DE69016318T2

DE69016318T2 - Punching device with delay device for borehole.

Info

Publication number: DE69016318T2
Application number: DE1990616318
Authority: DE
Inventors: Kevin R George
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1989-09-06
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-09-07
Also published as: DE69016318D1; CA2024677A1; EP0416915B1; EP0416915A3; EP0416915A2; JPH03119290A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gerät zum Perforieren eines Bohrloches und speziell ein Gerät zum Auslösen von mindestens zwei Sprengvorrichtungen mit festgelegter Verzögerung zwischen dem Auslösen beider Vorrichtungen.This invention relates to a device for perforating a borehole and in particular to a device for triggering at least two blasting devices with a fixed delay between the triggering of both devices.

Bei Bohrlochperforierungen ist es für Bediener wichtig zu wissen, ob alle Sprengvorrichtungen ausgelöst wurden oder nicht. Typischerweise befindet sich an der Unterseite des Serienwerkzeuges unterhalb der tiefstliegenden Sprengvorrichtung ein Verzögerungselement. Die Sprengwirkung der ersten Sprengvorrichtung löst die nächste Sprengvorrichtung aus; dieser Ablauf wird fortgesetzt, wobei die unterste Sprengvorrichtung das Verzögerungselement auslöst. Im Inneren des Verzögerungselements befindet sich ein langsam brennendes Material. Wenn dieses Material brennt, wird eine kleine Sprengladung im Verzögerungselement detoniert.During borehole perforations, it is important for operators to know whether or not all of the explosive devices have been activated. Typically, a delay element is located on the bottom of the series tool below the lowest explosive device. The explosive action of the first explosive device initiates the next explosive device; this sequence continues with the lowest explosive device initiating the delay element. Inside the delay element is a slow-burning material. When this material burns, a small explosive charge is detonated in the delay element.

An der Oberfläche kann der Bediener das Auslösen der Sprengvorrichtungen hören und spüren und, nachdem die Sprengvorrichtungen still geworden sind, auf das Detonieren des Verzögerungselements achten. Wenn das Detonieren wahrgenommen wird, weiß der Bediener, daß alle Sprengvorrichtungen ausgelöst worden sind, da andernfalls das Verzögerungselement nicht ausgelöst werden kann.At the surface, the operator can hear and feel the explosive devices being triggered and, after the explosive devices have stopped, listen for the delay element to detonate. When the detonation is felt, the operator knows that all explosive devices have been triggered, otherwise the delay element cannot be triggered.

Ein Problem mit solchen Geräten bekannter Technik ist, daß die Zündung der kleinen Sprengstoffmenge im Verzögerungselement, abhängig von Bohrlochtiefe und -umständen, u.U. nicht wahrnehmbar ist. Unter solchen Umständen kann der Bediener nicht feststellen, wenn die letzte Sprengvorrichtung ausgelöst wird.A problem with such devices of known technology is that the ignition of the small amount of explosive in the delay element may not be noticeable, depending on the depth and circumstances of the borehole. In such circumstances, the operator cannot determine when the last explosive device is triggered.

In unserer US Patentspezifikation Nr. 4,478,294 wird ein Verzögerungselement über der unteren von zwei Sprengvorrichtungen im Serienwerkzeug angeordnet. So wird das Auslösen der letzten Sprengvorrichtung verzögert. Das Auslösen der letzten Sprengvorrichtung ist bedeutend lauter und somit besser vernehmbar, als das Detonieren der kleinen Sprengstoffmenge im Verzögerungselement bekannter Technik, da die Sprengstoffmenge in der Sprengvorrichtung nennenswert größer ist. Zum Überwachen der Sprengvorrichtungen können gleichfalls elektronische Sensoren vorgesehen werden.In our US patent specification No. 4,478,294, a delay element is placed above the lower of two explosive devices in the Series tool arranged. This delays the triggering of the last explosive device. The triggering of the last explosive device is significantly louder and thus more audible than the detonation of the small amount of explosive in the delay element of known technology, since the amount of explosive in the explosive device is significantly larger. Electronic sensors can also be provided to monitor the explosive devices.

In unserer EP-A-0114103 wird ein Gerät zum Perforieren von Bohrlöchern beschrieben, in dem eine Anzahl von Sprengvorrichtungen durch eine Zündschnur miteinander verbunden und nacheinander gezündet werden. In die Zündschnur ist direkt von der letzten Sprengvorrichtung eine Verzögernngseinheit aufgenommen und die Schwingungsenergie, die sich durch Auslösen der Sprengvorrichtungen ergibt, wird erkannt und aufgezeichnet, wobei die Anwesenheit einer angemessenen Verzögerung vor Auslösen der letzten Sprengvorrichtung anzeigt, daß alle Sprengvorrichtungen, wie vorgesehen, detoniert wurden.Our EP-A-0114103 describes a borehole perforating device in which a number of explosive devices are connected by a fuse and detonated one after the other. A delay unit is incorporated into the fuse directly from the last explosive device and the vibration energy resulting from the actuation of the explosive devices is detected and recorded, the presence of an appropriate delay before the actuation of the last explosive device indicating that all explosive devices have been detonated as intended.

Jetzt haben wir ein verbessertes Gerät dieser Art entwickelt, bei dem das Verzögerungselement zwischen den oberen Sprengvorrichtungen und mindestens der untersten Sprengvorrichtung angeordnet und wobei ein Gehäuse zur Aufnahme des Verzögerungselements zwischen den Sprengvorrichtungen vorgesehen ist.We have now developed an improved device of this type in which the delay element is arranged between the upper blasting devices and at least the lowermost blasting device and in which a housing for receiving the delay element is provided between the blasting devices.

Diese Erfindung sieht ein Gerät zum Perforieren eines Bohrloches vor, bestehend aus einer oberen und einer unteren Sprengvorrichtung, die zur Verbindung mit einem Serienwerkzeug ausgeführt ist, einer Gehäuseeinrichtung zur jeweiligen Verbindung besagter oberer Sprengvorrichtung und besagter unterer Sprengvorrichtung, wobei das Gehäuse eine durchgehende zentrale Öffnung sowie ein Verzögerungselement in dieser zentralen Gehäuseöffnung aufweist, das dem verzögerten Auslösen einer der besagten Sprengvorrichtungen in festgelegtem Zeitabstand nach Auslösen der anderen besagten Sprengvorrichtung dient; gekennzeichnet dadurch, daß das Verzögerungselement zum Verhindern einer Flüssigkeitsströmung durch das Gehäuse vom Innenraum einer Sprengvorrichtung in den einer anderen konzipiert und ausgeführt ist.This invention provides a device for perforating a borehole, comprising an upper and a lower blasting device designed for connection to a series tool, a housing device for connecting said upper blasting device and said lower blasting device respectively, the housing having a central opening therethrough and a delay element in said central housing opening which serves to delay the triggering of one of said blasting devices at a predetermined time interval after the triggering of the other said blasting device; characterized in that the delay element is designed and constructed to prevent fluid flow through the housing from the interior of one blasting device into that of another.

Ein weiteres Problem mit einigen Perforierwerkzeugen bekannter Technik ist, daß, wenn einige der Sprengvorrichtungen ausgelöst wurden, Flüssigkeit ungehindert in alle darunterliegenden Sprengvorrichtungen einströmen kann. Wenn nicht alle Sprengvorrichtungen auslösen, erschwert Flüssigkeit in den unteren Sprengvorrichtungen den Abzug der Werkzeuge. Außerdem muß das gesamte Serienwerkzeug zerlegt und abgelassen werden, um eine Wiederverwendung der unteren Sprengvorrichtungen zu ermöglichen. Nach dieser Erfindung verhindert das Verzögerungselement die Flüssigkeitsströmung von den oberen Sprengvorrichtungen zu der/den Sprengvorrichtung(en) unterhalb des Verzögerungselements. Bei dieser Anordnung besteht die Möglichkeit, das Verzögerungselement und die Sprengvorrichtungen unterhalb des Gerätes durch einfachen Austausch der darüberliegenden Teile der Perforierungskette neu einzufahren. Das Zerlegen und Ablassen der Einrichtung ist deshalb überflüssig. So läßt sich die Einrichtung dieser Erfindung an mehreren Stellen eines Perforierwerkzeuges einsetzen, wobei jede Stellung als Flüssigkeitstrennstufe wirkt, die das Einströmen von Flüssigkeit in die unteren Sprengvorrichtungen verhindert, sollte sich ein "Stop-fire" (Fehlzündung) einstellen.Another problem with some prior art perforating tools is that when some of the explosive devices are activated, fluid can flow freely into all of the explosive devices below. If not all of the explosive devices activate, fluid in the lower explosive devices makes it difficult to remove the tools. In addition, the entire production tool must be disassembled and drained to allow the lower blasting devices to be reused. According to this invention, the delay element prevents the flow of fluid from the upper blasting devices to the blasting device(s) below the delay element. With this arrangement, it is possible to re-run the delay element and the blasting devices below the device by simply replacing the parts of the perforating chain above it. Disassembly and draining of the device is therefore unnecessary. The device of this invention can thus be used at several points on a perforating tool, with each position acting as a fluid separation stage that prevents the flow of fluid into the lower blasting devices should a "stop-fire" (misfire) occur.

Systeme bekannter Technik haben sich zur Durchführung dieser Funktion Flüssigkeitstrennscheiben bedient; diese Scheiben sind jedoch nicht mit allen Auslösegeräten kompatibel und daher nicht für alle Situationen geeignet.Prior art systems have used fluid separation discs to perform this function; however, these discs are not compatible with all trigger devices and therefore are not suitable for all situations.

Die Gehäuseeinrichtung verbindet die oberen und unteren Sprengvorrichtungen und nehmen das Verzögerungselement zum Verzögern der Auslösung einer der Sprengvorrichtungen auf. Das Verzögerungselement befindet sich in der Gehäuseeinrichtung. Die Gehäuseeinrichtung hat in ihrem Inneren eine zentrale, durchgehende Öffnung und das Gerät besteht vorzugsweise aus einer Dichteinrichtung zum Abdichten zwischen der Verzögerungseinrichtung und der zentralen Gehäuseöffnung.The housing means connects the upper and lower blasting devices and accommodates the delay element for delaying the actuation of one of the blasting devices. The delay element is located in the housing means. The housing means has a central, through opening in its interior and the device preferably consists of a sealing means for sealing between the delay means and the central housing opening.

Vorzugsweise besteht die Verzögerungseinrichtung aus einer Zündgruppe, Auslöseeinrichtung, wie z.B. ein Schlagstück, das auf die Zündgruppe schlägt und diese somit detoniert, einer Verzögerungsmischung, die durch das Detonieren der Zündgruppe ausgelöst wird sowie eine Explosionseinrichtung, die der Vermittlung einer explosiven Kraft dient, die durch die Verzögerungsmischung ausgelöst wird. Vorzugsweise wird zwischen der Zündgruppe und der Verzögerungsmischung eine Zündmischung verwendet. Alle diese Teile befinden sich im Inneren der zentralen Öffnung im Verzögerungsgehäuse. Bei der Explosionseinrichtung handelt es sich um einen Primärsprengstoff, der von der Verzögerungsmischung gezündet wird und einem Sekundärsprengstoff, der selbst durch den Primärsprengstoff gezündet wird.Preferably, the delay device consists of an ignition group, a triggering device, such as a striker that strikes the ignition group and thus detonates it, a delay mixture that is triggered by the detonation of the ignition group and an explosion device that serves to impart an explosive force that is triggered by the delay mixture. Preferably, an ignition mixture is used between the ignition group and the delay mixture. All of these parts are located inside the central opening in the delay housing. The explosion device is a primary explosive that is ignited by the delay mixture and a secondary explosive that is itself ignited by the primary explosive.

Vorzugsweise kontaktiert eine obere Halterung den Körper, um das obere Ende der zentralen Öffnung im Körper wenigsten teilweise zu schließen; eine untere Halterung ist vorgesehen, die das untere Ende der zentralen Öffnung des Körpers wenigsten teilweise verschließt. Zwischen Zündgruppe und Verzögerungsmischung kann ein Gitter vorgesehen sein. Das Schlagstück ist vorzugsweise abscherbar im Gehäuse angeordnet und weist einen abscherbaren Flansch auf, der einen Ansatz des Körpers kontaktiert. Vorzugsweise ist eine Dichtvorrichtung zum Abdichten zwischen Schlagstück und der zentralen Öffnung im Körper vorgesehen.Preferably, an upper bracket contacts the body to at least partially close the upper end of the central opening in the body; a lower bracket is provided which at least partially closes the lower end of the central opening of the body. A grid can be provided between the ignition group and the delay mixture. The striker is preferably arranged in the housing in a shearable manner and has a shearable flange which contacts a shoulder of the body. Preferably, a sealing device is provided for sealing between the striker and the central opening in the body.

Zum besseren Verständnis dieser Erfindung wird jetzt auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:For a better understanding of this invention, reference is now made to the accompanying drawings. In these drawings:

FIG. 1 die Darstellung einer Form des Perforiergerätes dieser Erfindung am Ende eines Serienwerkzeuges in der Einsatzlage in einem Bohrloch;FIG. 1 is an illustration of one form of the perforating device of this invention at the end of a production tool in the position of use in a borehole;

FIG. 2 eine Vergrößerung des Aufrisses eines Abschnitts des Serienwerkzeuges, von dem das Verzögerungselement gehalten wird undFIG. 2 is an enlarged elevational view of a portion of the series tool by which the delay element is held and

FIG. 3 einen Längsquerschnitt einer Form des Verzögerungselements.FIG. 3 is a longitudinal cross-section of one form of the delay element.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, insbesondere FIG. 1, wird das Perforierwerkzeug dieser Erfindung dargestellt und allgemein als Nummer 10 gekennzeichnet. Gerät 10 ist mit dem unteren Ende eines Serienwerkzeuges 12 verbunden und in einem Bohrloch 14 positioniert, das mit oder ohne Verkleidung 16 sein kann. Gerät 10 befindet sich neben einer zu perforierenden Formation 18.Referring to the drawings, particularly FIG. 1, the perforating tool of this invention is illustrated and generally designated as numeral 10. Tool 10 is connected to the lower end of a series tool 12 and positioned in a wellbore 14, which may or may not have casing 16. Tool 10 is located adjacent to a formation 18 to be perforated.

Gerät 10 umfaßt mindestens eine erste oder obere 20 und mindestens eine zweite oder untere Sprengvorrichtung 22. In bevorzugter Form gibt es eine Mehrzahl oberer Sprengvorrichtungen 20 und eine relativ geringere Anzahl unterer Sprengvorrichtungen 22. Die Erfindung erfordert mindestens eine untere Sprengvorrichtung, mehrere können jedoch Verwendung finden. Während Sprengvorrichtungen 20 als obere Sprengvorrichtungen bezeichnet werden, ist Fachkundigen bekannt, daß die Sprengvorrichtungen gleichfalls umgekehrt angewendet werden können, d.h. die Auslösefolge kann von unten nach oben verlaufen, wobei die oberste Sprengvorrichtung nach der Verzögerung ausgelöst wird, anstelle von oben nach unten auszulösen, wobei die unterste Sprengvorrichtung nach der Verzögerung ausgelöst wird. Eine nähere Beschreibung des Auslöseablaufs folgt.Apparatus 10 includes at least one first or upper 20 and at least one second or lower blasting device 22. In preferred form, there are a plurality of upper blasting devices 20 and a relatively smaller number of lower blasting devices 22. The invention requires at least one lower blasting device, but several may be used. While blasting devices 20 are referred to as upper blasting devices, it will be appreciated by those skilled in the art that the blasting devices may also be used in reverse, ie, the firing sequence may be bottom to top, with the uppermost blasting device being fired after the delay, rather than top to bottom. to be triggered, whereby the lowest explosive device is triggered after the delay. A more detailed description of the triggering sequence follows.

Unter weiterer Bezugnahme auf FIG. 2 befindet sich zwischen den oberen 20 und unteren Sprengvorrichtungen 22 eine Verzögerungsgehäuseeinrichtung. In bevorzugter Form ist die Gehäuseeinrichtung 24 gekennzeichnet durch ein gestrecktes Gehäuse 24, in dem sich eine zentrale Längsöffnung 26 befindet.With continued reference to FIG. 2, a delay housing assembly is located between the upper 20 and lower blasting devices 22. In a preferred form, the housing assembly 24 is characterized by an elongated housing 24 having a central longitudinal opening 26 therein.

Das obere Ende von Gehäuse 24 ist über Gewinde 28 mit einer oberen Sprengeinrichtung 20 verbunden. Eine Dichteinrichtung, wie z.B. O-Ringe 30, vermitteln einen abgedichteten Kontakt zwischen Gehäuse und unterer Sprengeinrichtung.The upper end of housing 24 is connected to an upper blasting device 20 via threads 28. A sealing device, such as O-rings 30, provides a sealed contact between the housing and the lower blasting device.

Das untere Ende von Gehäuse 24 ist über Gewinde 32 mit der unteren Sprengvorrichtung 22 verbunden, wobei dazwischen eine Dichteinrichtung, wie z.B. O-Ringe 34, eingesetzt ist.The lower end of housing 24 is connected to the lower blasting device 22 via threads 32, with a sealing device, such as O-rings 34, inserted therebetween.

Die zentrale Längsöffnung 26 im Gehäuse 24 hat eine erste Bohrung 36, eine etwas größere zweite Bohrung 38 sowie eine noch größere Bohrung 40. Zwischen der ersten 36 und zweiten Bohrung 38 verläuft ein allgemein ringförmiger, abwärts gerichteter Ansatz, während ein zweiter, allgemein ringförmiger Ansatz 44 abwärts gerichtet zwischen der zweiten Bohrung 38 und der dritten Bohrung 40 verläuft. Vom unteren Ende der dritten Bohrung 40 verläuft eine keilförmige Bohrung 46 nach außen.The central longitudinal opening 26 in the housing 24 has a first bore 36, a slightly larger second bore 38 and an even larger bore 40. A generally annular, downwardly directed shoulder extends between the first 36 and second bore 38, while a second, generally annular, shoulder 44 extends downwardly between the second bore 38 and the third bore 40. A wedge-shaped bore 46 extends outwardly from the lower end of the third bore 40.

In die zentrale Öffnung 26 von Gehäuse 24 wird ein Verzögerungselement 50 eingelegt, mit dem die zentrale Öffnung im Gehäuse versiegelt wird, siehe FIG. 2. Eine Dichteinrichtung, wie z.B. zwei O-Ringe 52, vermitteln den abdichtenden Kontakt zwischen Verzögerungselement 50 und der dritten Bohrung 40 von Gehäuse 24. Eine Detonier- oder Zündschnur 54 verläuft abwärts vom Sprengstoffteil (ohne Darstellung) der oberen Sprengvorrichtung 20 und in Kontakt mit dem Verzögerungselement 50, wie im Folgenden näher erörtert wird.A delay element 50 is inserted into the central opening 26 of housing 24, with which the central opening in the housing is sealed, see FIG. 2. A sealing device, such as two O-rings 52, provides sealing contact between delay element 50 and the third bore 40 of housing 24. A detonating or fuse cord 54 extends downwardly from the explosive portion (not shown) of the upper blasting device 20 and into contact with the delay element 50, as will be discussed in more detail below.

Unter Bezugnahme auf FIG. 3 werden die Details des Verzögerungselements 50 dargestellt. Verzögerungselement 50 umfaßt einen gestreckten Körper 56 mit einer Außenseite 58, die zur akkuraten Passung in die dritte Bohrung 40 von Gehäuse 24 ausgeführt ist. Neben Ansatz 44 in Gehäuse 24 befindet sich ein oberes Ende 60 von Körper 56. Zwei ringförmige Rillen 62 in der Außenseite 58 dienen der Aufnahme von O- Ringen 52.Referring to FIG. 3, the details of the delay element 50 are shown. The delay element 50 includes an elongated body 56 having an outer surface 58 adapted to fit snugly into the third bore 40 of the housing 24. Adjacent to the boss 44 in the housing 24 is an upper end 60 of the body 56. Two annular grooves 62 in the outer surface 58 are provided for receiving O-rings 52.

Durch das Innere von Körper 56 verläuft eine zentrale Öffnung 64. Die zentrale Öffnung im Körper 64 umfaßt eine erste Gewindebohrung 66 neben dem oberen Ende 60, eine erste Bohrung 68, eine etwas kleinere zweite Bohrung 70 und eine zweite Gewindebohrung 72 am unteren Ende der zweiten Bohrung 70. Ein allgemein ringförmiger, aufwärts gerichteter Ansatz 74 verläuft zwischen der ersten 68 und zweiten Bohrung 70 im Körper 56.A central opening 64 extends through the interior of body 56. The central opening in body 64 includes a first threaded bore 66 adjacent to upper end 60, a first bore 68, a slightly smaller second bore 70, and a second threaded bore 72 at the lower end of second bore 70. A generally annular, upwardly directed projection 74 extends between first 68 and second bore 70 in body 56.

Im Oberteil der zentralen Öffnung 64 in Körper 56 befindet sich ein Schlagstückgehäuse 76, das ein Gewindeteil 78, das in die Gewindebohrung 66 eingreift und ein unteres Teil 80 besitzt, das in akkurater Passung in die erste Bohrung 68 verläuft. Dichteinrichtungen, wie z.B. O-Ringe 82, vermitteln den abdichtenden Kontakt zwischen dem Schlagstückgehäuse und der ersten Bohrung 68.In the top of the central opening 64 in body 56 is a hammer housing 76 having a threaded portion 78 which engages the threaded bore 66 and a lower portion 80 which extends in accurate fit into the first bore 68. Sealing means such as O-rings 82 provide sealing contact between the hammer housing and the first bore 68.

Das Schlagstückgehäuse 76 hat im Inneren eine Bohrung 84 mit einer Gegenbohrung 86 am oberen Ende, so daß sich ein nngförmiger, aufwärts gerichteter Ansatz 88 bildet. Die Unterseite des Schlagstückgehäuses 76 besitzt ein durchgehendes Loch, das etwas kleiner als Bohrung 84 ist.The striker housing 76 has a bore 84 in the interior with a counter bore 86 at the upper end so that a ring-shaped, upwardly directed projection 88 is formed. The underside of the striker housing 76 has a through hole which is slightly smaller than bore 84.

Eine Auslöseeinrichtung, wie z.B. Schlagstück 92, befindet sich im Schlagstückgehäuse 76. Ein zentraler Teil 84 des Schlagstückes 92 paßt akkurat in Bohrung 84. Dichteinrichtungen, wie z.B. O-Ringe 96, vermitteln den abdichtenden Kontakt zwischen Schlagstück 92 und Bohrung 84. So läßt sich erkennen, daß das Schlagstückgehäuse 76 und Schlagstück 92 die zentrale Öffnung 64 des Körpers verschließen und daß allgemein davon ausgegangen werden kann, daß die Auslöseeinrichtung die zentrale Öffnung des Körpers verschließt.A trigger device, such as striker 92, is located in striker housing 76. A central portion 84 of striker 92 fits precisely into bore 84. Sealing devices, such as O-rings 96, provide sealing contact between striker 92 and bore 84. Thus, it can be seen that striker housing 76 and striker 92 close the central opening 64 of the body and that it can generally be assumed that the trigger device closes the central opening of the body.

Am oberen Ende des Schlagstückes 92 befindet sich ein abscherbarer Flansch 98, der in die Gegenbohrung 86 paßt und zunächst auf Ansatz 88 ruht. Wie im Folgenden näher erörtert wird, schert Flansch 98 durch den Einfluß der Sprengkraft der darüberliegenden Sprengeinrichtung 20 ab.At the upper end of the impact piece 92 there is a shearable flange 98 which fits into the counter bore 86 and initially rests on the shoulder 88. As will be discussed in more detail below, the flange 98 shears off under the influence of the explosive force of the blasting device 20 located above it.

Am unteren Ende des Schlagstückes 92 befindet sich ein Schlagstückteil 100, dessen Größe zur Passung in Loch 90 im Schlagstückgehäuse 76 abgestimmt ist.At the lower end of the striker 92 there is a striker part 100, the size of which is adapted to fit into hole 90 in the striker housing 76.

Unter dem Schlagstückgehäuse 76 befindet sich in der ersten Bohrung 68 von Körper 56 eine Zündgruppe 102. Die Zündgruppe ist von bekannter Art und zum Detonieren nach Aufprall des Schlagstückteils 100 von Schlagstück 92 ausgeführt. Eine solche Zündgruppe beinhaltet Titanpotassiumperchlorat (TiKClO&sub4;).Below the striker housing 76, in the first bore 68 of body 56, there is an ignition group 102. The ignition group is of known type and is designed to detonate upon impact of the striker part 100 of the striker 92. Such an ignition group contains titanium potassium perchlorate (TiKClO₄).

In der ersten Bohrung 68 von Körper 56 befindet sich unterhalb der Zündgruppe 102 eine Zündhalterung 104. Diese Zündhalterung 104 hat eine durchgehende zentrale Öffnung 106.In the first hole 68 of body 56 there is below the Ignition group 102 has an ignition holder 104. This ignition holder 104 has a continuous central opening 106.

Zwischen Zündhalterung 104 und Ansatz 74 in Körper 56 befindet sich ein scheibenförmiges Gitter 108 mit einer Mehrzahl von Löchern 110.Between ignition mount 104 and projection 74 in body 56 there is a disk-shaped grid 108 with a plurality of holes 110.

Schlagstückgehäuse 76, Schlagstück 92, Zündgruppe 102, Zündhalterung 104 und Gitter 108 werden von einer oberen Halterung 112, die ein Gewindeteil 114 hat, das mit der Gewindebohrung 66 in Körper 56 in Kontakt ist, in der in FIG. 3 dargestellten Position festgeklemmt. Die obere Halterung 112 hat in ihrem Inneren eine zentrale Öffnung 116, die zur Aufnahme des unteren Endes der Zündschnur 54 ausgeführt ist.The striker housing 76, striker 92, ignition assembly 102, ignition mount 104 and screen 108 are clamped in the position shown in FIG. 3 by an upper mount 112 having a threaded portion 114 in contact with the threaded bore 66 in the body 56. The upper mount 112 has a central opening 116 therein adapted to receive the lower end of the fuse 54.

Diese Erfindung sieht Sprengeinrichtungen in der zweiten Bohrung 70 von Körper 56 unterhalb des Gitters 108 vor. Die Sprengeinrichtungen bestehen in der bevorzugten Form aus mehrere Bauteilen.This invention provides blasting devices in the second bore 70 of body 56 below the grid 108. The blasting devices in the preferred form consist of several components.

Direkt unter dem Gitter 108 befindet sich eine Zündmischung 116, wie z.B. ein A1A-Element.Directly below the grid 108 is an ignition mixture 116, such as an A1A element.

Unter der Zündmischung 116 befindet sich eine Verzögerungseinrichtung 118, wie z.B. eine Verzögerungsmischung 118. In der Verzögerungsmischung 118 wird bei der bevorzugten Form Wolframmaterial verwendet, obwohl sich diese Erfindung nicht ausschließlich auf Wolframmaterial beschränkt. Wie Fachkundigen bekannt ist, nimmt das Wolframmaterial die Form eines Pulvers an, wobei ein geringer Anteil in die zweite Bohrung 70 von Körper 56 gegossen und zur Bildung einer Wolframmaterialstufe 120 verdichtet wird. Zusätzliche Wolframmaterialstufen 120 werden auf gleiche Weise so gebildet, daß eine Anzahl solcher Stufen in der zweiten Bohrung 70 nebeneinander geformt werden, siehe FIG. 3. Durch Variieren der Menge von Wolframmaterial und des Ausmaßes der Verdichtung des Pulvers, wodurch sich die Dichte des Materials verändert lassen sich verschiedene Brennraten für die Verzögerungsmischung 118 realisieren.Below the ignition mixture 116 is a delay device 118, such as a delay mixture 118. In the preferred form, tungsten material is used in the delay mixture 118, although this invention is not limited exclusively to tungsten material. As is known to those skilled in the art, the tungsten material takes the form of a powder, a small portion of which is poured into the second bore 70 of body 56 and compacted to form a tungsten material step 120. Additional tungsten material steps 120 are formed in a similar manner so that a number of such steps formed next to one another in the second bore 70, see FIG. 3. By varying the amount of tungsten material and the extent of compaction of the powder, thereby changing the density of the material, different burn rates for the delay mixture 118 can be realized.

Unter der Verzögerungsmischung 118 befindet sich ein Primärsprengstoff 122. In bevorzugter Form besteht der Primärsprengstoff 122 aus einem Titanpotassiumperchlorat (TiKClO&sub4;)-Element 124 sowie einem Bleiazid-Element 126. Das Bleiazid-Element 126 ist in einer kleinen Schale 128 kapsuliert.Beneath the delay mixture 118 is a primary explosive 122. In a preferred form, the primary explosive 122 consists of a titanium potassium perchlorate (TiKClO₄) element 124 and a lead azide element 126. The lead azide element 126 is encapsulated in a small shell 128.

Unter dem Primärsprengstoff 122 befindet sich ein Sekundärsprengstoff 130, der sich vorzugsweise aus einer PYX-Ladung 132 in einer Leistungsschale 134 zusammensetzt. Bleiazid-Element 126 und kleine Schale 128 befinden sich ebenfalls in einer Leistungsschale 128, werden jedoch allgemein als Bestandteil des Primärsprengstoffes 122 und nicht des Sekundärsprengstoffes 130 angesehen.Beneath the primary explosive 122 is a secondary explosive 130, which preferably consists of a PYX charge 132 in a power shell 134. Lead azide element 126 and small shell 128 are also in a power shell 128, but are generally considered to be part of the primary explosive 122 and not the secondary explosive 130.

Eine untere Halterung 136 mit einem Gewindeteil 138, das mit der zweiten Gewindebohrung 76 in Körper 56 Kontakt nimmt, hält die Zündmischung 116, die Verzögerungsmischung 118, den Primärsprengstoff 122 sowie den Sekundärsprengstoff 130 in angemessener Stellung. Die untere Halterung 136 besitzt im Inneren ein Loch 140, das mit der unteren Sprengvorrichtung 22 in Verbindung steht.A lower bracket 136 having a threaded portion 138 that contacts the second threaded bore 76 in body 56 holds the ignition mixture 116, the delay mixture 118, the primary explosive 122 and the secondary explosive 130 in proper position. The lower bracket 136 has a hole 140 therein that communicates with the lower blasting device 22.

function

Nachdem Gerät 10 wie vorgesehen im Bohrloch 14 positioniert ist, werden die oberen Sprengvorrichtungen 20 auf bekannte Weise, wie Fachkundigen bekannt ist, nacheinander ausgelöst. Die Geschwindigkeit dieser abwärts verlaufenden Auslösefolge liegt normalerweise im Bereich von ca. 2440 m pro Sekunde. Diese Geschwindigkeit ist viel zu schnell, um es Bedienern möglich zu machen, festzustellen, wieviele Sprengvorrichtungen ausgelöst wurden.After the device 10 is positioned as intended in the borehole 14, the upper blasting devices 20 are sequentially triggered in a manner known to those skilled in the art. The speed of this downward triggering sequence is normally in the range of about 2440 m per second. This speed is far too fast to allow operators to to determine how many explosive devices were triggered.

Wenn die tiefste Sprengvorrichtung 20 ausgelöst wurde, zündet diese die Zündschnur 54, die eine Sprengkraft auf das obere Ende des Schlagstückes 92 ausübt. Diese Kraft reicht aus, um Flansch 98 so abzuscheren daß Schlagstück 92 abwärts bewegt wird, bis das Schlagstückteil 100 auf die Zündgruppe 102 prallt. So wird Zündgruppe 102 detoniert und die Sprengkräfte abwärts durch die zentrale Öffnung 106 in der Zündhalterung 104 und durch Löcher 110 in Gitter 108 geleitet, um Zündmischung 116 zu zünden.When the deepest explosive device 20 is triggered, it ignites the fuse 54 which exerts an explosive force on the upper end of the striker 92. This force is sufficient to shear flange 98 so that the striker 92 is moved downward until the striker part 100 impacts the ignition group 102. Thus, the ignition group 102 is detonated and the explosive forces are directed downward through the central opening 106 in the ignition holder 104 and through holes 110 in the grid 108 to ignite ignition mixture 116.

Die Hitze aus der Zündmischung 116 setzt die Verzögerungsmischung 118 in Brand. Die Anzahl und Dichte der Verzögerungsstufen 120 wir so bestimmt, daß eine festgelegte Frist erforderlich ist, um das komplette Verbrennen der Verzögerungsmischung 118 zu bewirken. Hierbei handelt es sich normalerweise um 10 Sekunden, obwohl beliebige Fristen gewählt werden können. Nach Verstreichen dieses Zeitraumes wird das Titanpotassiumperchlorat-Element 124 durch die brennenden Verzögerungsstufen 120 detoniert. Die Leistung von Element 124 wiederum zündet das Bleiazid-Element 126. In der bevorzugten Form werden also zwei Teile von Primärsprengstoff 122 verwendet.The heat from the ignition mixture 116 sets the delay mixture 118 ablaze. The number and density of the delay stages 120 are determined so that a fixed period of time is required to cause the complete combustion of the delay mixture 118. This is usually 10 seconds, although any period of time can be chosen. After this period of time has elapsed, the titanium potassium perchlorate element 124 is detonated by the burning delay stages 120. The power of element 124 in turn ignites the lead azide element 126. Thus, in the preferred form, two parts of primary explosive 122 are used.

Die Explosion von Element 126 detoniert die PYX-Ladung 132 des Sekundärsprengstoffes 130. Die Sprengkraft des Sekundärsprengstoffes 130 wird abwärts durch Loch 140 in der unteren Halterung 136 und in die untere Sprengvorrichtung 22 gelenkt. Diese Sprengkraft des Sekundärsprengstoffes 130 löst dann die untere Sprengvorrichtung 22 aus. Die eigentliche Zündung der unteren Sprengvorrichtungen 22 ist Fachkundigen bekannt.The explosion of element 126 detonates the PYX charge 132 of the secondary explosive 130. The explosive force of the secondary explosive 130 is directed downward through hole 140 in the lower holder 136 and into the lower explosive device 22. This explosive force of the secondary explosive 130 then triggers the lower explosive device 22. The actual ignition of the lower explosive devices 22 is known to those skilled in the art.

So löst der Bediener an der Oberfläche die oberen Sprengvorrichtungen aus, die schnell und nacheinander zünden, bis das Verzögerungselement 50 aktiviert wird. Infolge der Verzögerung und Brennzeit des Verzögerungselements 120 in der Verzögerungseinrichtung 118 wird die Sprengkraft, die zum Auslösen der unteren Sprengvorrichtungen 22 erforderlich ist, um einen festgelegten Zeitraum verzögert. Wenn die unteren Sprengvorrichtungen 22 auslösen, lassen sich resultierender lauter Schall und Schwingungen vom Bediener nach Versteichen des Zeitraumes seit dem Auslösen der oberen Sprengvorrichtungen 20 feststellen. So weiß der Bediener, weil die unteren Sprengvorrichtungen 22 ausgelöst sind, daß alle Sprengvorrichtungen ausgelöst wurden. Wenn nicht alle oberen Sprengvorrichtungen 20 auslösen, wird das Verzögerungselement 50 nicht aktiviert und der Bediener weiß zwangsläufig, daß die Perforierung unvollständig durchgeführt wurde, weil das Auslösen der unteren Sprengvorrichtungen 22 nach Verstreichen eines festgelegten Zeitraumes nicht eingetreten ist. Wie schon erwähnt läßt sich das Werkzeug auch umgekehrt verwenden, d.h. die Auslösefolge verläuft von unten nach oben, anstelle von oben nach unten. Die hier beschriebenen Bauteile sind sich bei dieser Anordnung gleich, mit Ausnahme, daß jedes dieser Einzelteile normalerweise gleichfalls umgekehrt wird.Thus, the operator at the surface triggers the upper explosive devices, which fire rapidly and sequentially until the delay element 50 is activated. Due to the delay and burn time of the delay element 120 in the delay device 118, the explosive force required to trigger the lower explosive devices 22 is delayed by a predetermined period of time. When the lower explosive devices 22 trigger, the resulting loud sound and vibration can be detected by the operator after the period of time has elapsed since the upper explosive devices 20 were triggered. Thus, because the lower explosive devices 22 have triggered, the operator knows that all of the explosive devices have been triggered. If all of the upper blasting devices 20 do not fire, the delay element 50 will not be activated and the operator will necessarily know that the perforation was incomplete because the lower blasting devices 22 have not fired after a specified period of time has elapsed. As previously mentioned, the tool can also be used in reverse, i.e. the firing sequence is from bottom to top instead of top to bottom. The components described here are the same in this arrangement, except that each of these individual parts is normally also reversed.

Sobald irgendwelche der oberen Sprengvorrichtungen 20 ausgelöst worden sind, kann Flüssigkeit durch diese Sprengvorrichtungen ungehindert in das Serienwerkzeug einströmen. Alle oberen Sprengvorrichtungen 20 befinden sich in Flüssigkeitskontakt miteinander und füllen sich so mit Flüssigkeit. Das in Gehäuse 24 befindliche Verzögerungselement 50 blockiert dagegen den Flüssigkeitskontakt zwischen den oberen 20 und den unteren Sprengvorrichtungen 22. Bei Fehlzündung der oberen Sprengvorrichtungen 20 füllen sich die unteren Sprengvorrichtungen nicht mit Flüssigkeit. Wenn also das Serienwerkzeug aus dem Bohrloch abgezogen wird, müssen nur die Teile über dem Verzögerungselement 50 ersetzt werden. Das Verzögerungselement und alle Bauteile unterhalb können wiederverwendet werden, ohne Teile demontieren, reinigen oder ersetzen zu müssen. Die Eigenschaft dieser Erfindung vermittelt somit eine Einrichtung zum Abtrennen von Flüssigkeit bei längeren Sprengvorrichtungsintervallen.As soon as any of the upper explosive devices 20 have been triggered, liquid can flow unhindered through these explosive devices into the series tool. All upper explosive devices 20 are in liquid contact with one another and thus fill with liquid. The delay element 50 located in the housing 24, on the other hand, blocks the liquid contact between the upper 20 and the lower explosive devices 22. If the upper explosive devices 20 misfire the lower blasters do not fill with fluid. Thus, when the series tool is withdrawn from the well, only the parts above the delay element 50 need be replaced. The delay element and all components below can be reused without having to disassemble, clean or replace parts. The feature of this invention thus provides a means for isolating fluid during extended blast intervals.

Mehrere der Gehäuse 24 mit Verzögerungselementen 50 im Inneren können an einem Serienwerkzeug angereiht werden, um die Sprengvorrichtungen unter jedem Verzögerungselement von den darüberliegenden Sprengvorrichtungen abzutrennen. Somit realisiert der Vorteil der Flüssigkeitsabtrennung, neben den Verzögerungsvorteilen, eine nennenswerte Reduktion des Zeitaufwandes beim Abziehen und Neuausrüsten eines Perforierwerkzeuges, in dem sich Fehlzündungen ergeben haben; gleichzeitig wird die Wiederverwendung von Teilen sichergestellt, die andernfalls demontiert und u.U. teilweise ersetzt werden müßten.Several of the housings 24 with delay elements 50 inside can be lined up on a series tool to separate the explosive devices under each delay element from the explosive devices above. Thus, the advantage of fluid separation, in addition to the delay advantages, realizes a significant reduction in the time required to remove and re-equip a perforating tool in which misfires have occurred, while at the same time ensuring the reuse of parts that would otherwise have to be dismantled and possibly partially replaced.

So läßt sich erkennen, daß das Verzögerungsperforiergerät dieser Erfindung zum Durchführen der erwähnten Zielsetzung und Vorteile sowie der ihm eigenen gut geeignet ist. Während die hier bevorzugte Form der Erfindung zum Veranschaulichen dieser Eröffnung geschildert wurde, können von Fachkundigen vielzählige Änderungen der Anordnung und Ausführung der betroffenen Teile vorgenommen werden. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, können, neben den erwähnten spezifischen Mischungen, verschiedene Sprengstoffmischungen für die verschiedenen Teile verwendet werden.Thus, it can be seen that the delay perforator of this invention is well adapted to carry out the objects and advantages mentioned as well as those inherent therein. While the preferred form of the invention has been described here to illustrate this invention, numerous changes in the arrangement and construction of the parts concerned may be made by those skilled in the art. In particular, but not exclusively, in addition to the specific mixtures mentioned, different explosive mixtures may be used for the various parts.

Claims

1. Apparatus for perforating a borehole comprising an upper blasting device (20) and a lower blasting device (22) adapted for connection to a series tool (12), a housing means (24) for connecting said upper blasting device (20) and said lower blasting device (22), respectively, the housing means having a central opening (26) therethrough and a delay element (50) in the central opening for delaying the initiation of one of said blasting devices for a predetermined period of time after the initiation of the other of said blasting devices; characterized in that the delay element is designed and constructed so as to prevent a flow of fluid through the housing (24) from the interior of one blasting device to the interior of the other.

2. Device according to claim 1, wherein said delay element consists of an ignition group (102), a striking piece (92) for detonating said ignition group, a delay mixture (118) and blasting devices (122, 132) for imparting an explosion upon triggering said delay mixture.

3. Device according to claim 2, wherein said blasting means consist of a primary explosive (122) and a secondary explosive (132).

4. Device according to claim 3, wherein said primary explosive (122) consists of at least titanium potassium perchlorate or lead azide.

5. Device according to claims 3 or 4, wherein said secondary explosive (132) consists of PYX.

6. Apparatus according to any one of claims 2, 3, 4 or 5, further comprising an ignition mixture (116) between said ignition group (102) and said delay mixture (118).

7. Device according to one of claims 1 to 6, wherein said delay element (50) is removable from said housing means (24).

8. A method of perforating a borehole using an apparatus according to any of claims 1 to 7.