sind. Jede der Patronen 22 enthält Mittel, um das Gehäuse 11 vor Zerstörung durch die Explosionen zu schützen. Diese Mittel bestehen aus Umhüllungen 41 aus Gummi, die in Fig. 2, 3 und 4b dargestellt sind. Die Umhüllungen 41 umgeben die Gehäuse 24 der Hauptladungen bis auf die untere Öffnung (Fig. 3). Die Umhüllungen 41 haben einen Vorsprung 46 (Fi g. 2 und 3) mit Bohrungen 43 zur Aufnahme der Zündschnur. Um ein Festsetzen der Zündschnur in den Bohrungen 43 zu verhindern, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, in der Nähe der Bohrungen 43 einen härteren Gummi als für den übrigen Mantel zu verwenden. Dieser gehärtete Teil 44 ist in F i g. 3 dargestellt. Das Gehäuse 11 der Sonde enthält an seiner Innenseite Vertiefungen 45, die gegenüber den Schußlöchem 12 angeordnet sind und in welche die Fortsätze 46 der Patronen eingreifen. Die Öffnungen 12 sind mit Gewinde versehen, wie bei 49 (Fig. 2) angedeutet, sowie mit Erweiterungen 47 zur Aufnähme eines Verschlußstopfens 50 aus geeignetem Material, beispielsweise aus Kunststoff oder Aluminium. Eine Buchse 52 ist zwischen dem Deckel 51 (Fig. 3 tmd 4e) und dem Verschlußstopf en 50 der öffnung 12 vorgesehen, um die Patrone in der gewünschten Stellung zu halten. Der mit Gewinde versehene Teil des Verschlußstopfens 50 ist vorzugsweise hohl ausgebildet.As shown in FIG. 2, the cartridges 22 are arranged in the housing of the probe in such a way that they are lined up on a fuse 42. Each of the cartridges 22 contains means for the housing 11 to protect against destruction by the explosions. These means consist of wrappings 41 Rubber shown in Figures 2, 3 and 4b. The casings 41 surround the housing 24 of the main charges except for the lower opening (Fig. 3). The sheaths 41 have a projection 46 (Fig. 2 and 3) with holes 43 for receiving the fuse. To fix the fuse in the To prevent bores 43, it has been found to be advantageous in the vicinity of the bores 43 to use a harder rubber than for the rest of the jacket. This hardened part 44 is shown in FIG. 3 shown. The housing 11 of the probe contains recesses 45 on its inside, which opposite the Firing holes 12 are arranged and in which the projections 46 of the cartridges engage. The openings 12 are provided with threads, as indicated at 49 (FIG. 2), and with extensions 47 for inclusion a sealing plug 50 made of a suitable material, for example made of plastic or aluminum. A socket 52 is between the cover 51 (Fig. 3 and 4e) and the plug 50 of the Opening 12 is provided to hold the cartridge in the desired position. The threaded one Part of the stopper 50 is preferably hollow.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung geht bereits aus der vorstehenden Beschreibung hervor. Die Sonde 10 wird mittels des Seiles 16 sowie der Antriebs- und Steuervorrichtungen 21 und 20 bis zur gewünschten Tiefe in das mit Futterrohren 14 ausgekleidete Bohrloch herabgelassen. Alsdann wird über die elektrischen Leitungen, die in dem Seil oder Kabel 16 enthalten sind, eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Zündkapsel gezündet, welche die Zündschnur 42 zur Explosion bringt, die ihrerseits die Zündladungen 18 und die Sprengladungen 23 zündet.The method of operation of the device is already apparent from the description above. The probe 10 is by means of the rope 16 and the drive and control devices 21 and 20 to the desired Depth lowered into the casing 14 lined borehole. Then the electrical Lines contained in the rope or cable 16, a (not shown in the drawing) Detonator ignited, which causes the detonating cord 42 to explode, which in turn releases the detonating charges 18 and detonates the explosive charges 23.

Bei Detonation einer jeden Hauptladung wird in der beschriebenen Weise ein Düsenstrahl erzeugt, der rasanter ist und eine größere Masse pro Längeneinheit hat als die mit den bisher bekannten Mitteln erzeugten Strahlen. Dieser Düsenstrahl erzeugt in der Verrohrung und in den umgebenden Bodenschichten ein Loch von größerem Durchmesser und größerer Tiefe als es mit den bisher bekannten Mitteln erzeugt werden konnte. Es wurden Vergleichsversuche mit einer Durchlochungsvorrichtung nach der Erfindung einerseits und einer üblichen Durchlochungsvorrichtung andererseits angestellt. Die Versuchsschüsse wurden auf genormte Ziele abgegeben. Jedes dieser Ziele bestand aus einem Eisenrohr von 40 cm Länge und etwa 12 cm Innendurchmesser, welches einen zylindrischen Kern aus Barea-Sandstein enthielt. Die Stirnseite des zylindrischen, mit Sandstein angefüllten Rohres, auf welche der Schuß abgegeben wurde, war durch eine angeschweißte Stahlplatte von cm Stärke verschlossen. Die Versuche zeigten folgende Ergebnisse. Bei Benutzung einer üblichen Hohlladung mit einem kegelförmigen Einsatz von 60° wurde in der Stahlplatte ein Loch von 1 cm Durchmesser erzeugt; das anschließende Loch in dem Sandstein war in einer Tiefe von 16 cm, von der Außenfläche der Stahlplatte aus gemessen, vollkommen durch eine »Rübe« verstopft. Bei Benutzung einer Durchlochungsvorrichtung nach der Erfindung war das Loch in der Stahlplatte erheblich größer und hatte einen Durchmesser von 1,6 cm. Die Tiefe des Loches im Sandstein betrug zwischen 23 und 25 cm und war durch keine »Rübe« verstopft.When each main charge detonates, a jet is generated in the manner described, which is faster and has a greater mass per unit length than that with the previously known means generated rays. This jet generated in the piping and in the surrounding soil layers a hole of larger diameter and greater depth than is produced by the previously known means could be. There were comparative tests with a piercing device according to the invention on the one hand and a conventional piercing device on the other hand employed. The test shots were fired at standardized targets. Each These targets consisted of an iron pipe 40 cm long and about 12 cm inside diameter, which contained a cylindrical core of Barea sandstone. The face of the cylindrical, with sandstone filled pipe, on which the shot was fired, was through a welded steel plate of cm thick. The experiments showed the following results. When using a usual A hollow charge with a conical insert of 60 ° made a 1 cm hole in the steel plate Diameter generated; the subsequent hole in the sandstone was at a depth of 16 cm from the Outer surface of the steel plate measured, completely blocked by a "turnip". When using a piercing device according to the invention, the hole in the steel plate was considerably larger and was 1.6 cm in diameter. The depth of the hole in the sandstone was between 23 and 25 cm and was not clogged by any "turnip".

Durch die Anordnung nach der Erfindung wird daher ein erheblicher Fortschritt erzielt.The arrangement according to the invention therefore achieves considerable progress.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt auch Abänderungen, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen.The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiment, but rather also includes modifications that are within the scope of the inventive concept.

Claims

Patent claims:

1. Rotationally symmetrical shaped charge for use in shooting devices for perforating Borehole casing, the cavity of which consists of a conical and an adjoining one frustoconical part consists, thereby characterized in that the charge on the outer circumference in three stepped, cylindrical Parts (26, 30, 33) whose diameter increases after the discharge end of the charge and which are connected to one another by frustoconical intermediate parts (31, 32), wherein these parts (26, 30, 33, 31, 32) from a jacket (27) designed in the same way pure lead, the strength of which is greatest at the end of the ignition of the charge, and after the discharge end of the charge decreases, and that the charge cavity is so formed is that the walls of the conical part (37, F i g. 4 d) an angle of about Include 75 °, while those of the frustoconical part (40, Fig. 4d) with each other make an angle of about 45 °.

2. Hollow charge according to claim 1, characterized in that the lead jacket (27) of the shaped Charge with the interposition of a thin housing wall (24) of one per se known rubber jacket (41) is surrounded, the strength of which at the ignition end of the charge on greatest is.

3. Hollow charge according to claim 2, characterized in that the elastic rubber jacket (41) has an extension (44) made of harder rubber which contains a bore (43) arranged in the vicinity of the detonating charge (18) for receiving the detonating cord (42) .

Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1025 362, 1076 543; French patents nos. 1068 609, 827.

1 sheet of drawings