DE1274539B

DE1274539B - Device for breaking up an earth formation surrounding a borehole at depth

Info

Publication number: DE1274539B
Application number: DER43268A
Authority: DE
Inventors: Boris M Belyaev; Vyacheslav N Krylov; Stanislav I Nikolaev; Efim M Vitseny; Jury P Zheltov
Original assignee: RAMENSKOE OTDEL VNII GEOFIZ
Current assignee: RAMENSKOE OTDEL VNII GEOFIZ
Priority date: 1966-05-13
Filing date: 1966-05-13
Publication date: 1968-08-08

Description

Vorrichtung zum Aufbrechen einer ein Bohrloch in der Tiefe umgebenden Erdformation Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbrechen einer ein Bohrloch in der Tiefe umgebenden Erdformation mit einem an einem Kabel in das Bohrloch absenkbaren Gehäuse, das eine Hohlladung für ein ummanteltes Geschoß enthält, welches nach dem Abschuß an erwünschter Stelle eine bevorzugte, richtungsgebende Spaltfläche in der Erdformation erzeugt.Device for breaking a hole surrounding a borehole at depth Earth Formation The present invention relates to a device for fracturing an earth formation surrounding a borehole at depth with one on a cable Housing which can be lowered into the borehole and which has a shaped charge for a jacketed projectile contains, which after the launch at the desired point a preferred, directional Fissure surface created in the earth formation.

Vorrichtungen zum Aufbrechen einer ein Bohrloch in der Tiefe umgebenden Erdforination, bei denen in an einem Kabel ins Bohrloch absenkbaren Gehäuse eine mit Pulverladung versehene Kammer angeordnet ist, sind bekannt.Devices for breaking a hole surrounding a borehole at depth Erdforination, in which a housing that can be lowered into the borehole on a cable has a is arranged provided with powder charge chamber are known.

Derartige Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sie zum Aufbrechen einer in der Tiefe eines Bohrloches befindlichen Erdformation erst dann angewandt werden können, wenn in den Bohrlochwänden vorher Öffnungen aufgebrochen worden sind, da die Zeit der Einwirkung des Hochdruckes auf das Gestein zu gering ist, um ein zuverlässiges Aufbrechen der Schicht zu erzielen. Auch können mit derartigen Vorrichtungen nicht Bildungen von richtungsgebenden Spaltflächen an beliebiger erwünschter Stelle des Bohrloches erzielt werden, da der durch die Pulverdämpfe erzeugte Druck überall gleichmäßig auf die umgebende Erdformation einwirkt und eine Bildung von Spaltflächen gleichzeitig willkürlich an verschiedenen Stellen, -insbesondere an den übergangsstellen zwischen verschiedenartigen Schichten der Erdformation auftreten kann, wodurch keine gesteuerte Bildung von richtungsgebenden Spaltflächen von ausreichender Länge an den erforderlichen erwünschten Stellen möglich ist.Such devices have the disadvantage that they have to be broken open an earth formation located in the depth of a borehole is only then applied if openings have been broken in the borehole walls beforehand, since the time of the action of the high pressure on the rock is too short to a to achieve reliable breaking of the layer. Such devices can also be used no formation of directional cleavage surfaces at any desired point of the borehole can be achieved because the pressure generated by the powder vapors is everywhere acts evenly on the surrounding earth formation and the formation of cleavage surfaces at the same time arbitrarily in different places, especially at the transition points can occur between different layers of the earth formation, whereby none controlled formation of directional cleavage surfaces of sufficient length the required desired positions is possible.

Es sind auch Vorrichtungen zum Aufbrechen einer ein Bohrloch - in der Tiefe umgebenden Erdformation bekannt, die einen an einem Kabel ins Bohrloch abzusenkenden Ladungsträger mit einer richtungsgebundenen Hohlladung aufweisen, die in der Erdformation eine Spaltfläche bildet, die durch übertragung des Explosionsdruckes auf eine in das Bohrloch mittels Pumpeinrichtungen eingebrachte Flüssigkeit durch diese aufgeweitet wird.There are also facilities for breaking a a borehole - in depth surrounding earth formation are known which have a be lowered at a cable into the borehole charge carriers with a directional shaped charge which forms a gap area in the earth formation, which by transmission of the explosion pressure to a into the well liquid introduced by means of pumping devices is expanded by these.

Eine derartige Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß die Verwendung derartiger zusätzlicher Pumpeinrichtungen und einer in das Bohrloch einzubringenden Füllflüssigkeit kompliziert, zeitraubend und kostspielig ist und daß es nicht möglich ist, beim Aufbrechen der Erdformation die Bildung einer richtungsgebundenen Spaltfläche von ausreichender Länge an den erwünschten erforderlichen Stellen zu erzielen, da der Druck durch die Flüssigkeit gleichmäßig auf die das Bohrloch umgebende Erdformation übertragen wird und eine Spaltenbildung an den schwächeren übergangsstellen zwischen den Schichten an willkürlicher unerwünschter Stelle entsteht.However, such an arrangement has the disadvantage that the use such additional pumping means and one to be installed in the wellbore Fill fluid is complicated, time consuming and costly and that it is not possible is, when the earth formation breaks up, the formation of a directional cleavage surface to achieve sufficient length in the desired required places, since the pressure exerted by the fluid evenly on the earth formation surrounding the borehole is transmitted and a crevice at the weaker transition points between arises in the layers at an arbitrary undesired location.

# Der Zweck der, Erfindung besteht darin, diese Mängel zu beseitigen.# The purpose of the invention is to remedy these shortcomings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufbrechen einer in der Tiefe ein Bohrloch umgebenden Erdformation zu schaffen, die ein vorheriges Aufbrechen der Bohrlochwände mittels Pulvergasen zur Bildung richtungsgebender Spaltflächen an erwünschter bestimmter Stelle des Bohrloches sowie anschließend die Erzeugung einer Hochdruckzone für ein zuverlässiges Aufweiten der bereits aufgebrochenen Spalte in der Erdformation gewährleistet.The invention is based on the object of a device for breaking open to create an earth formation surrounding a borehole in the depths that a previous Breaking up the borehole walls using powder gases to form directional cleavage surfaces at the desired specific point of the borehole and then the generation a high pressure zone for a reliable widening of the already broken gap guaranteed in the earth formation.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine zweite Ladung als zumindest in einer der Kammern des Gehäuses befindliche Pulverladung mit zum Zünder der Hohlladung führenden Verbindungskanälen vorgesehen ist und diese zweite, als Pulverladung vorgesehene Ladung über einen Verzögerungszündsatz zum Aufweiten der durch die erste Hohlladung aufgebrochenen Erdschicht ausgelöst wird.This object is achieved in that a second charge as at least Powder charge located in one of the chambers of the housing with the igniter of the hollow charge leading connection channels is provided and this second, provided as a powder charge Charge via a delay primer to widen the through the first shaped charge in the broken layer of earth is triggered.

Der Verzögerungszündsatz kann als elektrischer Verzögerungszünder vorgesehen sein.The delay detonator can be used as an electrical delay detonator be provided.

Eine günstige Lösung dieser Aufgabe kann man erzielen, wenn der Verzögerungszündsatz aus einer Zündkapsel und einem unter der Einwirkung der Explosionswelle des Geschosses der Hohlladung und des hydrostatischen Druckes auf die Zündkapsel aufschlagenden Schlagbolzen besteht.A favorable solution to this problem can be achieved if the delay primer from a detonator and one under the action of the projectile's explosion wave the shaped charge and the hydrostatic pressure hitting the primer Firing pin consists.

Der Verzögerungszündsatz kann aus einer von der Flamme der Hohlladung zur Explosion bringbaren, eine verzögernde Wirkung aufweisenden Zündkapsel bestehen.The delay primer can consist of one of the flame of the shaped charge can be made to explode and have a retarding effect.

Die erfindungsgemäße Verwendung einer im gleichen Gehäuse befindlichen und gleichzeitig auslösbaren, jedoch mit Verzögerung zündenden Hohlladung in einem Hohlladungsträger und von in Kammern befindlichen Pulverladungen ergibt den Vorteil, daß die das Bohrloch in der Tiefe umgebende Erdformation richtungsgebunden an erwünschter Stelle durch die Hohlladung mittels Bildung von richtungsgebenden Spaltflächen für eine anschließend erfolgende Aufweitung derselben durch die verzögert gezündete Pulverladung aufgebrochen werden kann, wobei die Sprengwirkung der Hohlladung bereits die Aufweitwirkung unterstützt und die Gesteinsformation in ihrer Struktur schwächt.The inventive use of a located in the same housing and at the same time triggerable, but with delay igniting shaped charge in one Hollow charge carriers and powder charges located in chambers have the advantage of that the earth formation surrounding the borehole at depth is directional at a more desirable level Place through the shaped charge by forming directional cleavage surfaces for a subsequent expansion of the same due to the delayed ignition Powder charge can be broken up, with the explosive effect of the shaped charge already supports the expansion effect and weakens the structure of the rock formation.

Durch die erfindungsgemäß kombinierte Verwendung einer Hohlladung mit einer durch Verzögerungszündsätze zündbaren Pulverladung wird es ermöglicht, die Durchführung der gesamten Aufbrecharbeit erheblich zu vereinfachen und abzukürzen, da diese in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden kann. Gleichzeitig wird die Wirtschaftlichkeit wesentlich gesteigert, da zusätzliche Einrichtungen wie Pumpen oder Füllflüssigkeit entbehrlich werden.Due to the combined use of a shaped charge according to the invention With a powder charge that can be ignited by delay detonators, it is possible to to considerably simplify and shorten the implementation of the entire break-up work, as this can be done in a single operation. At the same time will the profitability is significantly increased, as additional facilities such as pumps or filling liquid can be dispensed with.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Vorrichtung zum Aufbrechen einer ein Bohrloch umgebenden Erdschicht mit einem elektrischen Verzögerungszünder in Seitenansicht, teils im Schnitt, F i g. 2 einen Verzögerungszünder im Querschnitt, F i g. 3 einen weiteren Verzögerungszünder im Querschnitt.Several exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows the device for breaking up a layer of earth surrounding a borehole with an electric delay detonator in a side view, partly in section, FIG. 2 shows a delay detonator in cross section, FIG. 3 shows a further delay detonator in cross section.

Gemäß F i g. 1 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Gehäuse 1 auf, das an einem Kabel 2 ins Bohrloch abgesenkt wird. Im Gehäuse 1 sind mit Pulverladung 4 gefüllte Kammern 3 angeordnet.According to FIG. 1 , the device according to the invention has a housing 1 which is lowered into the borehole on a cable 2. In the housing 1 are arranged with powder charge 4-filled chambers. 3

Im Gehäuse 1 kann auch nur eine mit Pulverladung 4 gefüllte Kammer 3 angeordnet werden. Only one chamber 3 filled with powder charge 4 can also be arranged in the housing 1.

Am Gehäuse 1 ist ein an das Kabel 2 angeschlossener Hohlladungsträger 5 befestigt. Im Hohlladungsträger 5 sind Hohlladungen 6 und eine Zündschnur 7 mit elektrischem Zünder 8 angeordnet. Die Hohlladungen 6 sind spiralförmig im rechten Winkel zueinander angeordnet.A shaped charge carrier 5 connected to the cable 2 is attached to the housing 1 . Shaped charges 6 and a detonating cord 7 with an electric detonator 8 are arranged in the hollow charge carrier 5. The shaped charges 6 are arranged in a spiral shape at right angles to one another.

Die Hohlladungen 6 können auch in einer Ebene angeordnet werden.The shaped charges 6 can also be arranged in one plane.

Die gegenüber den Hohlladungen 6 befindlichen Öffnungen des Hohlladungsträgers 5 sind mit einem durch eine Metallscheibe 10 abgestützten Gummipfropfen 9 verschlossen.The openings of the hollow charge carrier 5 located opposite the hollow charges 6 are closed with a rubber stopper 9 supported by a metal disk 10 .

An jeweils einer der Stirnseiten der Kammer 3 ist ein übergangsstück 11 vorgesehen, das mit einer in axialer Richtung verlaufenden Öffnung für ein Ausströmen von Pulvergasen sowie mit stufenförmig gestalteten, mit einem sich auf eine Metallscheibe 13 stützenden Gummipfropfen 12 verschlossenen-Seiten-Öffnungen ausgestattet ist.At one of the end faces of the chamber 3 , a transition piece 11 is provided, which is equipped with an opening running in the axial direction for the outflow of powder gases and with step-shaped side openings closed with a rubber stopper 12 supported on a metal disk 13.

Zur Regelung der Zündung der nacheinander erfolgenden Explosionen von Hohlladungen 6 und Pulverladungen 4 in den Kammern 3 sind in den Kappen 14 als elektrische Verzögerungszünder 15 gestaltete und an das Kabel 2 mittels eines Zünddrahtes 16 angeschlossene Verzögerer angeordnet. Die Kappe 14 weist eine für das Kabel 2 vorgesehene Öffnung auf, die den Zünder 8 mit dem Zünddraht 16 verbindet.To control the ignition of the successive explosions of shaped charges 6 and powder charges 4 in the chambers 3 , retarders configured as electrical delay detonators 15 and connected to the cable 2 by means of an ignition wire 16 are arranged in the caps 14. The cap 14 has an opening provided for the cable 2 which connects the igniter 8 to the ignition wire 16 .

In den anderen Ausführungsbeispielen ist der Hohlladungsträger 5 mit den mit Pulverladungen 4 versehenen Kammern 3, wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, durch in den Kappen 14' befindliche Verbindungskanäle 17 verbunden. In diesen Kappen sind Verzögerungszündsätze zur Regelung der Zündung der nacheinander erfolgenden Explosion von Hohlladungen 6 und Pulverladungen 4 angeordnet.In the other exemplary embodiments, the hollow charge carrier 5 is provided with the chambers 3 provided with powder charges 4, as shown in FIG. 2 and 3 , connected by connecting channels 17 located in the caps 14 '. Delayed ignition charges for regulating the ignition of the successive explosions of hollow charges 6 and powder charges 4 are arranged in these caps.

Der in der F i g. 2 dargestellte Verzögerungszündsatz besteht aus einer Zündkapsel 18 mit einem Schlagbolzen 19. The one shown in FIG. 2 consists of a detonator 18 with a firing pin 19.

Der in F i g. 3 dargestellte Verzögerungszündsatz besteht aus einer Zündkapsel 20.The in F i g. 3 consists of a primer 20.

Die Wirkungsweise der aus F i g. 1 ersichtlichen Vorrichtung ist folgende: Nach dem Absenken der zum Aufbrechen der Erdformation dienenden Vorrichtung in das Bohrloch wird über die stromführende Seele des Kabels 2 dem elektrischen Zünder 8 und dem elektrischen Verzögerungszündsatz 15 ein elektrischer Impuls zugeleitet.The mode of operation of the from FIG. 1 is the following device: After the device used to break up the earth formation has been lowered into the borehole, an electrical pulse is fed to the electric detonator 8 and the electric delay detonator 15 via the current-carrying core of the cable 2.

über die Zündschnur 7 leitet der elektrische Zünder 8 die Zündung der Hohlladungen 6 ein. Die bei der Explosion der Hohlladungen 6 entstehenden Strahlen strömen aus den Öffnungen des Trägers 5 aus, durchschlagen die Futterrohre des Bohrloches dringen in die Erdformation ein und sichern damit ein gerichtetes Aufbrechen der Formation durch Pulvergase.The electric igniter 8 initiates the ignition of the shaped charges 6 via the detonating cord 7 . The rays produced during the explosion of the shaped charges 6 flow out of the openings of the carrier 5 , penetrate the casing of the borehole, penetrate into the earth formation and thus ensure a directional breakup of the formation by powder gases.

In einer gewissen Zeit nach dem Durchschießen der Futterrohre zündet der elektrische Verzögerungszündsatz 15 die Pulverladungen 4. Die beim Verbrennen der Pulverladungen 4 entstehenden Gase strömen durch Öffnungen im übergangsstück 11 in das Bohrloch ein und erzeugen in der Sprengzone einen Hochdruck, wodurch ein Aufweiten de r in der Erdformation gebildeten Spaltflächen durch Pulvergase bewirkt wird.In a certain time after the casing has been shot through, the electrical delay primer 15 ignites the powder charges 4. The gases produced when the powder charges 4 are burned flow into the borehole through openings in the transition piece 11 and generate high pressure in the blasting zone, which causes the in The crevices formed by the earth formation are caused by powder gases.

Das Entzünden von Pulverladungen 4 durch den elektrischen Verzögerungszündsatz 15 kann auch mit einer etwas längeren Zeitverzögerung erfolgen.The ignition of powder charges 4 by the electrical delay primer 15 can also take place with a somewhat longer time delay.

Bei der Verwendung des in F i g. 2 dargestellten Verzögerungszündsatzes zur Regelung der Zündung der nacheinander erfolgenden Explosion von Hohlladungen 6 und den Pulverladungen 4 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende besondere Wirkungsweise auf: Unter der Einwirkung der Explosionswelle der Hohlladungen 6 und des hydrostatischen Druckes schlägt der Schlagbolzen 19 auf die Zündkapsel 18 auf, die die Pulverladungen 4 entzündet.When using the in F i g. 2, for controlling the ignition of the successive explosion of shaped charges 6 and the powder charges 4, the device according to the invention has the following special mode of operation: Under the action of the explosion wave of the shaped charges 6 and the hydrostatic pressure, the firing pin 19 strikes the detonator 18 , which the powder charges 4 ignited.

Bei der Verwendung des in der F i g. 3 dargestellten Verzögerungszündsatzes zur Regelung der Zündung der nacheinander erfolgenden Explosion von Hohlladungen 6 und den Pulverladungen 4 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende Besonderheiten auf: Die Flamme der Hohlladungen 6 bringt die eine verzögernde Wirkung aufweisende Zündkapsel 20 zur Explosion, die die Pulverladungen 4 zündet.When using the in FIG. 3 to control the ignition of the successive explosion of shaped charges 6 and the powder charges 4, the device according to the invention has the following special features: The flame of the shaped charges 6 causes the detonator 20, which has a delaying effect, to explode, which ignites the powder charges 4.

Claims

Claims: 1. Device for breaking up an earth formation surrounding a borehole in the depths with a housing which can be lowered into the borehole on a cable and which contains a shaped charge for a jacketed projectile, which after launching at a desired location provides a preferred, directional cleavage area in the earth formation generated, characterized in that a second charge is provided as a powder charge (14) located in at least one of the chambers of the housing (3) with connecting channels (17) leading to the igniter of the hollow charge and this second charge, provided as a powder charge, is expanded via a delay primer which is triggered by the first shaped charge broken up by the layer of earth.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the delay detonator is provided as an electrical delay detonator (15) . 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the delay primer consists of a detonator (18) and a firing pin (19) striking the detonator under the action of the explosion wave of the projectile of the hollow charge (6) and the hydrostatic pressure. 4. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the delay ignition charge consists of a detonator (20) which can be detonated by the flame of the hollow charge (6) and has a delaying effect. Contemplated publications: USA. Patents No. 2988143, 2837027..