DE3238122A1 - Futterstoff, insbesondere fuer die perforation der rohre von kohlenhydrogen bzw. kohlenwasserstoff foerdernden brunnen - Google Patents

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HOFFMANMV ETTLE'Si PARTNER

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL-INS. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. GORG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

37 682

Orszägos Köolaj es Gäzipari Tröszt, Budapest / Ungarn

Vegyi- es Robbanoanyag Felügyelet, Budapest / Ungarn

Futterstoff, insbesondere für die Perforation der Rohre von Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen

Die Erfindung betrifft einen wirkungssteigernden Futterstoff, hauptsächlich für die Perforation der Rohre (Schachtrohre) von Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen (Quellen).

. Bei Brunnen von kleinerer Bohrtiefe geschieht die Offenlegung bzw. der Anstich der für die Förderung geeigneten Bodenschichten durch Einbau einer' auf der Oberfläche fertiggestellten Filteranlage und durch Herstellung eines aus Kies bestimmter Korngröße ausgebildeten Gerüstes. Bei Brunnen von größerer Tiefe, wie z.B. die Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen, gibt es im allgemeinen für den Einbau einer Filteranlage keine Möglichkeit. In diesen Fällen geschieht die Offenlegung der auf die Förderung einzustellenden und zu untersuchenden Schicht durch Perforieren eines eingebrachten Zementrohres.

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BAD ORIGINAL

Zweck der Perforation ist die Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen den durch das Bohren unterbrochenen permeabilen Bodenschichten und dem Innenraum des Rohres bzw. die Inbetriebnahme der Schichten sowie eventuell die Ermöglichung des Einpressens von schichtbehandelnden Fluidmaterialien oder von Verdrängungswasser und dergleichen bei der sekundären oder tertiären Förderung.

Zum Perforieren der Rohre von Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen verwendet man Hohlsprengfüllungen. Die Hohlsprengfüllung ist die am häufigsten verwendete Art der .Sprengfüllungen mit gesteuerter Wirkung, bei der die die Perforation erzeugende Wirkung dadurch erzeugt wird, daß sich die Energie des Sprengschlages in Achsrichtung des rotationssymmetrischen, z.B. kegelförmigen Hohlraumes konzentriert. Der Wirkungsgrad der Energieübertragung wird auf das Mehrfache steigen, wenn der in der Sprengfüllung ausgebildete Hohlraum mit Metall ausgefüttert wird. Die Hohlsprengfüllungen werden im allgemeinen an ihrem dem Hohlraum entgegengesetzten Ende in ihrer Drehachse initiiert, das heißt, sie werden auf entsprechende Weise zum Sprengen gebracht; so entsteht eine Wellenfront des Sprengschlages senkrecht zur Achse. Am Futterstoff angelangt, wird sie ihn in Richtung des Hohlrauminneren stark beschleunigen.

Beim Zusammentreffen des Futterstoffes mit der Füllungswand entlang der Achse bildet sich ein Druck von mehreren zehntausend MPa aus, der einen Teil des Futterstoffes eventuell mit einer größeren Geschwindigkeit als die Sprenggeschwindigkeit in Achsrichtung herauspreßt. Die für die mathematische Beschreibung dieser Erscheinung ausgearbeitete hydrodynamische Theorie behandelt den Metall-Futterstoff wegen des hohen Druckes als eine ideale Flüssigkeit.

Die bei.den Hohlsprengfüllungen verwendeten Futterstoffe können aus Stahl, Aluminium, Rotkupfer ("J. Applied Physics" 1948 563 - 582), weiterhin aus Blei, Nickel, Silber, Magnesium, Kobalt, Zinn, Zink oder aus Kadmium ("Explosivstoffe" 1959 155 - 167) hergestellt werden. Auch die aus eisenhaltigem Glas, aus stark Ferrosilizium enthaltenden keramischen Materialien und aus stark Graphit enthaltendem Gußeisen hergestellten Futterstoffe sind bekannt (DE-PS 1 139 418).

Die DE-PS 1 076 543 beschreibt die Verwendung von mit Zinnüberzug versehenen Kügelchen als Futterstoff. Entsprechend der ungarischen Patentschrift 1462901 werden geschrumpfte und gepreßte Eisen-, Kupfer- oder Titanpulver als Futterstoffe verwendet, während man gemäß der ungarischen Patentschrift 1477241 zu diesem Zweck Titan oder eine Mischung von Aluminium und Eisenoxid verwendet.

Es sind auch spezielle Legierungen als Futterstoffe für Hohlsprengfüllungen bekannt, wie zum Beispiel in die eutektische Legierung von Zinn, Antimon, Zink und Blech gemischte Antimon- und Nickelpulver (US-PS 3 112 700).

Ferner ist die Mischung von seltenen Erdmetallen als Futterstoff bekannt (DE-PS 1 182 567).

Der gemeinsame Nachteil aller bisher für die Hohlsprengfullungen verwendeten Futterstoffe ist, daß nur ein kleinerer Teil des Futterstoffes bis zur großen Geschwindigkeit von 5000 - 10000 m/sec. beschleunigt wird und den das eigentliche Perforieren bzw. die Lochbildung vollbringendem kumulativen Strahl bildet.

BAD ORIGINAL

Der größere Teil des Futterstoffes ist kürzer als der kumulative Strahl; sein Durchmesser ist jedoch größer. Der Futterstoff bildet eine zigarrenförmige Metallstange, die dem kumulativen Strahl mit einer um 50 - 70 % geringeren Geschwindigkeit folgt. Dieser Teil hat eine verhältnismäßig kleine Geschwindigkeit, doch die im Verhältnis zum Lochdurchmesser einen großen Durchmesser besitzende Metallstange versperrt in vielen Fällen das durch den kumulativen Strahl in das Brunnenrohr geschlagene Loch. Demzufolge wird die Perforation der Zementrohre der Kohlenhydrogen fördernden Brunnen nicht befriedigend, weil in den Löchern sogenannte Metallpfropfen stecken.

Aus den aus bekannten Futterstoffen hergestellten Metallpulvern bilden sich zwar keine Pfropfen, aber die Tiefe des geschlagenen Loches wird, verglichen mit der Tiefe der aus der massiven Metallfutterfüllung gebildeten Löcher, wesentlich kleiner- Deshalb haben sich die Füllungen mit solchen Futterstoffen in der Praxis nicht bewährt. 20

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines solchen Futterstoffes für die Hohlsprengfüllungen, mit welchem das Perforieren von Brunnenrohren mit großer Effektivität erfolgt und Löcher mit großem .Durchmesser erhalten werden können, in welchen sich keine Metallpfropfen ausbilden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei den zum Perforieren der Brunnenrohre dienenden Hohlsprengfüllungen als-wirkungssteigernder Futterstoff eine wismuthaltige Legierung und/oder eine wismuthaltige Metallmischung und/oder elementares Wismut verwendet wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die bekannten wirkungssteigernden Futterstoffe trotz des großen

Druckes während der Kumulation nicht einmal wie eine ideale Flüssigkeit verhalten, weil bei der Formänderung innerhalb des Futterstoffes Brisanz und Abscherkräfte auftreten und die für deren Aufhebung aufgewendete Energie die Bewegungsenergie des kumulativen Strahles vermindert. Andererseits wird der große Geschwindigkeit besitzende Strahl bei seiner Bewegung infolge des während der Kumulation gesetzmäßig auftretenden Geschwindigkeitsgradienten ausgedehnt und zerteilt/ wobei der nicht zusammenhängende kumulative Strahl nicht so weit in den Zielgegenstand eindringen wird.

Untersuchungen haben ergeben, daß die aus wismuthaltigen Legierungen und selbst aus dem elementaren Wismut hergestellte Futterstoffe in überraschender Weise mit weniger Arbeitsaufwand zu formen sind, daß sie eine große Bewegungsenergie annehmen und sich bei der Ausbildung des kumulativen Strahles fast wie eine ideale Flüssigkeit verhalten. Bisher wurde Wismut bzw. eine Wismutlegierung für diesen Zweck nicht verwendet.

Der wirkungssteigernde Futterstoff entsprechend der Erfindung kann 0,5 - 100 % Wismut enthalten und, wie an sich bekannt, eine drehsymmetrische Form haben oder im allgemeinen kegel-, doppelkegel- oder kegeistumpfförmig usw. sein.

Vorteilhaft kann der wirkungssteigernde Futterstoff entsprechend der Erfindung aus wismuthaltigen eutektischen Legierungen gebildet sein, die aus 55,5 % Wismut und 44,5 % Blei enthaltenden (op. 124°C), aus 58 % Wismut und 42 % Zinn enthaltenden (op. 140°C) oder aus 48 % Wismut, 28,5 % Blei, 14,5 % Zinn und 9 % Antimon enthaltenden (op. 226°C) Legierungen bestehen. Diese aus 48 - 60 % Wismut enthaltenden, aus eutektischen Legierungen gebildeten, kegelförmigen Futterstoffe, die in den geschlagenen Löchern keine Stöpsel bil-

BAD ORIGINAL

den, erhöhen die Durchschlagskraft der Hohlsprengfüllung bedeutend. Im Falle eines kegelförmigen Futterstoffes mit 60° Spitzenwinkel ist die Hohlsprengfüllung in der Lage, eine um 50 - 70 % größere Menge Futterstoff effektiv zu beschleunigen, wenn für den Stoff des Kegels anstelle des bekannten Kupfers das obengenannte wismuthaltige Eutektikum allein oder gemischt mit Kupfer- und/oder Bronzepulver verwendet wird. Infolge der Verminderung der für das Zerbrechen des kegelförmigen Futterstoffes aufzuwendenden Energie und TO infolge der auch bei großer Strahlausdehnung beibehaltenen Kohärenz wird die Eindringtiefe um 20 - 60 % größer, wobei keine massiven Metallpfropfen gebildet werden.

Der wirkungssteigernde Futterstoff entsprechend- der Erfindung kann vorteilhaft auch aus verhältnismäßig wenig Wismut und .Kupfer enthaltenden Legierungen bestehen. Diese Legierungen sind nämlich auch bei recht kleinem Wismutanteil, z.B. 0,7 %, außerordentlich spröde, und werden bei einer dynamischen Krafteinwirkung wie einem Detonationsstoß zu Pulver zerbrochen.. Demzufolge entsteht eine pfropfenfreie Perforation.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des wirkungssteigernden Futterstoffes entsprechend der Erfindung bilden die allein aus Wismut bestehenden Futterstoffe. Mit diesen kann man eine außerordentlich große Eindringtiefe ohne Pfropfenbildung erreichen.

Es wurde ein aus Wismut gefertigter Futterstoff entsprechend der Erfindung mit dem bekannten Kupfer-Futterstoff verglichen. Die mit zwei Sorten von Futterstoff versehenen - sonst gleichen - Hohlsprengfüllungen wurden in eine Aluminiummasse eingeschossen. Es wurden je 20 Einschüsse vorgenommen und die minimalen und maximalen sowie durchschnittlichen Werte

der Eindringtiefe ermittelt und die eventuelle Pfropfenbildung 'geprüft. Die erhaltenen Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle:

Vergleich des Wismut enthaltenden Futterstoffes entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung mit dem bekann-

ten Futterstoff

Futterstoff Kupferfutterstoff

mit Wismutanteil

Eindringtiefe/mm

minimal 165 102

maximal 22 5 166

durchschnittlich 189 131

Häufigkeit der

Pfropfenbildung in % 0 55

Aus der Tabelle geht hervor, daß die minimale Eindringtiefe bei dem Futterstoff entsprechend der Erfindung mit der bei dem bekannten Futterstoff gemessenen maximalen Eindringtiefe gleich ist. Die durchschnittliche Eindringtiefe des Futterstoffes entsprechend der Erfindung ist um 44 % größer als bei dem bekannten Futterstoff.

Aus der Tabelle ist auch ablesbar, daß bei dem Futterstoff

entsprechend der Erfindung keine Pfropfenbildung vorkommt. 30

Der wirkungssteigernde Futterstoff entsprechend der Erfindung gewährleistet verschiedene technisch-wirtschaftliche Vorteile.

BAD ORiGfNAL

Bei den Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen (Quellen) wird wegen der in die Zementrohre geschlagenen pfropfenfreien Eintrittslöcher von größerer Tiefe die hydraulische Beziehung zwischen den Bodenschichten an der Außenseite der Zementrohre und dem Raum innerhalb des Rohres verbessert. Als Folge davon kann man aus den Brunnen Kohlenhydrogen in größerer Menge gewinnen.

Da "die Länge der Eintrittslöcher während des Perforierens vergrößert wird und die Löcher pfropfenfrei bleiben, kann man die spezifische, das heißt auf eine einheitliche Brunnenlänge fallende Schußzahl unter Beibehaltung des gleichen Strömungsergebnisses vermindern.

Claims (2)

PARTNER PATENT-UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN D1PL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG DIPU-ING. K. KOHLMANN ■ RECHTSANWALT A. NETTE 37 682 Orszagos Köolaj es Gäzipari Tröszt, Budapest / Ungarn Vegyi- es Robbanoanyag Felügyelet, Budapest / Ungarn Futterstoff, insbesondere für die Perforation der Rohre von Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen Patentansprüche

1. Futterstoff, insbesondere für die Perforation von Kohlenhydrogen bzw. Kohlenwasserstoff fördernden Brunnen, dadurch gekennz eichnet, daß der Futterstoff aus einer wismuthaltigen Legierung und/oder aus einer wismuthaltigen Metallmischung und/oder aus elementarem Wismut besteht.

2. Futterstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die wismuthaltige Legierung von eutektischer Zusammensetzung ist.

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