EP1685308B1 - Perforationskanonensystem mit selbstverschliessenden durchschusslöchern - Google Patents

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EP1685308B1
EP1685308B1 EP04765481A EP04765481A EP1685308B1 EP 1685308 B1 EP1685308 B1 EP 1685308B1 EP 04765481 A EP04765481 A EP 04765481A EP 04765481 A EP04765481 A EP 04765481A EP 1685308 B1 EP1685308 B1 EP 1685308B1
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EP
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gun barrel
sliding tube
perforation
gun
perforators
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EP04765481A
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Rolf Rospek
Malte Veehmayer
Wilfried KRAUTHÄUSER
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DynaEnergetics GmbH and Co KG
Original Assignee
DynaEnergetics GmbH and Co KG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/11—Perforators; Permeators
    • E21B43/119—Details, e.g. for locating perforating place or direction

Definitions

  • the invention relates to a perforation gun according to the preambles of claims 1 and 3.
  • Perforation guns are used in deep hole blasting in the oil and gas industry to connect the well to the storage horizon.
  • a perforation gun consists of an outer cannon tube in the interior of perforators - usually hollow or Gechossladungen - are arranged, which shoot when ignited radially outward through the gun barrel. In the gun barrel remain bullet holes after the shot.
  • a detonating cord leads through the gun barrel, which causes the perforators to ignite when ignited.
  • the invention is based on the object to improve a perforation gun according to the preamble of claim 1 so that with simple and safe Means escape of fragments from the gun barrel is avoided in the bore.
  • this object is achieved in a first embodiment in that the means for automatically closing comprise cartridges with a swellable 2-component foam and these cartridges are arranged in the gun barrel and are breakable by the ignited detonating cord, whereby foam escapes from the cartridges, swells and the bullet holes clogged.
  • a cartridge is arranged adjacent to a perforator.
  • the sliding tube is fixed in its initial position via a securing element which breaks open after ignition of the detonating cord and releases the displacement of the sliding tube.
  • the adjusting device may be a tensioned spring or a pyrotechnic element which can be ignited by the detonating cord.
  • the sliding tube is closed on the side in which it is to move, and is open on the other side, whereby the sliding tube is formed like a piston, which is displaceable by the pressure building up by the ignition of the perforators.
  • a fluid is arranged between the sliding tube and the gun barrel. With this fluid, the timing of the radial expansion of the sliding tube can be controlled.
  • FIG. 1 shows a gun barrel 1 of a perforating gun for use in the petroleum and natural gas industry for connecting a well to the storage horizon.
  • the gun barrel 1 is closed at its two ends by a respective connector or termination 18.
  • a sliding tube 4 and therein a charge carrier 9 is arranged, are attached to the perforators 10.
  • these perforators are 10 shaped charges.
  • a detonating cord 11 is guided to the respective ignition points of the perforators 10.
  • the detonating cord 11 is guided by the connectors or terminations 18 in the interior of the perforation gun.
  • the inner tube or the sliding tube 4 is z at one end. B. closed by a cap 5. Adjacent to the cap 5 is a securing element 7, here a shear pin, which fixes the sliding tube 4 before the shot in such a way that the sliding tube 4 can not move in the gun barrel 1 in the longitudinal direction.
  • a securing element 7, here a shear pin Adjacent to the cap 5 is a securing element 7, here a shear pin, which fixes the sliding tube 4 before the shot in such a way that the sliding tube 4 can not move in the gun barrel 1 in the longitudinal direction.
  • predetermined breaking points 3 can be introduced so that after the ignition of the perforators 10, the forming hollow charge jet 12 (see FIG. 2) can penetrate the gun barrel 1 unhindered.
  • Fig. 2 shows a section of the perforation gun immediately after ignition.
  • the detonating cord 11 has ignited the perforators 10.
  • the forming hollow charge jet or shaped charge jet 12 has penetrated the sliding tube 4 and the gun barrel 1.
  • the metal housing of the perforators 10 disassemble and form fragments and fragments that form part of the "debris".
  • Figure 3 shows a section of the perforation gun immediately after the shot.
  • the shaped charge jet 12 has penetrated the sliding tube 4 at the bullet hole 14 and the gun barrel 1 at the bullet hole 13.
  • a pressure has built up. This pressure acts on the sliding tube 4 in the direction of the securing element 7, since the sliding tube 4 is closed on the side of the securing element 5 by a cap 5 and is open on the opposite side.
  • "debris" 17 has formed.
  • Figure 4 shows a section of the perforation gun after the shot. Due to the pressure in the sliding tube 4, the securing element 7 has been sheared off, as a result of which the sliding tube 4 has displaced as far as the adjacent connector or termination 18. As a result, the remaining small parts or the debris 17 can not leave the gun barrel 1. Not shown is that Inner tube 4 inflated after the shot and thus has wedged with the gun barrel 1.
  • the invention thus consists of a mechanism which closes the perforation holes or through holes 13 in the gun wall 2 after the shot and thus prevents the "debris" 17 from escaping.
  • Foam cartridges or, as described, a pusher or rotation mechanism may serve as the closure mechanism.
  • some perforators 10 are replaced by 2-component foam cartridges. Through the detonating cord 11 which ignites the perforators or charges 10, the cartridge is brought to the implementation, the foam swells up and clogs the bullet holes thirteenth
  • a second tube, a pusher tube 4 is used in the gun, which is slid after passage through at least the diameter of the bullet hole 13 (either longitudinally, slide mechanism or transversely, rotation mechanism).
  • the displacement is indicated by an X (see reference numeral 8).
  • the sliding tube 4 is fixed in the starting position via a securing element 7, the z. B. is destroyed by the detonating cord 11. As a fuse element 7 z. As bolts, circlips or screws serve. The destruction can z. B. also via a pyrotechnic element - possibly with delay set - done.
  • the internal pressure in the gun after the shot may also be caused by the reaction products of the explosives in the perforators 10. If the sliding tube 4 is closed on the side to which it is to move and kept open on the other side, this sliding tube 4 can move like a piston. The internal pressure can relieve itself only through the perforation holes 14 and the passages 6 for the detonating cord 11. The time until complete pressure reduction is sufficient to move the sliding tube 4 and thus to close the bullet holes 13, 14. At the same time, the gas pressure inflates the pusher tube 4 (also known as conventional guns under the term "gun swell"). The expanding sliding tube 4 can become wedged with the inner wall of the outer tube or cannon tube 1 and thus can not slip back. The time of this expansion can z. B. be controlled by a fluid between the inner and outer walls. For this purpose, z. As fat or silicone oil can be used.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Perforationskanone nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
  • Perforationskanonen werden in Tiefbohrlochsprengungen in der Erdöl- und Erdgasindustrie zur Anbindung der Bohrung an den Speicherhorizont eingesetzt.
  • Eine Perforationskanone besteht aus einem äußeren Kanonenrohr in dessen Innerem Perforatoren - üblicherweise Hohl- oder Gechossladungen - angeordnet sind, die bei Zündung radial nach außen durch das Kanonenrohr schießen. Im Kanonenrohr verbleiben nach dem Schuß Durchschusslöcher.
  • Zur Zündung der Perforatoren führt eine Sprengschnur durch das Kanonenrohr, welche bei Zündung die Perforatoren zur Zündung veranlasst.
  • Problematisch bei diesem Verfahren sind Rest- und Bruchstücke der Perforatoren und der Bauteile im Inneren des Kanonenrohrs, die nach dem Schuss durch die Durchschusslöcher in die Bohrung fallen können. Um diesen "debris" (Bruchstücke der Perforatoren) zu vermeiden wird in der WO 00/49 271 vorgeschlagen, zum selbstständigen Verschließen der Durchschusslöcher ein außerhalb des Kanonenrohrs auf der Außenwand des Kanonenrohrs aufliegendes verschiebbares Schieberohr nach dem Schuss durch eine Verstellvorrichtung um mindestens den Durchmesser des Durchschusslochs zu verschieben. Dieses System hat in Horizontalbohrungen Nachteile, da hier das Schieberohr auf der "Casing Innenwandung" aufliegt und dadurch ein Verschieben des Schieberohrs erschwert ist. Mit Casing ist das in die Bohrung eingebrachte äußerste Rohr gemeint, in das die Perforationskanone eingelassen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Perforationskanone nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass mit einfachen und sicheren Mitteln ein Austreten von Bruchstücken aus dem Kanonenrohr in die Bohrung vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einer ersten Ausführungsform dadurch gelöst, dass die Mittel zum selbsttätigen Verschließen Kartuschen mit einem quellfähigen 2-Komponenten-Schaum umfassen und diese Kartuschen im Kanonenrohr angeordnet sind und durch die gezündete Sprengschnur aufbrechbar sind, wodurch Schaum aus den Kartuschen austritt, aufquillt und die Durchschusslöcher verstopft.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist jeweils einem Perforator eine Kartusche benachbart angeordnet.
  • Bei Perforationskanonen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3, d. h. Perforationskanonen mit einem äußeren Kanonenrohr, in dessen Inneren Perforatoren angeordnet sind, die über eine durch das Kanonenrohr führende Sprengschnur zündbar sind und nach Zündung das Kanonenrohr an Durchschusslöchern durchschlagen, wobei Mittel zum selbsttätigen Verschließen der Durchschusslöcher vorgesehen sind und diese Mittel ein Schieberohr umfassen, welches nach dem Durchschuss durch eine Verstellvorrichtung um mindestens den Durchmesser des Durchschussloches verschiebbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Schieberohr koaxial zwischen den Perforatoren und dem Kanonenrohr angeordnet ist. Hierdurch wird mit einfachen und sicheren Mitteln ein Austreten von Bruchstücken aus dem Kanonenrohr in die Bohrung vermieden. Bei Horizontalbohrungen, bei denen die Außenwand auf der Casing Innenwandung aufliegt, ist ein Verschieben des Schieberohrs sicher möglich.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist das Schieberohr in seiner Ausgangsposition über ein Sicherungselement fixiert, welches nach Zündung der Sprengschnur aufbricht und die Verschiebung des Schieberohrs freigibt.
  • Die Verstellvorrichtung kann eine gespannte Feder oder ein durch die Sprengschnur zündbares pyrotechnisches Element sein.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist das Schieberohr auf der Seite, in die es sich verschieben soll, verschlossen und ist auf der anderen Seite offen, wodurch das Schieberohr wie ein Kolben ausgebildet ist, der durch den sich durch die Zündung der Perforatoren aufbauenden Druck verschiebbar ist.
  • Zur Fixierung des Schieberohrs nach dem Verschieben wird vorgeschlagen, dass das Schieberohr eine Wandstärke aufweist, die eine radiale Ausdehnung durch den im Kanonenrohr aufgebauten Druck nach der Zündung der Perforatoren zulässt.
  • Vorteilhafterweise ist zwischen dem Schieberohr und dem Kanonenrohr ein Fluid angeordnet. Mit diesem Fluid kann der Zeitpunkt der radialen Ausdehnung des Schieberohrs gesteuert werden.
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung an Hand von vier Figuren näher erläutert.
  • Figur 1 zeigt ein Kanonenrohr 1 einer Perforationskanone zur Verwendung in der Erdöl- und Erdgasindustrie zur Anbindung einer Bohrung an den Speicherhorizont. Das Kanonenrohr 1 ist an seinen beiden Enden durch jeweils einen Verbinder oder Abschluß 18 verschlossen. Im Inneren des Kanonenrohrs 1 ist ein Schieberohr 4 und darin ein Ladungsträger 9 angeordnet, an dem Perforatoren 10 befestigt sind. In den gezeigten Figuren sind diese Perforatoren 10 Hohlladungen. Zur Zündung dieser Perforatoren 10 ist eine Sprengschnur 11 an die jeweiligen Anzündpunkte der Perforatoren 10 geführt. Die Sprengschnur 11 ist durch die Verbinder oder Abschlüsse 18 in das Innere der Perforationskanone geführt.
  • Das Innenrohr bzw. das Schieberohr 4 ist an einem Ende z. B. durch eine Kappe 5 verschlossen. Angrenzend an die Kappe 5 befindet sich ein Sicherungselement 7, hier ein Scherstift, der das Schieberohr 4 vor dem Schuß derart befestigt, dass sich das Schieberohr 4 nicht im Kanonenrohr 1 in Längsrichtung verschieben kann.
  • Im Kanonenrohr 1, gegenüber den Perforatoren 10, können Sollbruchstellen 3 eingebracht sein, so dass nach der Zündung der Perforatoren 10 der sich bildende Hohlladungsstrahl 12 (siehe Figur 2) ungehindert das Kanonenrohr 1 durchschlagen kann.
  • Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Perforationskanone unmittelbar nach der Zündung. Die Sprengschnur 11 hat die Perforatoren 10 gezündet. Der sich ausbildende Hohlladungsstrahl bzw. Hohlladungsjet 12 hat das Schieberohr 4 und das Kanonenrohr 1 durchschlagen. Die Metallgehäuse der Perforatoren 10 zerlegen sich dabei und bilden Splitter- und Bruchstücke, die einen Teil des "debris" bilden.
  • Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Perforationskanone unmittelbar nach dem Schuß. Der Hohlladungsstrahl 12 hat das Schieberohr 4 am Durchschußloch 14 und das Kanonenrohr 1 am Durchschußloch 13 durchschlagen. Im Inneren des Schieberohrs 4 hat sich ein Druck aufgebaut. Dieser Druck beaufschlagt das Schieberohr 4 in die Richtung des Sicherungselements 7, da dass Schieberohr 4 an der Seite des Sicherungselements 5 durch eine Kappe 5 verschlossen ist und an der entgegengesetzten Seite offen ist. Im Inneren hat sich "debris" 17 gebildet.
  • Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus der Perforationskanone nach dem Schuß. Durch den Druck im Schieberohr 4 ist das Sicherungselement 7 abgeschert worden, wodurch das Schieberohr 4 sich bis an den naheliegenden Verbinder oder Abschluß 18 verschoben hat. Dadurch können die verbleibenden Kleinteile bzw. der debris 17 nicht das Kanonenrohr 1 verlassen. Nicht gezeigt ist, dass sich das Innenrohr 4 nach dem Schuß aufgebläht und damit mit dem Kanonenrohr 1 verkeilt hat.
  • Die Erfindung besteht also aus einem Mechanismus, der nach dem Schuss die Perforationslöcher bzw. Durchschußlöcher 13 in der Kanonenwandung 2 verschließt und somit ein Austreten des "debris" 17 verhindert. Als Verschlussmechanismus können Schaumkartuschen oder wie beschrieben, ein Schieber- oder Rotationsmechanismus dienen. Im Falle der Schaumkartuschen werden einige Perforatoren 10 durch Kartuschen mit 2-Komponenten Schaum ersetzt. Durch die Sprengschnur 11, die die Perforatoren bzw. Ladungen 10 zündet, wird die Kartusche zur Umsetzung gebracht, der Schaum quillt auf und verstopft die Durchschusslöcher 13.
  • Beim Einsatz eines Schiebe- oder Rotationsmechanismus wird in die Kanone ein zweites Rohr, ein Schieberohr 4 eingesetzt, welches nach dem Durchschuss um mindestens den Durchmesser des Durchschusslochs 13 verschoben wird (entweder longitudinal; Schiebermechanismus oder transversal, Rotationsmechanismus). In Figur 1 ist der Verschiebeweg durch ein X (siehe Bezugszeichen 8) gekennzeichnet. Zur Bewegung des Innenrohrs bzw. zweiten Rohrs oder Schieberohrs 4 nach dem Schuss kann eine vorgespannte Feder dienen. Das Schieberohr 4 wird in der Ausgangsposition über ein Sicherungselement 7 fixiert, das z. B. durch die Sprengschnur 11 zerstört wird. Als Sicherungselement 7 können z. B. Bolzen, Sprengringe oder Schrauben dienen. Die Zerstörung kann z. B. auch über ein pyrotechnisches Element - eventuell auch mit Verzögerungssatz - erfolgen. Zur Bewegung des Schiebermechanismus bzw. des Schieberohrs 5 kann auch der Innendruck in der Kanone nach dem Schuss verursacht durch die Reaktionsprodukte der Explosivstoffe in den Perforatoren 10 dienen. Wird das Schieberohr 4 auf der Seite, in die es sich bewegen soll verschlossen und auf der anderen Seite geöffnet gehalten, kann sich dieses Schieberohr 4 wie ein Kolben bewegen. Der Innendruck kann sich nur durch die Perforationslöcher 14 und die Durchführungen 6 für die Sprengschnur 11 entlasten. Die Zeit bis zum vollständigen Druckabbau ist ausreichend um das Schieberohr 4 zu verschieben und somit die Durchschusslöcher 13, 14 zu verschließen. Gleichzeitig bewirkt der Gasdruck ein Aufblähen des Schieberohrs 4 (bekannt auch für herkömmliche Perforationskanonen unter dem Begriff "Gun Swell"). Das sich ausdehnende Schieberohr 4 kann sich mit der Innenwandung des Außenrohrs bzw. Kanonenrohrs 1 verkeilen und kann somit nicht zurückrutschen. Der Zeitpunkt dieser Ausdehnung kann z. B. über ein Fluid zwischen Innen- und Außenwandung kontrolliert werden. Hierzu kann z. B. Fett oder Silikonöl verwendet werden.

Claims (9)

  1. Perforationskanone mit einem äußeren Kanonenrohr (1), in dessen Innerem Perforatoren (10) angeordnet sind, die über eine durch das Kanonenrohr (1) führende Sprengschnur (11) zündbar sind und nach Zündung das Kanonenrohr (1) an Durchschusslöchern (13) durchschlagen, wobei Mittel zum selbsttätigen Verschließen der Durchschusslöcher (13) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum selbsttätigen Verschließen Kartuschen mit einem quellfähigen 2-Komponenten-Schaum umfassen und diese Kartuschen im Kanonenrohr (1) angeordnet sind und durch die gezündete Sprengschnur (11) aufbrechbar sind, wodurch Schaum aus den Kartuschen austritt, aufquillt und die Durchschusslöcher (13) verstopft.
  2. Perforationskanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einem Perforator (10) eine Kartusche benachbart angeordnet ist.
  3. Perforationskanone mit einem äußeren Kanonenrohr (1), in dessen Innerem Perforatoren (10) angeordnet sind, die über eine durch das Kanonenrohr (1) führende Sprengschnur (11) zündbar sind und nach Zündung das Kanonenrohr (1) an Durchschusslöchern (13) durchschlagen, wobei Mittel zum selbsttätigen Verschließen der Durchschusslöcher (13) vorgesehen sind und diese Mittel ein Schieberohr (4) umfassen, welches nach dem Durchschuss durch eine Verstellvorrichtung um mindestens den Durchmesser des Durchschussloches (13) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberohr (4) koaxial zwischen den Perforatoren (10) und dem Kanonenrohr (1) angeordnet ist.
  4. Perforationskanone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberohr (4) in seiner Ausgangsposition über ein Sicherungselement (7) fixiert ist, welches nach Zündung der Sprengschnur (11) aufbricht und die Verschiebung des Schieberohrs (4) freigibt.
  5. Perforationskanone nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung eine gespannte Feder ist.
  6. Perforationskanone nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung ein durch die Sprengschnur (11) zündbares pyrotechnisches Element ist.
  7. Perforationskanone nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberohr (4) auf der Seite, in die es sich verschieben soll, verschlossen ist und auf der anderen Seite offen ist und dadurch wie ein Kolben durch den sich durch die Zündung der Perforatoren (10) aufbauenden Druck verschiebbar ist.
  8. Perforationskanone nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberohr (4) eine Wandstärke aufweist, die eine radiale Ausdehnung und damit Fixierung im Kanonenrohr (1) nach dem Verschieben des Schieberohrs (4) durch den im Kanonenrohr (1) aufgebauten Druck nach der Zündung der Perforatoren (10) zulässt.
  9. Perforationskanone nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schieberohr (4) und dem Kanonenrohr (1) ein Fluid angeordnet ist.
EP04765481A 2003-09-27 2004-09-22 Perforationskanonensystem mit selbstverschliessenden durchschusslöchern Expired - Lifetime EP1685308B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10344958 2003-09-27
DE102004004750 2004-01-30
DE102004011616 2004-03-10
DE102004043948A DE102004043948A1 (de) 2003-09-27 2004-09-11 Perforationskanonensystem mit selbstverschließenden Durchschusslöchern
PCT/EP2004/010609 WO2005033472A1 (de) 2003-09-27 2004-09-22 Perforationskanonensystem mit selbstverschliessenden durchschusslöchern

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Publication Number Publication Date
EP1685308A1 EP1685308A1 (de) 2006-08-02
EP1685308B1 true EP1685308B1 (de) 2007-10-10

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EP04765481A Expired - Lifetime EP1685308B1 (de) 2003-09-27 2004-09-22 Perforationskanonensystem mit selbstverschliessenden durchschusslöchern

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US (1) US7607379B2 (de)
EP (1) EP1685308B1 (de)
AT (1) ATE375435T1 (de)
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