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Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von Bohrlochauskleidungen
und Aufbrechen geologischer Formationen Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges
Verfalhren und eine neuartige Vorrichtung zum Perforieren von Bohrlochrohren und
zum Perforieren und Aufbrechen von geologischen Formationen oder Schichtkomplexen
unter Verwendung von Geschossen.
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Die günstigsten Gewinnungsmengen für Öl, Gas oder Wasser aus Bohrlöchern
werden oft von den geologischen Verhältnissen in der fündigen Schicht, in die das
Bohrloch gebohrt ist, beeinträchtigt. Die natürliche Dichte der fündigen Schicht
oder das Vorhandensein von undurchlässigen senkrechten Adern oder Schichten können
den erwünschten ZufluB von öl, Gas und Wasser in das Bohrloch ab-'halten. In gleicher
Weise beeinträchtigt das übliche Bohren oft,die Durchlässigkeit der Formation, beispielsweise
wenn Formationen guter Porosität und Durchlässigkeit von dem Bohrschlamm und/oder
dem zum Auskleiden verwendeten Zement verstopft wenden.
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Es gibt verschiedene Verfahren zum Herstellen von Strömungskanälen
aus dem Öl-, Gas- oder
Wasserlager zum Bohrloch. Es ist seit langem
üblich, eine mechanische Einrichtung, beispielsweise eine von einem Perforator abgeschossene
Kugel oder eine von einem Träger abgefeuerte geformte Explosivladung, zu verwenden,
wobei der Perforator und der Träger in das Bohrloch auf eine nahe der zu perforierenden
Formation befindliche Stelle abgelassen werden. In der Hauptsache soll hierbei eine
-hohe Perforierungstiefe erhalten werden. Die Petroleumindustrie sucht seit vielen
Jahren nach Verfahren und Vorrichtungen, die diese. Eindringtiefe erhöhen.
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Ein bekanntes Verfahren zur Erhöhung der Leistung von Bohrlöchern
und zur Herstellung von Rissen in der Formation besteht darin, die Formation durch
Flüssigkeiten hoher Drucke aufzubrechen. Ein anderes Verfahren, ,durch das der Zugang
zu dem 0l-, Gas- oder Wasserlager geöffnet werden soll, besteht darin, Nitroglycerin
od. dgl. nahe der fündigen Schicht in dem Bohrloch zur Explosion zu bringen, v-as
jedoch nur in offenen Bohrlöchern, also nicht in ausgekleideten Bohrlöchern, verwendet
werden kann. Dieses letzterwähnte Verfahren ist nur anwendbar, wenn andere Verfahren
zur Erhöhung der Gewinnung versagen, da bei diesen Verfahren eine beträchtliche
Zerstörung des Bohrloches auftritt, eine teuere Reinigung des Bohrloches erforderlich
wird und ganz unvorhersehbare Ergebnisse erzielt werden.
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Zusätzlich zu diesen Verfahren wird die Ausbeute aus einem Bohrloch
oft dadurch erhöht, daß Flüssigkeiten durch die :durch das Abfeuern von Kugeln oder
geformten Ladungen erzielten Perforierungen in die in der Schicht entstandenen Risse
eingeführt werden, um einhydraulisches Aufbrechen der Schicht zu erhalten.
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Diese Flüssigkeiten lösen meistens bestimmte Stoffe der Formation,
beispielsweise Kalkstein, und erhöhen hierdurch die Durchlässigkeit der Schicht.
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Diese Versuche haben zwar einen gewissen Wert beim Erschließen und
beim Erhöhen der Gewinnung von Öl-, Gas- und Wasserbohrungen. Bei .dem erfindungsgemäßen
Verfahren zum Aufschließen von Tiefbohrungen in einer Formation und zur Herstellung
von Rissen in dieser Formation wird die Erzeugung eines bestimmten Bohrloches dadurch
erhöht, daß die Widerstände und Hinderungsgründe, die eine beste und größte Gewinnung
ausschließen, behoben werden. Zu diesem Zweck erzeugt die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der geologischen Formation Strömungskanäle, die entweder eine Verbindung zwischen
dem Lager und dem Bohrloch herstellen oder die die Endformation so konditionieren,
daß eine wirksame Behandlung durch übliche Verfahren, beispielsweise hydraulisches
Aufbrechen oder durch Einspritzen von Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren, in die
Erdformation stattfinden kann.
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Da die tiefste Lochung, die von einer geformten Explosivladung erzielt
werden kann, annähernd 25 cm in mittelharten ölführenden Schichten beträgt
und da die Lochung, die mittels Kugeln erbalten wird, welche in üblicher Weise aus
Läufen abgeschossen werden, die quer in der Bohrung liegen, auf ungefähr
50 bis 75 mm begrenzt ist, erfolgt in vielen Bohrlöchern kein genügendes
Aufschließen der Erdformation. Um diesen Nachteil zu beheben, ist vorgeschlagen
worden, daß mehr Schüsse abgefeuert werden sollten, um beispielsweise zwanzig Löcher
je Meter in der Formation herzustellen. Die Erfindung beruht nun auf dem Prinzip,
daß zur Erreichung des Lagers zwecks Erhöhung der Gewinnung die Ausdehnung oder
Vergrößerung der Zuströmkanäle und der Risse außerhalb des Bohrloches wesentlich
ist. Die Er= findung schlägt daher vor, @daß nur ein einziges großes Loch hergestellt
wird, das sich in die Formation hinein über die Schlammschicht oder die Zementschicht
oder die verunreinigte Schicht tief erstreckt und hierbei besser die Ziele erreicht
als beispielsweise hunderte von kurzen Kanälen, die nach .den üblichen Verfahren
erzeugt werden. Gemäß der Erfindung werden also nicht zahlreiche Schüsse aus dem
Bohrloch in die geologische Formation abgefeuert, sondern im Gegenteil, es wird
nur ein einziges tief vorgetriebenes Loch oder es werden höchstens einige wenige
tief vorgetriebene Löcher mit entsprechender Rißbildung geschaffen.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren ist auf das Perforieren der
Erdformation an sieh gerichtet, es ist jedoch gleich gut verwendbar, die Ergiebigkeit
des Bohrloches zu erhöhen. Wenn bei--spielsweise das hydraulischeAufbrechen allein
oder nach dem üblichen Perforieren mittels Explosivladung oder Kugeln angewendet
wird, müssen oft außergewöhnlich hohe Drucke zur Einwirkung kommen, um die Sc'hic'ht
aufzubrechen. Bei dichten Formationen ist oft dieses Aufbrechen unmöglich, da :die
Flüssigkeit lediglich aufgesaugt wird. Bei der Anwendung von hydraulischem Druck
wird eine Formation für gewöhnlich an ihrer schwächsten Stelle aufgebrochen. Es
entstehen oft Flüssigkeitsverluste und Druckverluste, die wenig oder nichts zur
Erhöhung der Fördermenge des Bohrloches beitragen, sondern vielmehr das Bohrloch
beschädigen. Dieser Nachteil besteht auch dann noch, wenn ein hydraulisches Aufbrechen
erfolgt, nachdem -das Bohrloch mit einer großen Zahl von kleinen Löchern, die sich
in Radialric'htung von dem Bohrloch erstrecken, gefördert worden ist. Bei der Erfindung
erfolgt ein sicheres hydraulisches Aufbrechen, da erstens die Formation, die von
einem tiefen Loch durchsetzt wird, bei verhältnismäßig niederen Drucken aufbricht,
und weil zweitens dieses Aufbrechen an einer gewünschten Stelle erfolgt.
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Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren tiefe Löcher in der Formation
und auch ausgedehnte Risse erzeugt werden, die sieh noch weiter in die Erdformation
hinein erstrecken, und da die Löcher und Risse an gewünschten Stellen der Erdformation
entstehen,- ist das Einspritzen von Flüssigkeiten, beispielsweise Säuren, bedeutend
wirksamer. Die Erfindung erhöht also die Wirksamkeit der zur Gewinnung
dienenden
Sekundärverfahren, beispielsweise Wassereinspritzungen in Ölbohrlöcher.
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Die erwähnten Begrenzungen bei der Verwendung von Perforatoren und
begrenzten Explosivladungen hängen weitgehend von der geringen Größe des Bohrloches
ab. Mit einem eine Kugel verwendenden Perforator wird für gewöhnlich in der Auskleidung
,des Bohrloches ein Loch von 12,5 mm erzielt, wobei die Spitze der Kugel etwa 5ö
bis 75 -mm von der Auskleidung wegliegt und der Zementring um die Auskleidung
herum in einem Radius von etwa 5o mm um das Loch zerstört ist. Da die Kugel aus
einem dem Bohrloch quer liegenden Lauf abgeschossen wird, ist die Geschwindigkeit
und die kinetische Energie der Kugel bei ihrem Auftreffen auf die Bohrlochwand und
bei ihrem Eindringen in die Formation sehr begrenzt. Zur Erhöhung der Eindringtiefe
von Kugeln sind in den letzten Jahren Von der Industrie Pulverladungen geschaffen
worden, die einen Druck von 21 ooo kg/cm2 erzeugen, wobei diese Drucke weit über
den Elastizitätsgrenzen der stärksten Stähle liegen. Infolgedessen ist bei diesen
zur Zeit verwendeten Perforatoren die Gefahr vorhanden, daß sie innerhalb .des Bohrloches
zerspringen und sich so weit ausdehnen, daß sie aus dem Bohrloch nur mit größter
Schwierigkeit entfernt werden können. Ihre Wirksamkeit nimmt auch nach einer solchen
Ausdehnung und nach dem ersten Gebrauch merklich ab. Es ist auch bereits vorgeschlagen
worden, in Längsrichtung des Bohrloches einen Lauf aufzustellen, der an seinem Mündungsende
in einer Ablenkvorricbtüng,beispielsweise einer gebogenen Spitze, endet. Das ergibt
den Vorteil eines langen Laufes und ermöglicht gleichzeitig eine seitliche Ablenkung
durch die Auskleidung hindurch. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch nur zum Perforieren
von Auskleidungen vorgeschlagen worden und ist weder für das tiefe Perforieren oder
für Rißbildung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt noch dafür geeignet.
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Die größte übliche geformte Explosivladung, die in Bohrlöchern verwendet
werden kann, die das übliche 15o-mm-Gehäuse enthalten, erzeugt ein Loch von etwa
12,5 mm im Durchmesser in der Auskleidung, wobei sich dieses Loch in der Formation
auf etwa 3 mm bei einer Höchsttiefe von etwa 25 cm verjüngt. Dies bedeutet zwar
eine beträchtliche Verbesserung gegenüber der Lochung mittels einer Kugel, wobei
gleichzeitig die Zerstörungswirkung der Explosivladung auf den Zementring sehr vermindert
ist, jedoch ist offensichtlich, daß ein Eindringen auf diese Tiefe und die erhaltenen
Lochdurchmesser keine wirksame Kanalbildung oder Rißbildung erzielen.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung,
in der ein Geschoß in einer ungefähr parallel zur Bohrlochacbse gelegenen Richtung
beschleunigt wird, in der ferner die Flugrichtung des Geschosses innerhalb der engen
Umgrenzungswände des Bohrloches geändert wird, und in der schließlich das Geschoß
veranlaßt wird, die gegebenenfalls vorhandene Auskleidung seitlich zu perforieren
und in die Formation einzudringen, um in dieser Formation ein großes tiefes Loch
und ausgedehnte Risse zu bilden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung weist einen Richtkanal auf, der
die Flugrichtung des Geschosses ändert, ohne daß das Bohrloch beschädigt wird oder
@die anschließenden Arbeiten innerhalb des Bohrloches beeinträchtigt werden. In
den Zeichnungen ist Fig. i ein Schnitt durch ein ausgekleidetes Bohrloch, in das
die erfindungsgemäße in Seitenansicht dargestellte Vorrichtung hinabgeilassen ist,
Fig. 2 ein Längsschnitt durch .die Vorrichtung, Fig. 3 ein Längsschnitt durch das
Gesc'hoß nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. .1 ein Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig.
2, Fig. 5 ein Querschnitt nach Linie 5-5 der Fig. 2 und ' Fg. 6 zeigt die Wirkung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens auf eine fündige Formation.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an einer gewünschten Stelle
ein tiefer Kanal oder es werden mehrere tiefe Kanäle und Risse erzeugt, die sich
mehrere Meter oder weiter radial von einem Bohrloch aus erstrecken, das in einer
fündigen Erdformation mit oder ohne Auskleidung geführt ist, wobei diese Kanalbildung
durch das Abfeuern eines Geschosses erzeugt wird, das eine außergewöhnlich hohe
kinetische Energie aufweist, wobei sich eine'Erhöhung der Ausbeute des Bohrloches
ergibt oder ein anschließendes hydraulisches Aufbrechen oder eine Behandlung mit
Säuren oder .eine andere die Ausbeute erhöhende Behandlung erfolgen kann, bei der
die erwähnten Kanäle und Risse benutzt werden.
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Das zur Durchführung des Verfahrens verwendete Werkzeug 1o weist eine
Kammer 12, einen Lauf 14. und einen Richtschuh 16 auf. Das Werkzeug 1o wird in ein
Bohrloch f8 hinabgelassen, das eine Auskleidung 2o und einen Zementring 22 aufweist.
Das innerhalb der Kammer 12 befindliche Pulver 2,4 wird entzündet, um das Geschoß
26 nach unten in den Lauf 1.4 zu treiben, aus dem es in den Richtschuh 16 eintritt,
dessen Richtkanal 28 die Richtung des Geschosses ändert, so daß das Geschoß im wesentlichen
in seitlicher Richtung durch d:ie Auskleidung und den Zement in die Formation eindringt.
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Das Werkzeug 1o (Fig. i bis 5) hängt an einem Seil 30, das in üblicher
Weise an dem Seilkopf 32 befestigt ist. Der Seilkopf 32 wird von einem elektrischen
Leiter 34 durchsetzt. Der Seilkopf 32 ist in die Kammer 12 eingeschraubt und mittels
mehrerer Dichtungsringe 36 abgedichtet. Eine Bohrung 38 des Seilkopfes nimmt den
elektrischen Leiter 34 und eine elektrische Zündvorrichtung q.o auf. Die Kammer
24 ist mit einer Ladung ¢2 gefüllt. Vor dieser Ladung befindet sich ein Geschoß
26, das im vorliegenden Fall aus einem gehärteten Stahlkern 44 und einem mit einem
Schulterflansch ,48 versehenden Aluminiummantel 46 besteht. An dem Mantel .^6 des
Geschosses ist eine Flußeisenplatte 50 befestigt. Das Geschoß (Fig. 2) wird
im
Lauf 14 mittels eines zwischen dem Flansch 48 und der schmalen
Schulter befindlichen Anschlag genalten. Die Schulter wird von der 1m Durchmesser
verkleinerten Innenseite der Laufmündung gebildet.
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Auf das Mündungsende des Laufes 14 ist ein Einsatz 54 aufgeschraubt,
wobei Dichtungsringe 56 eine Dichtung zwischen dem Einsatz 54 und dem Lauf 14 herstellen.
Eine Abdichtkappe 58 ist auf den Einsatz 54 aufgeschraubt und ist dem Einsatz 54
gegenüber mit den Dichtungsringen 6o abgedichtet. Die Abdichtkappe 58 hat eine geschlossene
Stirnfläche 62, so daß keine Flüssigkeit in das Werkzeug einströmen kann. Bei der
dargestellten Ausführung ist der Richtkanal 28 der Bo!hrlochflüssigkeit gegenüber
frei. Erfahrungsgemäß unterstützt diese Bohrlochflüssigkeit die Änderung der Flugrichtung
des Geschosses von der Lotrechten zur Schrägen. Vier Stellschrauhen 64 sind in vier
Ausnehmungen66 der Abdichtkappe eingeschraubt, um den Richtschuh 16 zu halten. Innerhalb
des Richtschuhes 16 liegt ein bogenförmigerRichtkanal 28, der beim Abfeuern die
Flugrichtung des Geschosses zur Seite lenkt.
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Beim Zusammenbau des Werkzeuges wird das Geschoß 26 in die Kammer
12 eingesetzt und liegt auf der Schulter 52. Die Ladung 42 wird dann in die Kammer
12 eingebracht und der von dem Seil 30 getragene Seilkopf, in dem sich die
elektrische Zündvorrichtung 40 befindet, in die Kammer 12 eingeschraubt. Der Einsatz
54 wird dann auf den Lauf 14 aufgeschraubt und die Abdichtkappe 58 in den Einsatz
54 eingeschraubt. Dann wird der Richtschuh 16 über den Einsatz 54 gesetzt und mittels
der vier Stellschrauben 64 aufgehängt.
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Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkzeug
io in .das Bohrloch bis zur fündigen Formation oder bis zu der bereits, erzeugenden
Formation gesenkt, wobei der Richtschuh 16 so aufgestellt wird, daß er gegenüber
demjenigen Abschnitt der Formation liegt, in dem ein Strömungskanal undRiß gebildet
werden sollen. Die elektrische Zündvorrichtung 4o wird dann betätigt. Die Ladung
42 entzündet sich und erteilt dem Geschoß eine hohe kinetische Energie. Das Geschoß
durchfliegt den Lauf 14, wobei seine Richtung im Richtkanal 28 des Richtschuhes
16 geändert wird, durchschlägt dann die Auskleidung 2o und die Zementschicht 22
und dringt in die Formation ein, wobei .ein großes tiefes Loch in der Formation
und außerdem weitreichende Risse gebildet werden, die durch die Keilwirkung des
Geschosses entstehen und von -dem Bohrloch ausgehen. Dann werden die in der Endformation
gebildeten Kanäle und Risse entweder zur Er'flöhung der Ergiebigkeit des Bohrloches
unmittelbar oder zum hydraulischen Aufbrechen, Ansäuern od. dgl. verwendet.
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Beim Auftreffen des Geschosses 26 löst sich der Richtschuh 16 von
Abdichtkappe 62 und wird in kleine Stücke zerbrochen. Der übrige Teil des Werkzeuges
wird zur Oberfläche zurückgezogen. Gewünschtenfalls können die Schießarbeiten wiederholt
werden, um einen zusätzlichen Kanal oder zusätzliche Kanäle und Risse in der Formation
vor dem Erschließen des Bohrloches oder zur nachfolgenden Behandlung des Bohrloches
zu bilden.
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Zusätzlich kann die Schießarbeit in einem Bohrloch oder in mehreren
Bohrlöchern, die von dem Gewinnungsbohrloch auf Abstand. stehen, ausgeführt werden,
und es kann eine Wassereinspritzung erfolgen, um in der Nähe des Gewinnungsbohrloches
den in der Formation oder in der Erdschicht herrschenden Druck zu erhöhen.
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Beispielsweise können in Ölbohrungen, die mit den üblichen i4-cm-Bohrungen
ausgekleidet sind, m,it Kugeln arbeitende Perforatoren eine kinetische Energie von
2o7 mkg entwickeln, wobei die Geschwindigkeit der Kugel etwa 304 bis 456 m/Sek.
und das Gewicht der Kugel .etwa 22,6g beträgt. Um einer Kugel diese kinetische Energie
zu erteilen, sind Drucke von mehr als 7000 kg/m2 erforderlich.
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Geformte Normalladungen in diesen Bohrlöchern erreichen eine kinetische
Energie von Ego mkg je Stoß, wobei die Stoßgeschwindigkeit 76öo m/Sek. beträgt und
die Masse klein ist. Die Erfindung dagegen arbeitet in dem erwähnten i4-cm-Bohrrohr
mit Drucken innerhalb des Werkzeuges, die nicht über 350o kg/cm2 liegen, wobei die
kinetischen Energien Hunderte oder Tausende von mkg betragen und auf Geschosse übertragen
werden, die o,4 bis i,6 kg wiegen und an der Laufmündung eine Geschwindigkeit von
6o8 bis 1368 m/Sek. haben. Diese Parameter können noch wesentlich erhöht werden.
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Die Fig.6 zeigt Muster von Löchern 68, von 70, 72, die von Perforatoren
mit Kugeln oder Hohlladungen erzeugt sind. Der Kanal 74 und Risse 76 hingegen, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, erstrecken sich, wie ersichtlich,
beträchtlich weiter von dem Bohrloch weg zum Lager 78. Versuche haben a -zeigt,
daß, zum Unterschied von den Lochungen, die mit den üblichen Verfahren erhalten
werden und, weniger als 30 cm Länge haben, der Kanal 74 sich über mehrere
Meter in die Erdformation 8o erstreckt und daß die Risse 76 weit nach außen von
diesem Kanal reichen. Die Erfindung ermöglicht es daher, daß ,das Bohrloch unmittelbar
über die Risse 76 und den Kanal 74 versorgt wird.
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Außerdem ist der Durchmesser des Kanals 74, der in dem Bohrloch und
in der Erdformation 75 mm betragen kann, wesentlich größer als die nach den üblizben
Verfahren hergestellten Löcher eines Durchmessers von 12,5 mm. Dies unterstützt
nicht nur die unmittelbare Erzeugung, sondern diese Perforierung hat auch eine größere
Oberfläche, auf die die Flüssigkeiten, die während des hydraulischen Aufbrechen
unter Druck eingeführt werden, einwirken können, wie die Pfeile 82 der Fig. 6 zeigen.
Während bei dem üblichen hydraulischen Aufbrechen oder bei dem Zuführen von Säure
oder bei dem Einspritzen von Flüssigkeit zur Sekundärgewinnung die Flüssigkeit und
daher auch der Druck verloren sein kann, wenn das Lochrauster
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verwendet wird, und zwar beispielsweise infolge unerwünschten Einsturzes an einer
Grenzschicht oder Verwerfung 8q., lokalisieren der Kanal 74 und die Risse 76 die
Druckeinwirkung und das Aufbrechen an einer gewünschten Stelle der Erdformation.
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Wenn beim Abschießen der Ladung das Geschoß 26 den Richtkanal
28 erreicht, so löst sich der Schuh 16 von dem Werkzeug. Ein Ausbauchen und
Verziehen und ein wahrscheinliches Steckenbleiben in dem Gehäuse des Werkzeuges,
das auftreten würde, wenn eine dauerhafte Befestigung des Schuhes an dem Werkzeug
erfolgte, wird dadurch vermieden. Aber die" Bewegung des Schuhes von dem Werkzeug
weg würde wahrscheinlich die Richtwirkung des Richtkanals 28 verhindern. Bei der
Erfindung ist jedoch diese Schwierigkeit dadurch behoben, daß ein genügend großes
M.assenv erhältnis zwischen dem Richtschuh und dem Gesc:hoß 26 hergestellt wird,
so daß eine genügende Umsenkung des Geschosses erfolgt.
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Wird zum Arbeiten das in den Zeichnungen dargestellte Werkzeug verwendet,
bei dem das Verhältnis der wirksamen Schuhmasse, d. h. der unterhalb -des Krümmungsbeginnens
des Richtkanals 28 befindlichen Masse des Schuhes, gegenüber der Geschoßmasse kleiner
als q. ist, dann beträgt die Mündungsgeschwindigkeit des Geschosses annähernd io6q.
m/Sek., und der aus Gußeisen beste;:ende Schuh- bewirkt keine -wesentliche Richtungsänderung
.des Geschosses. Bei höheren Verhältnissen genügt jedoch das trägheitsvermögen des
Schuhes, um .dem Geschoß eine genügend merkbare Richtungsänderung zu erteilen. Ist
das erwähnte Verhältnis ungefähr 8 bis 12, dann wird eine Ablenkung von go° erhalten.
Eine weitere Erhöhung des Verhältnisses hat keinen Nutzen.
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Da der Richtschuh 16 der erwähntenAusführung aus Gußeisenbesteht,
ist der Schuh beim Arbeiten des Werkzeuges zerbrechlich und wird nicht nur von dem
Werkzeug freigegeben, sondern wird auch in sehr viele kleine Stücke zerbrochen,
die erforderlichenfalls leicht aus dem Bohrloch ausgebohrt werden können. Erfahrungsgemäß
unterstützt bei Gescnwindigkeiten von 60o bis 1400 m/Sek. die Bohrflüssigkeit wesentlich
die Richtungsänderung des Geschosses und stört nicht die Wirksamkeit des Geschosses
26'b@ei einem-Eindringen aus demWerkzeug in die Erdformation.
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Bei der Anpassung eines Werkzeuges an die zum Betrieb oder zum Arbeiten
des Verfahrens verwendeten Energieebenen hat sich herausgestellt, daß die erforderliche
Richtungsänderung aus der Längsrichtung des Bohrloches zur Querrichtung in die Erdformation
hinein wesentlich bei- der dargestellten Ausführung dadurch unterstützt wird, daß
einbestimmtes .gegenseitiges Verhältnis zwischen dem Geschoß 26 und dem Richtkanal
28 besteht. Dieses Verhältnis ist auf jeden Fall dann erforderlich, wenn ein Werkzeug
verwendet wird; dessen Richtschuh sich nicht von dem Werkzeug löst, wie es beispielsweise
bei großen Bohrlöchernder Fall ist. Dieses Verhältnis beruht auf der Entdeckung,
daß eine plastische oderbildsame Fließbewegung oder Nachgeben zwischen dem Geschoß
und dem Richtkanal während der Verschiebung des Geschosses indem Kanal erforderlich
ist, so daß entweder -das Geschoß oder der Kanal oder das Geschoß und der Kanal
gegenseitig nachgeben. Fehlt diese plastische Fließbewegung oder dieses Nachgeben,
so kann eine erwünschte Keilschrämwirkung, durch die der Einfluß des Richtkanals
auf das Geschoß bei dessen Richtungsänderung verlorengeht, und eine 2-Punkt-Berührung
des Geschosses an dem erzeu.gtenKanal auftreten, sod'aß auf dieses Geschoß zerstörende
Kräfte einwirken, die das Geschoß zerbrechen wollen.
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Bei der dargestellten Ausführung wird diese plastische Fließbewegung
oder dieses Nachgeben durch die Verwendung .eines aus Guß-eisen bestechenden Richtkanals
28 und eines Geschosses 26 erhalten, das einen verhältnismäßig harten Stahlkern
44 und einen veAältnismäßig weichen Aluminiummantel 46 hat, wobei beim Vorschieben
des Geschosses in dem Richtkanal der Aluminiummantel q:6 sieh an dem härteren Gußeisen
abflacht, jedoch zu gleicher Zeit in einer gewissen Größe in dieses Gußeisen eingebettet
wind. Die gewünschte plastische Zwischenfläche kann auch dadurch erhalten werden,
daß der Außenabschnitt des Geschosses aus `härterem Material als das Gußeisen des
Richtkanals besteht, wodurch die Einbettung bedeutend verstärkt und die Abflachung
vermindert wird. Natürlich können auch das Geschoß und der Richtkanal aus dem gleichen
Material, beispielsweise Gußeisen, bestehen.
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Zwischen dem Geschoß und dem Richtkanal kann eine plastische Zwischenfläche
auch dann vorhanden sein, wenn das Geschoß und/oder der Richtkanal .aus Stoffen
besteh-en, die für die auftretenden Energien und Geschwindigkeiten verhältnismäßig
weich sind. Ferner kann der Richtkanal 28- mit einem Material ausgekleidet sein,
das sich von dem Körper des Richtschuhes 16 unterscheidet und weicher oder härter
als-dies-er Körper ist.
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Bei Verwendung der Erfindung werden außergewöhnlich gute Ergebnisse
erzielt, wie dies aus den nachstehenden Berichten der Ölindustrie hervorgeht, 'die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten.
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In dem nachfolgenden Beispiel war das verwendete Stahlwerkzeug 8,2o
m lang und hatte einen Höchstdurchmesser von ioi mm. Die Laufbohrung war 54 mm.
Der Außendurchmesser des Geschoßmantels aus Aluminium war 54 mm, und der Durchmesser
des harten Stahlkernes war 38,1 mm. Das Gesamtgewicht des Geschosses war i kg, und
die rauchlose Pulverladung wog o,9 kg.
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DieGeschoßgeschwindigkeiterreichte 1094m/Sek., und die kinetische
Energie, die dem Geschoß erteilt wurde, belief sich auf 662q.0 rn!kg. Das wirksame
Gewicht des aus Gußeisen bestehenden Richtschuhes war io kg, so daß das Verhältnis
der Richtschu'hmasse zur Geschoßmasse sich etwas über 9 belief.
Bohrloch
.der T. & P. Coal and Oil Company, Lea County, New Mexico Das Bohrloch ist ein
Gasbohrloch durch eine Trägerschicht in einer Tiefe von 945 bis 985 m. Das Bohrloch
wurde ursprünglich ergänzt durch vierhundert Perforierungen, wurde dann angesäuert
und hydraulisch aufgebrochen. Das Bohrloch ergab 3780 cbm Gas pro Tag. Das
Bohrloch wurde dann gemäß dem Verfahren der Erfindung behandelt, wobei acht Löcher
mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug hergestellt wurden. Eine sofortige Prüfung ergab
eine Förderung von 6654 cbm pro Tag. i Monat später ergab .das Bohrloch noch eine
Förderung von 5544 cbm pro Tag. Bohrloch der Stanolind Cil & Gas Company in
the Andector-McKee, Field in Texas Das Bohrloch ergab ursprünglich 25:28o 1
Öl pro Tag bei einem Fließdruck von 32 kg/cm2, wobei zuerst eine Perforierung
mittels Explosivladung in dem Simpson-Sand, einer Erdformation, in einer Tiefe von
24q.0 bis 2452 m vorgenommen wurde. In diese Zone wurden vier Löcher je
30 cm eingeschossen. Ehe das Bohrloch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelt wurde, war die Ergiebigkeit des Bohrloches auf eine Ausbeute von 70001
pro Tag gesunken. Die Eigentümerin hatte einen 'hydraulischen Aufschluß versucht,
konnte jedoch die Erdformation bei Verwendung eines Druckes von 420 kg/cm2 nicht
aufschließen, trotzdem die Aufschließflüssigkeitden Erdformationen in einer Menge
von 3161/Min. zugeführt wurde. Das Bohrloch wurde daraufhin mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren behandelt, wobei acht Löcher erzeugt wurden und nach der Schießarbeit
ein hydraulischer Aufschluß erfolgte. Die Erdformation wurde zunächst mit einem.
Druck von 266 kg/cm2 aufgebrochen, der dann auf 126 -kg/cm-9 sank. Die Formation
nahm die Aufschlußflüssigkeit in einer Menge von 632 1/Min. an. Dann floß das Bohrloch
mit einer Geschwindigkeit von 390001
pro Tag bei einem Druck von 47 kg/cm2.
Bohrloch der Rowan Oil Co., TXL 1-39, Sec. 39, Spray'bury Field, Texas Dieses Bohrloch
befindet sich in dem bekannten Spraybury Field, das sich vielversprechend anließ,
dessen Bohrlöcher jedoch in kurzer Zeit in der Ausbeute abnahmen. Das Bohrloch war
nicht ausgekleidet und wurde am 19. Juni 1952 einem hydraulischen Aufschluß
mit 2o ooo 1 Flüssigkeit unterworfen. Das Aufbrechen wurde mit einem Druck von 2o6
kg/cm2 begonnen, der auf 182 kg/cm2 abfiel, wobei die Formation 632 1/Min. Flüssigkeit
aufnahm. Das Bohrloch hatte vor der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
am 3. November 1953 1763 0001 ergeben und bei einer Tagesleistung von 2ooo bis 2500
1. Am 20. November 1953 wurde das erfindungsgemäße Verfahren bei dein Bohrloch angewendet,
wobei die Schießarbeit in der Erdschicht bei 2316, 2313, 231o, 23o6 und
2302 m vorgenommen -wurdde. Das Bohrloch wurde dann hydraulisch aufgeschlossen.
Der Aufbruch der Formation erfolgte bei einem Druck von 91 kg/cm2, der durchschnittliche
Einspritzungsdruck betrug 66,5 kg/cm2, die Formation nahm durchschnittlich 526o
1 in der Minute an. Die Erzeugung wurde am 23. November 1953 wieder aufgenommen,
und das Bohrloch floß mit einer Menge von 370001 pro Tag. Am 1o. Dezember 1953 ergibt
sich eine dauernde Menge von 17 000 1 pro Tag. Das Bohrloch der Gulf Cil
Corporation in Sandhiilss-Tub@bs Field,. Texas D.iieses Bohrloch war unverrohrt
in der Greyburg Dolomit-Kalk-Zone mit dem Olträger in 148o bis 1465 m Tiefe, wobei
geformte Explosivladungen verwendet wurden. Nach der Schießarbeit wurde versucht,
die Erdformation anzusäuern wobei die Bohrlochproduktion 52141 pro Tag betrug. Nach
der Behandlung gemäß der Erfindung, bei der vier Schüsse in die Erdformation abgeschossen
und in das Bohrloch. 9ooo 1 Säure eingegossen wurden, betrug die Ergiebigkeit des
Bohrloches 26 ooo 1 pro Tag. Bohrloch von Evans-Hartwell bei Shreveport, Lousiana
Dies war ein altes Bohrloch in dem Kilpatrick-Kalk und erzeugte 126o bis 158o 1
pro Tag, von denen 6o o/o Wasser waren. Der Unternehmer hatte versucht, die Formation
hydraulisch aufzuschließen, und zwar mit einem Druck von 36o kg/cm2. Es fand jedoch
kein Aufschluß der Formation statt. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug wurden zwei
Schüsse abgegeben, die Löcher :bei 1125 und 11z6 m in die fündige
Zone, die von 1124 bis 1127 m reichte, schlugen. Dann wurde das Bo'hrloc'h mit 45001
Flüssigkeit aufgeschilossen. Es ergab sich, daß die Formation in zwei Stufen aufbrach,
und zwar die erste Stufe bei einem Druck von 273 kg/cm2 und die zweite Stufe bei
21okg/cm2, wobei die Flüssigkeitseinspritzung eine Größe von 4741/Min. ergab. Die
Produktionsergebnisse dieses Bohrloches stehen nicht zur Verfügung, es ist jedoch
offensichtlich, daß der Formationseinbruch durch Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt. Bohrloch Metcalfe A-1 der Pearson Siebert Oil Company, Aspermont
Texas Dieses Bohrloch hatte eine 150 cm starke fündige Zone in einem Konglomerat
.in einer Tiefe zwischen 1814 und 18I6 m. Vor der Behandlung mit dem erfindungsgemäßem
Verfahren ergab das Bohrloch 395,1 t51 pro Tag. Zwei Schüsse wurden mit dem
erfindungsgemäßen Werkzeug bei 1815 und 1815,3 m abgefeuert, und das Bohrloch wurde
mit einer kleinen Menge von Flüssigkeit hydraulisch aufgeschlossen. Das Bohrloch
erzeugt jetzt 23701 Öl
proTag mit 316-bis 47a 1 Wasser. Die
Förderungsgeschwindigkeit ist erhöht.