DE1181110B - Elektrischer Brueckenzuender - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 06 c

DeutscheKl.: 78 e-3

Nummer: 1181110

Aktenzeichen: S 82473 VI b / 78 e

Anmeldetag: 16. November 1962

Auslegetag: 5. November 1964

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Brückenzünder und bezieht sich insbesondere auf einen Sicherheits-Brückenzünder zum Initiieren von Knallzündschnüren, die in Erdölbohrungen vornehmlich dazu benutzt werden, um Hohlladungen zur Explosion zu bringen.

Man weiß, daß die Handhabung von Zündern für Sprengschnüre eine verhältnismäßig gefährliche Angelegenheit darstellt, besonders mit Rücksicht auf die große Stoßempfindlichkeit der verschiedenen, üblicherweise benutzten Zünder.

Für den Aufbau solcher Zünder wird nämlich eine gewisse Menge primärer Sprengstoffe verwendet, deren fundamentale Eigenschaft darin besteht, mit Sicherheit unter der Einwirkung eines Schlages oder einer Flamme zu detonieren, und zwar unabhängig von der jeweils vorhandenen Spreaagstoffmenge.

Aus diesem Grund gehören Zünder oder Sprengkapseln dieser Art gemäß den Luftverkehrsvorschriften nicht unter die für den Transport mit Flugzeugen zugelassenen Waren. Nun bringt aber die Ausbeutung der Erdölbohrungen große Materialverschiebungen mit sich, und es besteht deshalb ein ausgesprochenes Bedürfnis, über Zünder für Sprengschnüre verfügen zu können, die vornehmlich gegenüber Stößen eine totale Sicherheit bieten und mithin den Lufttransport zulassen würden. Diese Sicherheit würde selbstverständlich auch von den Technikern bei der praktischen Ausführung der Arbeiten geschätzt.

Man weiß gleichfalls, daß daneben eine andere Kategorie von Spreng- bzw. Explosivstoffen existiert, und zwar die als sekundäre Sprengstoffe bezeichnete Art. Es sind dies Sprengstoffe, mit durchaus ebenso großer Wirkung wie diejenige primärer Sprengstoffe, die sich diesen gegenüber aber grundsätzlich durch ihre praktisch vollständige Unempfindlichkeit gegenüber Stößen unterscheiden sowie durch die Tatsache, daß sie — um unter der Einwirkung einer Flamme detonieren zu können — in einer verhältnismäßig bedeutenden Menge und unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen vorliegen müssen. Es sind auch bereits elektrische Brückenzünder vorgeschlagen worden, die als Zündimpulsübertrager ausschließlich Sekundär-Sprengstoffe enthalten, und zwar beispielsweise feste Salpetersäure der Formel C_nH„ + 2NO₃)„ oder Picrylsulfon; bei Verwendung des letztgenannten Sprengstoffes ist es auch bekanntgeworden, den Sprengstoff unterschiedlich zu verdichten, wobei er in der Gegend der Glühdrahtbrücke als loses Pulver vorliegt.

Elektrischer Brückenzünder

Anmelder:

Societe de Prospection Electrique

Schlumberger, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Schwelm, Westfalendamm 10

Als Erfinder benannnt:

Maurice Reyne, Bourg la Reine, Seine

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 24. November 1961 (880 063)

Sekundäre Sprengstoffe werden nach ihrer Empfindlichkeit klassiert, was eine im wesentlichen qualitative Größe ist, weiter aber auch — und in derselben Reihenfolge — in ungefährer Funktion der Länge ihrer »Reaktionszone«, und zwar insbesondere im Anschluß an die Arbeiten von Jones, über die in dem Buch von M.A.Cook berichtet wird, das in den Vereinigten Staaten im Jahre 1958 von der Reinhold Publishing Corporation herausgegeben wurde (siehe insbesondere S. 123 und 124 und Tabelle 7.3 auf S. 147). Nach diesen Arbeiten ist die »Reaktionszone« eines Sprengstoffes die Dicke, innerhalb welcher für den betrachteten Sprengstoff die chemische Reaktion mit maximaler Geschwindigkeit abläuft. Die Länge der »Reaktionszone« ist für verschiedene Sprengstoffe bekannt; sie wurde mit Hilfe der ultraschnellen Photographic und elektronischer Mittel gemessen. Man weiß so, daß das Hexogen eine »Reaktionszone« von 1 mm hat, während T.N.T. in groben Körnern eine »Reaktionszone« von 15 mm aufweist.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung von elektrischen Brückenzündern, die keine gegenüber Stößen oder Schlägen empfindliche primäre Sprengstoffe aufweisen, sondern einzig einen gegenüber Stößen oder Schlägen unempfindlichen sekundären Sprengstoff.

Die Erfindung betrifft demnach einen elektrischen Brückenzünder, bestehend aus einer metallischen, bodenverschlossenen Hülse, in der ein Sekundär-

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zündsatz derart eingebracht ist, daß der bodennahe Teil stark verdichtet ist, während der zündnahe Teil als lockeres Pulver vorliegt, und in der ferner um die Glühdrahtbrücke ein Zündsatz auf der Basis Schwarzpulver oder aluminothermisches Gemisch in Kontakt mit dem Sekundärsatz angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßer Zünder ist dadurch gekennzeichnet, daß die aus Stahl bestehende Zünderhülse eine Länge von 33,5 bis 40,5 mm, einen Innendurchmesser von 7 bis 9 mm und eine Wandstärke von 2,5 bis 3,5 mm hat und daß der Sekundärsprengstoff aus Pentaerythrittetranitrat, Cyclotrimethylentrinitramin oder Trinitrophenylmethylnitramin mit einer Korngröße von 150 bis 300 μ besteht und daß der bodennahe Teil des Sekundärsatzes mit einem Druck von weniger als einigen hundert Kilogramm verdichtet ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung erhält man einen geschlossenen Raum minimaler Abmessungen, um die Transformation der Verbrennung eines sekundären Sprengstoffes in eine Detonation zu gewährleisten. Es läßt sich so ein Sicherheitszünder verwirklichen, der gegen Stöße unempfindlich ist, und zwar durch ausgeklügeltes Ausnutzen einer Erscheinung, die allgemein als eine Gefahr betrachtet wird, gegenüber welcher man Vorkehrungen zu treffen hatte.

Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale und Vorteile sind nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Maßstab 2:1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkapsel, die mit einer Schwarzpulver enthaltenden Zündnadel versehen ist, und '*

Fig. 2 im Maßstab 1,5:1 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zünders, bei dem die Übertragungsmasse aus einer entflammbaren aluminotherraischen Pulvermischung gebildet ist.

Gemäß F i g. 1 ist eine aus Stahl bestehende Zünderhülse 10 von 3 mm Wandstärke, 37 mm Länge und 8 mm Durchmesser an ihrem Ende 12 mit Hilfe eines dünnen Deckels 14 und an seinem Ende 16 mit dem konischen Einsatz 18 verschlossen. Die Endpartie 12 ist bei 22 mit verminderter Wandstärke ausgebildet und durch Aufschrumpfen mit einem hohlen metallischen Ansatz 24 verbunden, der an seinem Oberteil eine runde Ausnehmung 26 aufweist, in welchen der Isolierwulst 28 einer Zündnadel eingesetzt ist. Der Kanal 30 im Ansatz 24 ist von der mit Schwarzpulver gefüllten Nadel 32 durchsetzt. Ein elektrischer Glühdraht ist durch den Isolierwulst 28 hindurch mit einem Leiter 36 verbunden, während sein anderes Ende bei 38 an die leitende Wand der Nadel 32 angeschlossen ist. Der am Umfang des Ansatzes 24 befestigte Leiter 37 dient zusammen mit dem Deckel 24, der in Kontakt mit der metallischen Wand der Nadel 32 steht, zum Vervollständigen des Heizstromkreises für den Glühdraht 34.

Das untere Ende 40 der Nadel 32 durchstößt den Deckel 14. Das Innere 42 der Hülse 10 ist mit Pentrit gefüllt, das unter geringer Belastung (einige hundert Kilogramm) in einem vom Ende 16 zum Ende 12 verlaufenden Sinn komprimiert wurde. Die Körnung des Sprengstoffes wird bestimmt durch die Sichtung mit Hilfe von zwei Sieben mit Maschenweiten von 300 bzw. 150 μ. Die untere Partie 16 des Rohres 10 ist mit verdünnter Wandstärke ausgebildet. Auf dieser Partie 44 sitzt ein zylindrischer Ansatz 46, in dem innerhalb eines Sitzes 47 eine Nylonschraube 48 in axialer Richtung eingesetzt ist. Andererseits ist dieser Ansatz 46 quer durch eine öffnung 50 durchstoßen, in die eine Knallzündschnur 52 eingeführt und zwischen der Basis des Ansatzes 46 und der Schraube 48 eingeklemmt ist.

Wird zwischen die Enden der Leiter 36 und 37 eine angemessene elektrische Spannung angelegt, erhitzt sich der Glühdraht 34, womit sich das Schwarzpulver entzündet und eine Flamme ziemlich tief in das Pentrit durchschlägt, das sich in pulverförmigem Zustand in der Nachbarschaft der Zündnadel 32 befindet. Diese Flamme bewirkt vorerst ein Verbrennen des Pentrits. Weil aber die Wände der Hülse 10 eine beträchtliche Dicke aufweisen, ist eine angemessene Abschließung sichergestellt, und in dem Maß, wie die Verbrennung innerhalb der Hülse 10 fortschreitet, wandelt sie sich zunehmend in ein schnelles Abbrennen und dann in eine Detonation, die dann eintritt, wenn sich geeignete Temperatur- und Druckbedingungen vereinigen.

Es wurden systematische Messungen mit einer Zündkapsel ausgeführt, die eine ähnliche Ausbildung aufwies wie die in F i g. 1 dargestellte Anordnung. Unter Verwendung von verschiedenen, besonders empfindlichen Sprengstoffen, d. h. solchen mit »Reaktionszonenlängen« unterhalb 3 mm, wie z. B. Pentrit, Hexogen und Tetryl, sowie unter Variieren des Innendurchmessers der jeweils benutzten Hülse 10 wurde experimentell der kritische Durchmesserwert — im wesentlichen etwa 8 mm — bestimmt, unterhalb dessen eine Detonationserscheinung sich schlecht produzierte. Hierauf wurde fortschreitend die Länge der Hülse 10 so weit verkürzt, bis keine Detonation eintrat. Es wurde so die kritische Länge bestimmt, die im wesentlichen zu etwa 37 mm ermittelt wurde. Selbstverständlich handelt es sich bei diesen Zahlen um Größenordnungen, die nur bis auf einige 10°/» genau sind, und man würde auch ein noch annehmbares Funktionieren erhalten bei geringem Vermindern des Innendurchmessers der Hülse, während andererseits die Länge vergrößert würde. In der Praxis bieten einzig Zünder geringer Abmessungen ein Interesse und gerade auf Grund ihrer durchaus annehmbaren Größe lassen sich erfmdungsgemäße Zünder vorteilhaft bei der Erdölgewinnung benutzen.

Allerdings hat man auch danach getrachtet, sekundäre Sprengstoffe mittlerer Empfindlichkeit zu benutzen, und zwar solche mit Reaktionszonenlängen oberhalb von 3 mm. Nach den mit Hexogen, Pentrit und Tetryl erhaltenen günstigen Ergebnissen sind so jedoch ungünstige Resultate mit Hexyl, Tolit und Melinit erhalten worden, und dies selbst bei Verwendung von Hülsen mit einem erheblich größeren Durchmesser als 8 mm. Natürlich würden wahrscheinlich mit Hülsen eines Innendurchmessers von mehreren Zentimetern und angemessener Wandstärke günstige Ergebnisse erhalten werden, doch bieten solche Zünder in Anbetracht ihrer großen Abmessungen kein Interesse.

Es wurde weiter die Körnung und die Verdichtung verschiedener, mit Rücksicht auf ihr gutes Verhalten beibehaltener Explosivstoffe variiert. Bei Benutzung von zwei Sieben mit Maschenweiten ober-

halb 300 μ bzw. unterhalb 150 μ zur Sichtung der Sprengstoffkörner nach ihrer Größe wurde ein nicht vernachlässigbarer Prozentsatz von Versagern erhalten, während andererseits ein sicheres Funktionieren bei Verwendung von zwei Sieben mit Maschenweiten zwischen 300 und 150 μ resultierte. Desgleichen wird bei Steigern der auf den Sprengstoff ausgeübten Verdichtungsdrücke über einige hundert Kilogramm hinaus verunmöglicht, daß die Flamme genügend in die Sprengstoffmasse eindringen kann, was ebenfalls Versager verursacht.

Unter der Wirkung der Detonation des den Raum 42 innerhalb des Rohres 10 ausfüllenden Pentrits wird bei einer Zünderausführung nach F i g. 1 der konische Einsatz bzw. Auskleidung 18 zusammenfallen und so unter Verbesserung der Arbeitsweise des Zünders ein mit gesteigerter Sicherheit erfolgendes Initiieren der Knallzündschnur 52 herbeiführen. Ein derart gegen Stöße unempfindlicher Zünder kann mit Vorteil in abgedichteten, rückholbaren Perforiervorrichtungen benutzt werden, allerdings jedoch nur in Bohrlöchern geringerer Tiefe, weil Pentrit nur bei Temperaturen unterhalb 120° C einwandfrei funktioniert. Zur Verwendung in größerer Tiefe wird zweckmäßig Hexogen benutzt, das bis 180° C zuläßt. Wie an und für sich bekannt, kann im Ansatz 24 auch eine öffnung 25 vorgesehen sein, die den Kanal 30 des Zünders mit dem Innenraum der Perforiervorrichtung verbindet. Wenn dann ein unerwünschtes Eindringen von unter Druck stehenden und das Bohrloch ausfüllenden Flüssigkeiten in die abgedichtete Perforiervorrichtung stattfinden sollte, wird der Zünder überflutet und hiermit ein unerwünschtes Abfeuern verhindert.

Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zünders ist in F i g. 2 veranschaulicht. Es ist eine Stahlhülse 54 vorhanden, deren Wände eine Stärke von 3 mm aufweisen. Die Hülse enthält eine Kammer, mit Hexogen gefüllt, 42, wobei der Sprengstoff hinsichtlich Körnung und Verdichtung dem vorhergehenden Beispiel entspricht. Eine dünnwandige Hülle 56 ist mit einer aluminothermischen Mischung 58 gefüllt. Weiter ist ein elektrischer Glühdraht 60 vorhanden, der über Leiter 62 und 64 durch die Glasperlen 66 und 68 hindurch an eine äußere Stromquelle angeschlossen werden kann. Am Zünderkopf sind die Leiter 62 und 64 vom Isolierwulst 69 gehalten. Die Hülle 56 ist an einem Verschlußteil 70 befestigt, der sich auf einer Schulter 72 abstützt, die sich auf der Innenseite der Hülse 54 befindet. Der Verschlußteil 70 ist durch Schweißung bei 74 mit der Innenseite der Wand 76 der Hülse 54 verbunden, die in diesem Bereich eine verkleinerte Wandstärke aufweist. Auf der Unterseite des von Hexogen ausgefüllten Raumes 42 befindet sich ein Boden 78 von ungefähr 1 mm Dicke. Jenseits des Bodens 78 endigt das Rohr 54 in einen hohlen Ansatz, dessen Außenfläche mit Rillen versehen ist, die zusammen mit dem elastischen Dichtungswulst82 dazu dienen, das Ende einer Zündschnur 84 in Berührung mit dem Boden 78 zu halten. Das in der Hülle 56 enthaltene aluminothermische Pulver weist bemerkenswerte Sicherheitseigenschaften gegenüber statischen Ladungen, parasitären Strömen und unter Druck stehenden heißen Gasen auf, und der an der Hülse 54 angeschweißte Verschlußteil gewährleistet zusammen mit den Glasperlen 66 und 68 eine totale Abdichtung gegenüber den die Bohrlöcher ausfüllenden und unter Druck stehenden Medien, insbesondere auch gegenüber Gasen. Unter diesen Verhältnissen läßt innerhalb eines dichten Behälters die Kombination einer mit aluminothermischen Pulvermischung gefüllten Hülle 56 und einer mit Hexogen gefüllten Hülse 54 von geeignetem Innendurchmesser und geeigneter Länge einen Sicherheitszünder verwirklichen, der unempfindlich ist gegenüber Stoßen, und darüber hinaus auch unempfindlich ist gegen statische Ladungen, parasitäre Ströme und unter Druck stehende heiße Gase.

Es sei ausdrücklich festgehalten, daß die Erfindung nicht auf die geschilderten Ausführungsformen beschränkt ist, die einzig als Beispiel wiedergegeben wurden, die aber vielmehr im Rahmen der Erfindung mannigfachen Abänderungen unterliegen können.

So kann — sowohl bei Benutzung einer Zündnadel wie eines Zündsatzes aus aluminothermischem Pulver — an Stelle von Hexogen oder Pentrit auch Tetryl benutzt werden. Wie Pentrit läßt aber auch Tetryl die, Verwendung solcher Zünder nur bei Temperaturen unterhalb 120° C zu, was Bohrlöchern geringer Tiefe entspricht.

Es ist auch möglich, die Sprengstoffmasse auf andere Weise mit der Sprengschnur in Berührung zu bringen, so können — beispielsweise zum Entzünden von explosiven Ladungen für das Deblockieren von Bohrstangen — die Enden verschiedener, solche Ladungen bildender Sprengschnüre parallel um den Körper eines erfindungsgemäßen Zünders zusammengefaßt werden.

Weiter können an Stelle von Preß- oder Schweißverbindungen auch andere Mittel zum gegenseitigen Befestigen der verschiedenen Elemente eines erfindungsgemäßen Zünders verwendet werden.

Vorstehend werden unter den Bezeichnungen Hexogen, Tetryl und Pentrit die Sprengstoffe Cyclotrimethylentrinitramin, Trinitrophenylmethylnitramin bzw. Pentaerythrittetranitrat verstanden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Brückenzünder, bestehend aus einer metallischen, bodenverschlossenen Hülse, in der ein Sekundärzündsatz derart eingebracht ist, daß der bodennahe Teil stark verdichtet ist, während der zündnahe Teil als lockeres Pulver vorliegt, und in der ferner um die Glühdrahtbrücke ein Zündsatz auf der Basis Schwarzpulver oder aluminothermisches Gemisch in Kontakt mit dem Sekundärsatz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Stahl bestehende Zünderhülse (10) eine Länge von 33,5 bis 40,5 mm, einen Innendurchmesser von 7 bis 9 mm und eine Wandstärke von 2,5 bis 3,5 mm hat und daß der Sekundärsprengstoff aus Pentaerythrittetranitrat, Cyclotrimethylentrinitramin oder Trinitrophenyhnethyhiitramin mit einer Korngröße von 150 bis 300 μ besteht, und daß der bodennahe Teil des Sekundärsatzes mit einem Druck von weniger als einige hundert Kilogramm verdichtet ist.

2. Elektrischer Brückenzünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Zündsatzes eine Entlüftungsöffnung (25) in dem Verschlußteil (24) der Hülse (10) vorgesehen ist.

3. Elektrischer Brückenzünder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Hülse (10) eben (78) oder nach Art einer Hohlladung (16) ausgestaltet ist.

4. Elektrischer Brückenzünder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

halb des Bodens (78) mit einem hohlen Einsatz (80) zur Aufnahme einer zu initiierenden Zündschnur versehen ist.

die Hülse (10) in an sich bekannter Weise unter- 1 078 920.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 072 170,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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