JP6145159B2 - エネルギー伝達装置 - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は２０１２年４月２４日提出の、米国仮特許出願第６１／６３７,５４１号の優先権の利益を主張するものであり、当該出願を引用として本明細書に含める。

（発明の分野）
本発明は、第２の点火装置の燃焼を開始するために、第１の点火装置の出力から放出されたエネルギーを第２の点火装置へ伝達するように構成されるエネルギー伝達装置に関する。エネルギー伝達装置は、時間遅延ヒューズのような、第１の点火装置の出力チャージによって放出されたエネルギーを吸収し、また、第２の点火装置の燃焼を効果的に且つ確実に容易にするように制御される方法で、少なくともそのエネルギーの一部を、第２の点火装置へ導く。

（先行技術の記載）
点火装置は、通常、油井設置作業のような様々な産業上の用途で、装填爆薬を点火または爆発させるために用いられる。時間遅延ヒューズは、爆破作業に使用される爆発材料の爆発を開始するために用いられる典型的な点火装置である。時間遅延ヒューズは、通常、所定の遅延時間増分に利用できる。しかしながら、ある用途では、１つの時間遅延ヒューズが提供する遅延時間を超える、より長い遅延時間が求められる。このような場合において、爆破を行う操作者は、あるヒューズに由来する出力チャージが次のヒューズのプライマまたは点火チャージに点火する期待を持って、直列に複数のヒューズを積み重ねる。

時間遅延ヒューズは、一般的に、このように使用するために設計または構成されていない。そのため、特定の状況においては、時間遅延ヒューズに由来する出力チャージ（出力電荷）が隣接するヒューズを点火することができず、それにより、爆破作業に用いられる起爆薬を爆発させることができない結果をもたらす。ダウンホール作業において、起爆薬の爆発失敗は、穴に駆け戻り、時間遅延ヒューズの新しい紐が取り付けられることを必要とする。パイプ紐を引くことは、高価で時間のかかる作業である。さらに、点火装置の存在は、その本質的な危険性により、この作業をさらに困難にする。

そのため、当分野においては、次のヒューズに連鎖して点火するような、一方の時間遅延ヒューズからもう片方への出力エネルギーの伝達を確実に効率よく行う必要がある。

本発明は、第２の点火装置の燃焼を開始するために、第１の点火装置から出力されるエネルギーを第２の点火装置へ伝達するように形成されるエネルギー伝達装置を提供することにより、この課題の解決法を提供する。ある実施の形態においては、エネルギー伝達装置は、第１の点火装置に隣接して配置されるように形成される前部と、第２の点火装置に隣接して配置されるように形成される後部とを含む金属本体を備える。さらに、金属本体は、それを通して延びる軸通路を含む。その通路は、本体前部を通って延びる第１部分と、本体後部を通って延びる第２部分を含む。本体前部は、第１の点火装置から出力されるエネルギーによって、通路第１部分の直径が狭くされ、通路内において締め付けを形成するように変形可能である。

本発明の別の実施の形態により、第２の点火装置の燃焼を開始するために、第１の点火装置から出力されるエネルギーを第２の点火装置へ伝達するように形成されるエネルギー伝達装置が提供される。エネルギー伝達装置は、その中に延びる中央孔を含む装置筐体と、その孔内に筺体によって運ばれる装置挿入物を含む。筐体は、筺体前部と筐体後部を含む。挿入物は、挿入物前部、挿入物後部およびそれを通して延びる軸通路を備える。筐体前部と挿入物前部は第１の点火装置に隣接して配置され、筺体後部と挿入物後部は第２の点火装置に隣接して配置される。挿入物前部は、第１の点火装置から出力されるエネルギーによって、締め付けがその通路内において形成されるように変形可能である。

本発明のさらに別の実施の形態により、井戸内にダウンホール装填火薬（点火チャージ）を届けるツールが提供される。この道具は、時間遅延ヒューズとエネルギー伝達装置を備える。エネルギー伝達装置は、それを通して延びる中央孔を含む装置筐体、およびそれを通して延びる軸通路を含む装置挿入物を備える。装置筐体は、筺体前部と筐体後部を含む。さらに、装置挿入物も挿入物前部と挿入物後部を含む。装置挿入物は、筺体孔内に配置されるように形成される。挿入物前部は第１の点火装置から出力されたエネルギーによって、締め付けがその通路内において形成されるように変形可能である。

本発明のさらに別の実施の形態により、井戸内でダウンホール装填火薬に点火する方法が提供される。第１の点火装置、エネルギー伝達装置および第２の点火装置が提供される。エネルギー伝達装置は、前部と、後部と、それを通して延びる軸通路を有する金属本体を備える。第１の点火装置は、出力チャージを爆発させるために点火される。出力チャージからのエネルギーの少なくとも一部は、軸通路を介して、第２の点火装置へ案内され、それによって、第２の点火装置を点火する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るエネルギー伝達装置の斜視図である。 図２は、図１のエネルギー伝達装置の拡大斜視図であり、その２つの部分構成を示す。 図３は、時間遅延ヒューズと併せてダウンホールツールに使用されるエネルギー伝達装置の概観図である。 図４は、エネルギー伝達装置挿入物の断面図であって、その点火前の構成である。 図５は、点火後のエネルギー伝達装置挿入物の断面図であって、挿入物の変形及び通路締め付けの形成を示す。

次に、図面によると、特に図１及び２に、本発明の一実施の形態に係るエネルギー伝達装置１０が示される。装置１０は、エネルギー（入力）にダメージを与えたり、点火の失敗をもたらすことなく、その出力がもう片方の時間遅延ヒューズまたは類似する装置を点火するのに適するように、時間遅延ヒューズまたは類似する装置の爆発出力を制限及び変換するように形成される動的装置である。装置１０は、装置筐体１２と装置挿入物１４を備える２部品からなる。筐体１２は、点火装置に隣接して配置され、もう片方の点火装置へ伝達されるエネルギーを供給する点火装置と向き合うように構成された、ほぼ円筒状の前部１６と、伝達されたエネルギーを受け取る点火装置と隣接し、且つ、対面して配置されるように形成された、ほぼ円筒状の後部１８とを含む金属本体１３を備える。別の実施形態においては、前部１６は、後部１８よりも大きな外径を有する。前部１６の外表面は、ダウンホール爆破作業に用いられることができるようなツール内に筺体１２をねじ込ませるねじ山２０を備える。本体１３は、それを通して伸び、且つ、装置挿入物１４を受け入れる大きさを有する軸孔２２を備える。孔２２は、前方部分２４と後方部分２６を含み、前方部分２４は通常後方部分２６より大きな直径を有しているが、常にこのケースである必要はない。

装置挿入物１４は、前部３０と後部３２を含む金属部材２８を備える。前部３０は、孔２２の前方部分２４内で受け取られるように形成される。図４に最良に示されるように、挿入物１４は、さらに、前方及び後方部分３５、３７それぞれを含むように通って延びる中央軸通路３４を備える。ある実施の形態においては、前方部分３５は、後方部分３７の長さに満たない長さである。さらに、前方部分３５の直径は、後方部分３７の直径に満たない。

以下に詳細に示されるように、通路３４は、前部１６及び３０に隣接して配置された点火装置から後部１８及び３２に隣接して配置されたもう片方の点火装置へ出力エネルギーを案内する導管として働く。装置挿入物１４の前部３０は、Ｏリング３８を受け取るように形成される外接溝３６を備える。Ｏリング３８は、挿入物１４と筐体１２との間に密封（シール）を提供し、装置１０の組み立て時に、孔２２内に挿入物１４を維持することを助ける。

挿入物１４の前部３０は、通常、後部３２の直径よりも大きいので、孔２２の一般的な構造に一致する。前部３０と後部３２との間の接合は、筺体１２の前部１６と後部１８の間の接合を定め、同様に形成される肩４２に隣接する肩４０を備える。両肩４０、４２の接触係合は、挿入物１４と筐体１２の適切な接合を確実にする。

ある実施の形態において、筺体１２と挿入物１４は、異なるステンレス鋼合金が各部品に対し個々に選択されるにかかわらず、ステンレス鋼を含む、種々の金属から製造される。ある特定の実施の形態において、筺体１２は、１７−４（ＡＭＳ ５６４３）ステンレス鋼を含み、一方、挿入物１４は、３０４または３０４Ｌステンレス鋼を含む。好ましい実施の形態において、挿入物１４は、筺体１２が形成される金属よりも低い硬度や張力値を有する金属を含む。以下でより詳しく説明するように、異なる材料から筐体１２及び挿入物１４を製造することは、第１の点火装置の点火の際、挿入物１４に変形を生じさせ、一方、筺体１２は、変形に耐えるため、その再利用が可能である。装置１０がそれ自体に爆発材料を備えないことも注目に値する。

ここで図示及び記載される装置１０の実施の形態は２部品であるが、装置１０が単体且つ中央軸通路を備える単一部品であるものも本発明の範囲内である。このような単一部品は、筺体１２の外部形状や、挿入物１４の内部形状、すなわち、上述した通路３４を保持する。

図３に示すように、エネルギー伝達装置１０は、ダウンホール爆破作業での利用のために、点火ヘッドのようなツール４４内に設置される。従って、ツール４４は、ダウンホールパイプ紐または他のダウンホールツールへ取り付けのために形成される。ツール４４は、通常、点火ピン５０に備え付けられた点火ヘッド４８を含む点火セクション４６を備える。点火セクション４６は、さらに、点火セクションに形成された穴５４内に配置された第１の時間遅延ヒューズ５２を備える。ヒューズ５２は、プライマ５６、１つ以上の時間遅延５８及び出力チャージ６０を備える。ある実施の形態において、出力チャージ６０は、2,2',4,4',6,6'‐ヘキサニトロスチルベン（ＨＮＳ-II）を含む。ヒューズ５２内にある他の構成は、１つ以上の点火構成６２、点火チャージ６４及び伝送チャージ６６を含む。点火セクション４６は、ツール伝送セクション７２の外面がねじ状の領域７０に結合するために形成された内面がねじ込み型の領域６８を含む。

エネルギー伝達装置１０は、領域７０で受けられる。装置１０のねじ山２０は、その中に装置１０を確保する領域７０のねじ山７４と対応して接合するように形成される。装置筐体１２は、さらに、セクション７０内での装置１０の設置に使用されるツールを受けるように形成される、前部１６の正面に形成される一対のスロット７６を含む。第２の時間遅延ヒューズ７８は、伝送セクション７２に形成された穴８０内で受け取られ、装置筐体１２の後部１８に隣接して配置される。ヒューズ７８は、ヒューズ５２と同様に組み立てられることもできるし、そうではなく、より大きいまたはより少ない時間遅延５８を保有するように形成されてもよい。エネルギー伝送装置１０とは反対側において、伝送セクション７２は、末端領域６８の構成に類似している、内部にねじ込み型の領域８２を備える。末端領域８２は、さらに、全体的な時間遅延が必要とされる場合、末端領域８２は、追加の伝送セクション７２に取り付けるために形成される。あるいは、爆破作業のための実用的な爆薬のような、装填火薬の別のタイプが、末端領域８２に連結される。

ツール４４の操作中、点火ヘッド４８は、当業者に公知の手段により駆動され、点火ピン５０を時間遅延ヒューズ５２に向けて駆動する。点火ピン５０は、プライマ５６を打ち、それによって、ヒューズ５２を点火する。ヒューズ５２に含まれる点火材料の燃焼は、出力チャージ６０を通じて続けられる。出力チャージ６０の爆発は、エネルギー伝達装置、特に、前部１６及び３０のそれぞれの正面へ向けられる熱、ガス、および／または固体粒子を放出させる。出力チャージ６０によって生成された高温ガスは、通路前方部分３５を通り通路後方部分３７を介して装置１０を出る。上述したように、装置挿入物１４は、出力チャージ６０によって放出される熱やガスによって変形を受けやすい材料から作られ、筐体１２は、ヒューズ５２の出力により変形されることにより耐久性がある材料から作られる。したがって、出力チャージ６０の爆発の際、挿入物１４に向けられたエネルギー、高温ガス、および／または、固体は、挿入物前部３０を変形させる。この変形は、図５に示される。

特に、当初は平面状である前部３０の正面８４が変形して、通路前方部分３５の直径を狭窄することによって、その中に、締め付け（くびれ）８６を生成する。典型的な実施の形態において、通路前方部分３５は、０．０９４インチの初期直径を有する。通常の気温における時間遅延ヒューズの点火出力は、挿入材料を変形し、通路前方部分３５の直径を約０．０４０〜０．０５０インチ間に縮小する。上昇した温度における、時間遅延ヒューズの出力は、ブロックを凹ませるスチール試験において、２５％より深いくぼみ（凹み）を生成し、挿入孔直径を０．０３０〜０．０３９インチに縮小する。時間遅延ヒューズ出力に伴う通路開口領域の縮小は、変形の強さに依存し、３．５〜９．８倍である。ドナー起爆装置（例えば、ヒューズ５２）による使用や駆動がなされた場合、挿入物１４の変形／くぼみは、変形エネルギーの一部を吸収する。挿入物１４の形状や材料特性は、スチールを凹ませることができる点火出力に近接して用いられる場合、通路前方部分３５の部分的な閉鎖を引き起こす。強力な爆発はより一層の変形を引き起こし、それによって、通路前方部分３５をより小さな直径に閉じ、さらに、爆発の衝撃を制限する一方で、十分な点火ガスや粒子を通過させることも見出した。そのため、この働きは、ドナー起爆装置のパワー出力レベルに依存する自己制御である。

通路前方部分３５の締め付け８６は、出力チャージ６０からの圧力（例えば、爆発圧やＨＮＳ−ＩＩ、アジド出力エネルギー及び出力開始剤エネルギーからの熱の組み合わせ、高温金属片、溶融金属及びスラグ）を長時間かけて開放する。ＨＮＳ−ＩＩによる変形は、円錐形の跡が生じ、それは、しばしば、正面８４の変形後スラグで覆われる。ＨＮＳ−ＩＩの変形は、たいてい、黒いすすを出すだけであるので、ある実施の態様において、挿入物１４上または中で観察されるスラグは、変形による初期衝撃の後、通路３４を通るガスや固体の流れを示す。

装置１０の二部品構成は、挿入物１４を単に置き換えるだけで筺体１２を再利用することができる。通路後方部分３７は、通路前方部分３５より大きな初期直径を有することができる。より大きな直径部分３７は、再生可能な通路として機能し、ツール着用がパフォーマンスに影響を及ぼさないことを保証し、また、直径や同心性が調整されることを保証する。次の遅延のエネルギー（入力）に最も近い領域は、たいてい拡大し、また、その領域が再利用可能なツールの一部であれば、その領域が着用部分であることに留意する。

出力チャージ６０の燃焼によって生成されるエネルギー、ガス、及び／または固体粒子は、通路３４を通ってヒューズ７８に運ばれる。挿入物１４の後方正面８８に反応する際、高温ガス及び／または固体は、ヒューズ７８のプライマ５６に直接集められ、その点火を確実にする。このように、効率的且つ確実に、装置１０は、ヒューズ５２の出力をヒューズ７８へ伝達し、点火ヘッド４８で始まった発火系列が続くことを確実にする。ヒューズ７８の出力チャージ６０は、末端領域８２へのもう一つの伝送セクション７２の取り付けを介して、もう一つのヒューズに伝達されるか、または、別の点火ヘッドまたは爆破作業で用いられる装填火薬のような別のタイプの点火装置に伝達される。

Claims (17)

1. 第２の点火装置の燃焼を開始するために、第１の点火装置から出力されたエネルギーを前記第２の点火装置へ伝達するように形成されるエネルギー伝達装置であって、
   前記第１の点火装置に隣接して配置されるように形成される前部と、前記第２の点火装置に隣接して配置されるように形成される後部とを含む金属部材を備え、
   前記金属部材は、さらに、それを通して延びる通路を含み、前記通路は、前記金属部材の前記前部を通って延びる第１部分と、前記金属部材の前記後部を通って延びる第２部分を含み、
   前記金属部材の前記前部は、前記第１の点火装置から出力された前記エネルギーによって、前記通路第１部分の直径が狭くされ、前記通路内においてくびれを形成するように変形可能であるエネルギー伝達装置。
2. 前記金属部材の前記前部と前記後部は、ほぼ円筒状であり、前記前部は前記後部より大きな外周を有し、前記第１部分の前記通路は、変形前、前記第２部分の前記通路の直径に満たない前記直径を有する請求項１に記載のエネルギー伝達装置。
3. 前記第１部分の前記通路は、前記第２部分の通路の長さに満たない長さを持つ請求項１または２に記載のエネルギー伝達装置。
4. 前記金属部材の前記前部は、前記第１の点火装置から前記出力を受け取るように、前記第１の点火装置に隣接して配置されるように形成される前方正面を備え、前記前方正面は、前記第１の点火装置から出力された前記エネルギーによって、前記くびれを形成するように変形可能である請求項１〜３のいずれかに記載のエネルギー伝達装置。
5. 第２の点火装置の燃焼を開始するために、第１の点火装置から出力されたエネルギーを前記第２の点火装置へ伝達するように形成されるエネルギー伝達装置であって、
   それを通して延びる中央孔を含む装置筐体であって、筺体前部と筐体後部を含む前記筺体と、
   前記孔内で前記筺体に保持される装置挿入物であって、挿入物前部、挿入物後部およびそれを通して延びる通路を備える前記挿入物と、
   を備え、
   前記筐体前部と前記挿入物前部は前記第１の点火装置に隣接且つ対向して配置され、前記筺体後部と前記挿入物後部は前記第２の点火装置に隣接且つ対向して配置され、
   前記挿入物前部は、前記第１の点火装置から出力されたエネルギーによって、くびれがその通路内において形成されるように変形可能である前記エネルギー伝達装置。
6. 前記筐体前部と前記筐体後部は、ほぼ円筒状であり、前記筐体前部は前記筐体後部よりも大きな直径を有し、前記挿入物前部及び前記挿入物後部は、ほぼ円筒状であり、前記挿入物前部は、前記挿入物後部よりも大きな外径を持つ請求項５に記載のエネルギー伝達装置。
7. 前記通路は、前記挿入物前部を通って延びる第１部分と、前記挿入物後部を通って延びる第２部分を備え、前記第１部分は、変形前、前記第２部分の前記通路の内径に満たない内径を持つ請求項５または６に記載のエネルギー伝達装置。
8. 前記装置は、火工材料を備えていない請求項１〜７のいずれかに記載のエネルギー伝達装置。
9. 井戸内にダウンホール装填火薬を届けるツールであって、
   時間遅延ヒューズと、
   エネルギー伝達装置と、を備え、
   前記エネルギー伝達装置は、
   それを通して延びる中央孔を含む装置筐体であって、筺体前部と筐体後部を含む前記筐体と、
   前記孔内で前記筐体に保持される装置挿入物であって、前記挿入物は、挿入物前部、挿入物後部及びそれを通して延びる通路を備え、前記挿入物前部は第１の点火装置から出力された前記エネルギーによって、くびれが前記通路内において形成されるように、変形可能である前記挿入物と、
   を備える
   ツール。
10. 前記時間遅延ヒューズは、前記筐体後部に隣接して配置される請求項９に記載のツール。
11. 前記時間遅延ヒューズは、前記第１の点火装置として機能し、前記挿入物前部の変形の原因となり、前記時間遅延ヒューズは、前記装置筐体前部に隣接して配置される請求項９に記載のツール。
12. 前記ツールは、前記装置筐体後部に隣接して配置される第２の時間遅延ヒューズを備える請求項１１に記載のツール。
13. 井戸内でダウンホール装填火薬に点火する方法であって、
    第１の点火装置、請求項１〜４のいずれかに記載の前記エネルギー伝達装置および第２の点火装置を提供し、
    出力チャージを爆発させるために、前記第１の点火装置を点火し、
    前記出力チャージの爆発によるエネルギーの少なくとも一部を、前記通路を介して、前記第２の点火装置へ案内し、それによって、前記第２の点火装置を点火する方法。
14. 前記第１の点火装置は、第１の時間遅延ヒューズまたは点火ヘッドを備える請求項１３に記載の方法。
15. 前記第２の点火装置は、装薬または第２の時間遅延ヒューズを備える請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記第１の出力チャージは、前記通路にくびれの形成をもたらすように、前記エネルギー伝達装置の前記前部の少なくとも一部を変形する請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記第１の出力チャージは、少なくとも一部が前記通路及び前記くびれから前記第２の点火装置へ案内される高温ガスおよび／または固体材料の生成をもたらす請求項１６に記載の方法。

Images