DE2345663C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbrechen von Erdformationen mittels einer Sprengstoffladung - Google Patents

Description

Ausgehend von diesem nach dem Stande der Tech nik bekannten Verfahren liegt der Erfindung die Aufga be zugrunde, das Aufbrechen der Bohrlochwandunger in einem genau gezieltsn Niveau und mit sehr große!

intensität zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend vom Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß die Sprengstoffladung mindestens an zwei in Längsrichtung des Bohrloches mit ALstand zueinander angeordneten Stellen gleichzeitig gezündet wird, wobei die sich ausbildenden Detonationswellen beim Aufeinanderprall in der Mitte zwischen zwei Zündstellen einen Staudruck erzeugen, welcher zum Aufbrechen der Formation ausgenutzt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die in der Mitte der langgestreckten Sprengstoffladung akkumulierte Energie auf eine einzige Spaltebene konzentriert wird, deren Lage genau vorherbestimmbar ist. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können also auch verhältnismäßig dünne Speicherschichtcn genau gezielt aufgebrochen werden. Die nach oben und unten entweichende Energie ist wesentlich geringer, als beim vorbekannten Verfahren, so daß Beschädigungen der Bohrlochwandung oder von Erdformationen in nicht beabsichtigten Bereichen vermieden werden.

Zur Erzielung einer möglichst dichten und kompakten Sprengstoffladung wird beim Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise ein flüssiger oder pulverförmiger Sprengstoff für die Sprengstoffladung verwendet.

Zur Erhöhung der Sprengwirkung und um nach dem Sprengen sogleich eine für eine eventuelle hydraulische Nachbehandlung der aufgebrochenen Formation geeignete Flüssigkeit zur Verfügung zu haben, wird die Sprengstoffladung in einer Laugenlösung angeordnet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die durch die Sprengung aufgebrochenen Schichten anschließend einem hydraulischen Druck ausgesetzt und mit einem Stützmittel gefüllt. Diese hydraulische Nachbehandlung, die dem oben erläuterten hydraulischen Schichtsprengverfahren ähnlich ist, läßt sich mit erheblich niedrigeren Drücken und deshalb mit weniger aufwendigen Pumpaggregaten durchführen als das herkömmliche hydraulische Schichtsprengverfahren, weil die Schichten durch die vorangegangene Sprengung bereits aufgespalten und aufgelockert sind. Die durch die Sprengung erzeugten Spalten und Klüfte brauchen also nur aufgeweitet zu werden und mit Stützmittel gefüllt zu werden. Wegen der durch die Sprengung bereits aufgerissenen Schichten erübrigt sich bei dieser hydraulischen Nachbehandlung auch der Ein- und Ausbau von Packern, der sehr arbeitsaufwendig ist.

Die Erfindung hat weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens zum Gegenstand, die aus mindestens einer ein Bohrloch zumindest teilweise ausfüllenden, in Längsrichtung des Bohrloches angeordneten Sprengstoffladung mit mindetens einer elektrisch zündbaren Sprengkapsel besteht und gekennzeichnet ist durch zwei oder mehr mit Abstand zueinander angeordnete, durch Verbindungsmittel verbundene Sprengkapseln, wobei zwischen je zwei Sprengkapseln die Sprengstoffladungen angeordnet sind.

Bei dieser Vorrichtung sind zweckmäßig die Zündflächen je zweier einander gegenüberliegender Sprengkapseln zur Erhöhung dei lokalen Energiekonzentration gegeneinandergerichtet und jeweils am offenen Ende einer sonst allseitig geschlossenen Sprengkapselhülse angeordnet. Eine solche Sprengstoffladung kann ^ft5 auf einfache Weise außerhalb des Bohrloches vorgefertigt werden und mittels einer Seilwinde in das Bohrloch pinuehänet werden.

Falls die Vorrichtung zur Erzeugung von Rissen in zwei mit Abstand zueinander angeordneten Ebenen verwendet werden soll, ist weiterhin vorgesehen, daß an beiden Enden der Sprengstoffladungen Sprengkapseln mit gegeneinandergerichteten Zündflächen angeordnet sind und zwischen diesen Sprengkapseln eine Zwillingssprengkapsel mit zwei in entgegengesetzten Richtungen weisenden Züudflächen angeordnet ist.

Zweckmäßig haben weiterhin die Sprengstoffladung selbst und/oder ein die Sprengstoffladung enthaltender Behälter eine die Energiekonzentration steigernde Form.

Um ein Versagen des Sprengsatzes mit großer Wahrscheinlichkeit zu vermeiden, ist weiterhin vorgesehen, daß jede Sprengkapsel mit zwei parallelgeschalteten elektrischen Zündern versehen ist, deren Zündleitung doppeladrig ausgeführt ist. Hierdurch wird der Sprengsatz auch bei Ausfall eines elektrischen Zünders oder bei Bruch einer der Stromzuführungen mit Sicherheit richtig gezündet.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 einen Schnitt durch die Sprengstoffladung im Bereich der oberen Sprengkapsel,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Sprengstoffladung im Bereich der unteren Sprengkapsel und

Fig.3 einen Schnitt durch eine in der Mitte der Sprengstoffladung angeordnete Zwillingssprengkapsel zeigen.

In F i g. i ist eine aus zwei Adern bestehende Zündleitung mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die beiden Adern dieser Zündleitung 1 sind an ein Polpaar 3 einer Zündleitung angeschlossen, die am Bohrlochmund über der Erdoberfläche angeordnet ist. Die beiden Adern der Zündleitung 1 verlaufen gemeinsam mit einer Nulleitung 0 in einem Kabel, das zu der Sprengstoffladung führt.

Die Sprengstoffladung weist eine untere Hülse 4, eine in der Mitte angeordnete Zwillingshülse 5 und eine obere Hülse 6 auf, die durch in kegelförmigen Haltehülsen 7 eingekeilte Drahtseile 8 zusammengehalten werden. Länge und Durchmesser dieser Drahtseile 8 sind vom Gewicht und der Abmessung der Sprengstoffladung abhängig.

In die Hülse 4, 5 und 6 sind Sprengkapseln 9 fest eingebaut, die mittels Halteelementen 10 am inneren Ende der jeweiligen Hülse von einem Querträger 12 festgehalten werden. Durch die Halteelemente 10 treten elektrische AnschlulJzapfen 14 hindurch, an deren inneren Enden über Verbindungsdrähte 15 je Sprengkapsel 9 zwei elektrische Zünder 2 angeschlossen sind und an deren äußeren Enden die Adern der Zündleitung 1 einerseits und der Nulleiter andererseits angeschlossen sind.

Die untere Hülse 4, die Zwillingshülse 5 und die obere Hülse 6 werden vor dem Einlassen in das Bohrloch zusammengebaut, wobei zwischen die einzelnen Hülsen 4, 5 und 6 den Sprengstoff enthaltende Preßkörper eingesetzt werden.

Die Sprengkapseln 9 enthalten in ihrem Innenraum 13 einen Initalsprengstoff, in den die elektrischen Zünder 2 eingebettet sind, und weisen an ihren am Preßkörper 17 anliegenden Ende eine Zündfläche 18 auf. Zwischen den Sprengkapseln 9 und den Hülsen 4, bzw. 6 ist jeweils ein Ringraum 16 vorhanden, der die die einzelnen Sprengkapseln 9 verbindenden Zündleitungen 1 bzw. den Nulleiter aufnimmt.

Die gesamte Anordnung wird von einer dünnwandigen Hülle umschlossen, die insgesamt an einem in das Bohrloch eingehängten Rohr 22 aufgehängt ist.

Bei Zündung der dargestellten Sprengstoffladung wird eine Zündspannung an das Polpaar 3 gegen den Nulleiter gelegt, wodurch sämtliche Zünder 2 gleichzeitig gezündet werden. Diese Zünder 2 zünden zunächst den in den Räumen 13 der Sprengkapseln 9 befindlichen Initialsprengstoff. Diese Zündung erfolgt selbst dann richtig, wenn eine Ader der Zündleitung 1 gebrochen sein sollte oder einer der Zünder ausfällt. In diesem Falle wird nämlich die Zündspannung über die andere Ader der Zündleitung 1 zugeführt bzw. es zündet jeweils mindestens einer der beiden in einer Sprengkapsel 9 enthaltenen Zünder 2.

Bei der Detonation des in den Zündkapseln 9 enthaltenen Initialsprengstoffes brennen deren Zündflächen 18 durch, so daß die Detonation der an den Sprengkapseln 9 anliegenden Preßkörper 17 aus Sprengstoff initiiert wird. An jeder der langgestreckten Sprengstoffladungen (beim Ausführungsbeispiel sind es zwei) erfolgt die Detonation von beiden Enden her gleichzeitig, so daß die in jeder Sprengstoffladung entstehenden Detonationswellen in der Mitte der Sprengstoffladung aufeinanderprallen und infolge Stauwirkung einen sehr hohen Druck auf einem eng begrenzten Raum erzeugen. Dieser Druck ist dazu geeignet, im umliegenden Gebirge ringsum einen tiefen Spalt zu erzeugen. Mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden also zwei mit Abstand zueinander angeordnete Spalte erzeugt, deren Abstand ebenso groß ist wie der Mittenabstand der beiden langgestreckten Sprengstoffladungen.

An Stelle der dargestellten Ausführungsform der Sprengstoffladungen können auch anders gestaltete und angeordnete langgestreckte Sprengstoffladungen verwendet werden. Vorzugsweise werden solche Formen der Sprengstoffladung verwendet, durch die die

ίο Energiekonzentration noch weiter gesteigert wird. Der pulverförmige Sprengstoff oder gegebenenfalls auch eine Sprengflüssigkeit können den Bohrlochquerschnitt auch ganz ausfüllen, d. h. in dieses eingeschüttet sein.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden die durch die Sprengung aufgebrochenen Schichten anschließend einem hydraulischen Druck ausgesetzt und mit einem Stützmittel gefüllt. Dies erfolgt durch Einpressen von Flüssigkeit in den Bohrlochmund. Hierdurch werden die durch die Sprengung erzeugten Risse und Spalten weiter aufgeweitet und durch anschließendes Einspülen von Stützmittel, beispielsweise von Sand, offengehalten. Falls das Aufbrechen mittels einer Sprengung und die anschließende hydraulische Behandlung in einer Kalksteinformation erfolgen, wird die vorangehende Sprengung vorzugsweise schon in einer Laugenlösung vorgenommen, die anschließend zum Aufweiten der entstandenen Risse und zum Einspülen eines Stützmittels verwendet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbrechen von Erdformationen mittels einer im Bohrloch angeordneten, sich in Längsrichtung des Bohrloches erstreckenden, den Bohrlochquerschnitt zumindest teilweise ausfüllenden Sprengstoffladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengstoffladung mindestens

an zwei in Längsrichtung des Bohrloches mit Ab- J° stand zueinander angeordneten Stellen gleichzeitig gezündet wird, wobei die sich ausbildenden Detonationswellen beim Aufprall in der Mitte zwischen zwei Zündstellen einen Staudruck erzeugen, welcher zum Aufbrechen der Formation ausgenutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennleichnet, daß für die Sprengstoffladung ein flüssiger oder pulverförmiger Sprengstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zur Anwendung in kalksteinhaitigen Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengstoffladung in einer Laugenlösung angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Sprengung aufgebrochenen Schichten anschließend einem hydraulischen Druck ausgesetzt und mit einem Stützmittel gefüllt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, •us mindestens einer ein Bohrloch zumindest teilweise ausfüllenden, in Längsrichtung des Bohrloches angeordneten Sprengladung mit mindestens einer elektrisch zündbaren Sprengkapsel, gekennteichnet durch zwei oder mehr mit Abstand zueinander angeordnete, durch Verbindungsmittel (8) verbundene Sprengkapseln (9), wobei zwischen je zwei Sprengkapseln (9) Sprengstoffladungen (17) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündflächen (18) je zweier einander gegenüberliegender Sprengkapseln (9) zur Erhöhung der lokalen Energiekonzentration gegeneinandergerichtet und jeweils am offenen Ende einer sonst allseitig geschlossenen Sprengkapselhül- «e (4,5,6) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Sprengstoffladungen (17) Sprengkapseln (9) mit gegeneinandergerichteten Zündflächen (18) angeordnet sind und zwischen diesen Sprengkapseln (9) eine /.willingstprengkapsel (9, 9) mit zwei in entgegengesetzten Richtungen weisenden Zündflächen (18, 18) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengstoffladung (17) selbsi und/oder ein die Sprengstoffladung (17) enthaltender Behälter eine die Energiekonzenlration steigernde Form haben.

9. Vorichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sprengkapsel (9) mit zwei parallelgeschalteten elektrischen Zündern

(2) versehen ist, deren Zündleitung (1) doppeladrig ausgeführt ist.

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbrechen von Erdformationen mittels einer im Bohrloch angeordneten, sich in Längsrichtung des Bohrloches erstreckenden, den Bohrlochquerschnitt zumindest teilweise ausfüllenden Sprengstoffladung.

Nach dem Stand der Technik bind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Aufbrechen von Lagerstättenformationen in einer durch ein Bohrloch erschlossenen Öl-, Gas- oder Wasserlagerstätte bekannt. Diese Verfahren und Vorrichtungen dienen einerseits dazu, die gegebenenfalls verrohrte und zementierte Bohrlochwandung zu durchbrechen und andererseits dazu, in der Umgebung des Bohrloches künstliche Risse und Klüfte im Gebirge zu erzeugen, durch die der Lagerstätteninhalt leichter zufließen kann. Letzteres ist insbesondere in solchen Lagerstätten wichtig, in denen das Trägergestein nur wenig porös ist.

Neben verschiedenen Verfahren, die mit Perforationsgesckossen, mit Flammenwerfern, mit Sandstrahl, mit einer Säurebehandlung oder mit nuklearen Sprengsätzen arbeiten, ist das sogenannte hydraulische Schichtsprengverfahren am weitesten verbreitet. Hierbei wird der Lagerstättenhorizont mittels Packern abgeschottet und mittels am Bohrlochkopf angeordneter Hochdruckpumpen einem starken hydraulischen Druck ausgesetzt, durch den die Lagerstättenformation aufreißt. In die entstehenden langen Spalten und Risse wird dann ein Stützmittel, zumeist Sand einer bestimmten Kornverteilung, eingespült, durch das diese Risse und Spalten auch nach Druckentlastung offengehalten werden. Dieses bisher erfolgreichste Verfahren ist jedoch äußerst arbeitsaufwendig und erfordert zahlreiche Spezialgerätschaften.

Nach dem Stande der Technik (z. B. GB-PS 3 67 858) sind weiterhin Sprengverfahren bekannt, bei denen eine Sprengstoffladung in das Bohrloch eingehängt wird, die im Bereich des aufzubrechenden Horizontes gezündet wird. Diese Verfahren sind verhältnismäßig schnell und billig und ohne großen apparativen Aufwand durchzuführen. Bei einem dieser bekannten Verfahren (US-PS 3118 374) werden in das Bohrloch Sprengladungen in Form von zwei parallel zueinander angeordneten Sprengstoffstäben in das Bohrloch eingehängt, die sich in Längsrichtung des Bohrloches erstrecken. Die oberen Enden der Sprengstoffstäbe laufen zusammen und sind mit einer elektrisch zündbaren Sprengkapsel verbunden, die beide Sprengstoffsläbe zugleich zündet. Gegebenenfalls können in dem Bohrloch auch mehrere solcher Sprengladungen mit Abstand zueinander angeordnet sein.

Der Nachteil dieses vorbekannten Verfahrens liegt darin, daß sich die Sprengenergie gleichmäßig über die Länge des Sprengsatzes verteilt, so daß nicht vorher bestimmt werden kann, an welcher Stelle der langgestreckten Sprengstoffladung das Gebirge aufgebrochen wird. Außerdem entweicht ein zu großer Teil dei Sprengenergie nach oben und unten, wodurch eventuel Beschädigungen an der Bohrlochwandung auftreten die nicht beabsichtigt sind. Eventuell können auch solche Formationen aufgebrochen werden, die mechanisch weniger widerstandsfähig sind, als das Lagerstät tengestein, deren Aufbrechen jedoch nicht beabsichtigi ist.