NO145388B - Anordning for perforering av en broenn. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for perforering av en . brønn, omfattende en bærestang som har et bueformet tverrsnitt med vesentlig konstant tykkelse mellom en konveks utvendig profil og en konkav innvendig profil, samt et antall i lengderetningen med innbyrdes avstand anordnede hulladninger med forseglede hylstere som er festet til bærestangen med sine fremre partier i anlegg mot bærestangens innvendig konkave profil, hvilke ladninger er vinkelmessig orientert for innretting av sprengtrådåpninger utformet i hylsterenes bakre partier.

En anordning av ovennevnte art er i det vesentlige kjent'fra US patentskrifter nr. 3 366 188 og 3 238 872. En mangel ved anordninger av ovennevnte art er at det kan oppstå brudd i bærestangen når ladningene detoneres, eller at stangen i det minste deformeres i lengderetningen slik at den danner en enkelt kontinuerlig kurve som ikke kan trekkes ut av brønnen. I begge tilfeller etterlates en mengde rester i brønnen, hvilket er meget skadelig for»den fremtidige produksjon av hydrokarboner. Ifølge oppfinnelsen løses ovennevnte problem ved at der i hvert mellomparti mellom to nabo-ladninger på bærestangen er utformet minst ett hjelpehull for fremkalling av tverrgående buktninger i bærestangen mellom ladningene ved detonering av ladningene, hvilke buktninger frembringer en langsgående deformasjon av bærestangen slik at den danner en rekke buepartier som lett kan trekkes ut fra brønnen, idet det gjenværende materiale i mellompartiene utenom hjelpehullene er tilstrekkelig til å hindre brudd i bærestangen mellom ladningene.

Mellomliggende hull er riktig nok vist i US patentskrift

nr. 2 756 677, men disse hull har en annen funksjon og virker på en annen måte enn ved anordningen ifølge foreliggende oppfin-nelse .

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse av en utføringsform av oppfinnelsen i tilknytning til tegningen, hvor:

Fig. 1 angir et skjematisk riss av innersiden av en

lengde av en bærestang ifølge oppfinnelsen,

Fig. 2 angir et snitt langs linjen II-II i fig. 1,

Fig. 3 og 4 angir et skjematisk riss av to koplinger for sammenkopling av to bærestenger,

Fig. 5 viser i tverrsnitt en hulladning som er innskrudd

i en tilpasset bæreinnretning, og

Fig. 6 og 7 viser en variant ifølge oppfinnelsen av de-toneringssikringsholderen.

Ifølge fig. 1 og 2 innbefatter en bærestang 10 av stål

med regelmessige mellomrom en rekke gjengede hull 12 innrettet til å oppta festehodene til hulladninger 14. Hullene 12 er utformet i stangaksen, idet hullenes diameter er tilnærmet lik bredden av det midtre plane parti 16 på stangens innerside. Bærestangens 10 ytterside 18 er sirkelformet. Videre har stangens innerside siderettede plane partier 21 og 22 som har et omriss eller en profil som tilsvarer det fremre utvendige omriss til ladningene som skal benyttes. I praksis vil åpningsvinkelen til disse siderettede plane partier 21 og 22 være noe mindre (en halv grad) enn åpningsvinkelen til ladningenes frontparti. Dette innebærer at når ladningshodene fullstendig innskrues i gjengehullene i bærestangen opptrer en svak deformasjon av stangen, slik at det dannes en lås for ladningene.

Midt i mellompartiet mellom to nabo-festehull, og på

linje med disse, er utformet et hjelpehull 20 med diameter lik diameteren til de førnevnte hull. Som det fremgår av fig. 2

har stangseksjonen 10 tilnærmet konstant tykkelse.

I praksis er stangens bredde bestemt av dimensjonene på frontpartiet til ladningene som skal detoneres, idet dens tykkelse bestemmes av de mekaniske egenskaper til stålet som anvendes. Tre vesentlige egenskaper må tas i betraktning. Den første er den maksimale forlengelse (eller bruddforlengelse ved strekk) til stålet som velges i henhold til den permanente deformasjon som stangen kan motstå under påvirkning av detonering: Verdier på mellom 10 og 15% (fransk standard) er blitt prøvet med gunstig resultat. Den andre er stålets bruddfasthet. Erfaring har vist at stal med en bruddfasthet på mellom 7000 og 9000 kp/cm 2 er fullt tilfredsstillende. Den tredje egenskap som må tas i betraktning er støt-fastheten til stålet som benyttes, eller forholdet mellom den ab-sorberte bevegelsesenergi som er nødvendig for å frembringe brudd i metallet og overflaten på bruddseksjonen. Ved stål med en støt-fasthet på mellom 3 og 7 kpm/cm 2ble prøvet med gunstig resultat.

Ved å velge et stål for bærestangen som har følgende egenskaper: Maksimal forlengelse høyere enn 10 %, støtfasthet høyere enn 3 kpm/cm 2 og bruddfasthet innen ovennevnte område, kan stangens gjennomsnittlige tykkelse være omkring en tiendedel av lengden av dens utvendige omriss.

Ifølge fig. 3 omfatter en kopling mellom to bærestenger 10a og 10b to koplingsseksjoner lia og 11b som er forbundet med henholdsvis stengene 10a og 10b ved avbøyninger som er utført i en presse og danner to avtrappinger eller trinn 24a og 24b på stenge-nes innerside. Trinnenes høyde er tilnærmet lik eller noe større enn den midtre tykkelse til stengene 10. Lengden av koplingsseksjonene lia og 11b er hoe kortere enn mellompartiet mellom et lad-ningsfestehull og et hjelpehull. Hver seksjon 11 omfatter et festehull 12a som er brotsjet slik at de opprinnelige gjenger er eliminert og et mellomhull 20a er brotsjet på samme måte. I til-legg til koplingsseksjonene lia og 11b, omfatter en kopling ifølge oppfinnelsen en koplingsstav 2 5 som er kuttet av en bærestang såsom 10 og har to par gjengehull 12 og 20t, dvs. to festehull 12 og to hjelpehull 20 som er spesielt gjenget for sin nye funksjon. Kop-lingsstaven 25 er festet til utsiden på de to stenger 10a og 10b ved hjelp av fire skruer 17a og 17d.

Ifølge fig. 5 omfatter en hulladning 60 en hoveddel 62

med stort sett hydraulisk form samt et deksel 64 med form stort sett som en rett avkortet kjegle. Midt i dekslet 64 er et gjenget festehode 66 som er innskrudd i et gjengehull 67 i en bærestang 68, idet høyden til hodet 66 er tilnærmet lik tykkelsen av stangen 68

i høyde med hullet 67. Det utvendige omriss til frontveggen på hodet 66 og til tverrsnittet på bærestangen 68 er sirkelformet, og faller dessuten stort sett sammen. Det innvendige omriss til bærestangens 68 tverrsnitt tilsvarer stort sett det utvendige omriss til dekslet 64 som har en åpningsvinkel på omkring 120°, idet åpningsvinkelen til de siderettede plane deler av stangen 68 er noe

mindre (en halv grad) slik at etter at festehodet 66 er innskrudd i hullet 67 er oppnådd en svak deformasjon i bærestangen, som danner en lås for hodet 66 som er innskrudd i hullet 67. En indre åpningsvinkel til dekslet 64 er omkring 110°. Ettersom den utvendige åpningsvinkel er 120° har dekslet 64 en tykkelse som øker fra bunnen mot midten. Dekslet 64 har nær bunnen, for det første en sirkulær innskjæring 70 som danner et anslag som forkanten til ladningsdelen 62 hviler mot, og for det andre en sirkulær bryst-ning 72 som samvirker med en flens 74 utformet i ett med ladningsdelen 62 for å omslutte en 0-ring 73.Bakflanken 75 på flensen 74 skråner og ytterkanten 76 til dekslet 64 er festet på denne flanke ved at det er dannet en begrenset krympepasning mellom ladningsdelen 62 og dekslet 64. I praksis blir først kanten 76 på dekslet 64 lett tiltrukket rundt flanken 75 på flensen 72 slik at hoveddelen 62 til ladningen lett kan dreies med hånden i forhold til dekslet 64 samtidig som det oppnås god tetning på grunn av delvis sammentrykning av 0-ringen 73. I neste trinn blir kanten 76, i tre eller fire regelmessig fordelte soner med liten utstrekning, ved hjelp av en presse kraftig tiltrukket slik at et dreiemoment som er større enn en viss terskelverdi (1 til 3 m.kg) kreves for å dreie ladningsdelen i forhold til dekslet.

på baksiden av ladningsdelen 62 er utdreiet et boss 78 med stort sett sylindrisk form i hvilket er utformet en åpning 80som utgjør sprengtrådholderen. På hver side av åpningen 80 er kantene på bosset 78 avfaset ved 82 - 84 slik at sirkelen 85 som danner projeksjonen av omrisset til den utvendige vegg på bærestangen 68 er stort sett tangential til kanten 86 som derved dannes på bosset 78. Diameteren til åpningen 80 er noe større enn diameteren til sprengtråden som skal brukes. Tykkelsen til den utvendige vegg til åpningen i høyde med kanten 86 er én millimeter i det tilfelle hvor ladningsdelen er av stål. I dette tilfelle er bossets 78 diameter omtrent tre ganger diameteren til åpningen 80.

Innvendig i ladningsdelen 62 er anordnet et sylindrisk hulrom 88 med en noe utvidet bunn 90. Midt i bunnen 90er utformet en liten fordypning 92 som inneholder en tennladning 94 som ut-gjøres av sprengstoff av primær type. Den maksimale tykkelse av veggen 93 mellom fordypningen 92 og åpningen 80 bestemmes av den type metall som ladningsdelen 62 er fremstilt av. Jo høyere me-tallets fasthet er dessto mindre er veggens tykkelse (f.eks. 2 til 4 tiendedels millimeter for en hoveddel av stål). Det skal bemerkes at forholdet mellom diameteren til bosset 78 og diameteren til åpningen 80 er valgt som en direkte funksjon av denne fasthet (mens tykkelsen til åpningen 80 i høyde med kanten 86 kan avtas som funksjon av samme fasthet) slik at man oppnår en øket begrens-ning av sprengtrådens detonering i åpningen 80og derved en øket pålitelighet av sprengstoffkoplingen gjennom veggen 93 i den seksjon av sprengtråden som eksploderer i åpningen 80 og tennladnin-gen 94 plasert i fordypningen 92.

Hulrommet 88 inneholder en masse av sprengstoff 96 av sekundær type i hvilken er utformet et kammer 98 med stort sett konisk form hvis vegg utgjøres av en foring 100 som f.eks. er fremstilt av komprimert metallpulver.Sprengstoffmassen 96 er formet direkte i hulrommet 88 og holdes derved fast i dette. En limstrimmel 102 er imidlertid plasert ved bunnen av foringen 100

for å hindre pulverkorn fra å løsne fra sprengstoffmassen 96 og derved havne i høyde med anslaget 70 eller brystningen 72, idet det ellers kunne oppstå brannfare i det øyeblikk sprengstoffhol-derne ved dreining av ladningsdelen innrettes i forhold til dekslet.

Festehodet 66 er hult , idet de innvendige og utvendige forbindelseskanter på hodet 66 og på dekslet 64 er beliggende stort sett i samme plan. Tykkelsen av fremveggen (i form av en kuleformet sektor) til hodet 66 bestemmes av fastheten til det metall som anvendes og av det maksimale trykk som opptrer i brønnen. Når det gjelder tykkelsen av sideveggen til hodet 66 bestemmes denne ved å ta hensyn til det faktum at denne veggen bærer trykket i brønnen kun gjennom bærestangen 68, hvilket gjør det mulig å redu-sere denne tykkelse vesentlig. I praksis bestemmes denne tykkelse av den minste diameter av hulrommet i hodet 66, hvilken diameter klart må være større enn diameteren (omkring 8 mm) til perforerin-gen som frembringes av strålen i fremveggen til hodet 66 ved detonering av ladningen. Det er videre viktig at dannelsen av perforeringsstrålen ikke på noen måte må hindres av dekslets 64 innvendige vegg. I formede ladninger for militær anvendelse er dekslets frontvegg beliggende så fjernt fra foringens bunn som mulig slik at perforeringsstrålen kan strekke over et lengre område før den kommer i kontakt med det første mål (dekslet), som den møter og således oppnå maksimal ytelse. på grunn av det begrensede rom som er tilgjengelig for formede ladninger i petroleumsindustrien, er en slik løsning ikke mulig. Den maksimale reduksjon av dimensjonene til de utvendige fremspring på ladningen gjør det mulig å fri- gjøre noen få ytterligere millimeter for foringens høyde såvel som for dekslets høyde. Et fordelaktig kompromiss som bekreftes av erfaring (kanten av hulrommet i hodet berøres ikke av strålen) er å velge, slik som ovenfor antydet, en innvendig vinkel på 110°

for dekslet 64, idet det virkelige toppunkt til denne avkortede kjegle plaseres stort sett på den innvendige fremvegg til hodet 66.

Plaseringen av ladningen 14 eller 60 på bærestengene 10 (fig. 1) eller 68 (fig. 5) er meget enkel.Ladningshodene blir først med hånden fastskrudd på stangen 68 og deretter tiltrukket ved hjelp av en kleminnretning som griper om kanten 76 på dekslet.Stangen 68 deformeres deretter svakt og låser således ladningshodene i sine hus. Etterat denne første operasjonrekke er utført ved hjelp av en kleminnretning som i dette tilfelle griper hoveddelen 62 til ladningen, blir sistnevnte dreiet i forhold til dekslet 64 og åpningen 80 til hver ladning blir således anordnet parallelt med aksen til stangen 68. Deretter er det tilstrekkelig å innføre en sprengtråd i de således innrettede åpningsholdere.

Det faktum at sprengtråden er plasert langs en rett linje er vesentlig. Under virkningen av de høye trykk som hersker i brønner, krymper nemlig sprengtråden mellom 5 og 10%, hvilket medfører, for bærestenger som er fra 3 til 5 meter lange, krymp-ninger på flere desimeter. En kjent løsning på disse problemer består i å tildanne en deformerbar knekk mellom to på-følgende ladninger slik at tråden ikke må beveges i nivå med disse holdere.

I alminnelighet prøver man å gjøre ladningene maksimalt robuste, og man bruker derfor en sprengtrådholder som er utformet i ett med dekslet, eller fortrinnsvis i ett med ladningsdelen. I dette tilfelle ansees tildanningen av en knekk i tråden ikke å være en heldig løsning ettersom det byr på vanskeligheter i praksis, idet rettlinjet plasering av sprengtråden i slike tilfeller absolutt er den enkleste teknikk i operatørens nivå. Dersom man benytter sistnevnte løsning er det nødvendig å ta alle forholds-regler slik at tråden i brønnen kan gli i åpningen uten risiko for brudd. Dette formål oppnås for det første ved å utforme åp-ningene med tilstrekkelig diameter. Dette krever en økning i lengden av åpningen 80 for å sikre god omslutning, og krever videre korrekt innretting av åpningsholderne slik at man unngår knekkdannelser i tråden hvilket ville hindre lett glidning av sik-

ringen.

Det vil således være klart at optimaliseringen av de ytre dimensjoner av ladningene montert på bæreinnretningen hvilket fø-

rer til en eliminering av festeskruene på hodene og til direkte fastskruing av disse hoder i bærestangen, videre krever at i de tilfeller hvor sikringsholderne er utformet i ett med ladningsdelene, må muligheten være tilstede for å dreie ladningsdelene i forhold til sine deksler slik at trådplaseringsteknikken forenk-

les .

Når hele ladningsanordningen ifølge oppfinnelsen er klar

for å nedsenkes i en brønn vil man se at de ytre dimensjoner til anordningens tverrsnitt er begrenset i størst mulig grad, slik at den kan nedsenkes i produksjonsrør med diameter som ikke er vesentlig større enn disse dimensjoner.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke begrenset til den spesielle type formede ladninger som ovenfor er beskrevet. Som eksempel på

en variant er det mulig å tilveiebringe et deksel som passer inn i ladningsdelens forparti, og med en forkant på ladningsdelen innrettet til å krympes på dekslet.

En annen variant består i å bytte om rollene til dekslet

64 og bunnen 90 på ladningsdelen 62. I dette tilfelle er sprengstoffmassen i henhold til en kjent fremgangsmåte montert i en boks som er festet (spesielt ved liming) til dekslet, idet boksen uten vesentlig friksjon er anordnet i en ladningsdel hvis indre og ytre omriss er stort sett identisk (unntatt krympeorganene som er anordnet ved ladningsdelens bakparti) med de omriss som er vist i fig.

5 foran bunnen 90.

En annen variant er illustrert i fig. 6 og 7. I dette tilfelle er krympingen av dekslet i hoveddelen fast fordi dreining e av ett element i forhold til det andre ikke lenger er nødvendig. Ifølge fig. 6 og 7 består sprengstoffholderen vesentlig av en me-

get stiv metallklemme 83 med form tilnærmet som en halvsylinder !• hvis sidevegger er utskåret to svalehalespor 85 med klør eller haker såsom 87a og 87b. Klemmen 83 er innrettet til ved hjelp av egnet verktøy å presspasses på et sirkulært boss 79 med liten tykkelse og med en skrå sideflate 81 (bunnen 90på ladningsdelen, fordypningen 92 til tennsatsen og den tynne veggen 93 er her antydet for at det lettere skal forstås hvorledes den delen det refe-reres til er plasert). Med et slikt arrangement kan sprengtråden lett plaseres etter at festehodene til ladningene er innskrudd i

hullene i bærestangen. Mellom to påfølgende ladninger utføres en knekk som muliggjør tilbaketrekning av sikringen og sikringen festes på bosset 79 ved hjelp av en hensiktsmessig orientert klemme 83 hvis haker 37a og 37b danner inngrep med sporet 81. Ved at klemmene 33 er meget stive gir de sikker fastholding under nedsenking av anordningen i brønnen, men den totale sikkerhet som oppnås ved utføringsformen av holderen ifølge fig. 5 er imidlertid mer tilfredsstillende.

For nu å vende tilbake til bæreinnretningen for formede ladninger som er beskrevet i forbindelse med fig. 1 til 4, vil det for det første bemerkes at bæreinnretningen for formede ladninger ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å benytte et særlig høyt antall ladninger pr. meter (f.eks. ca. 12).Mellompartiet mellom lad-nings-festehullene kan være mindre enn to ganger stangens bredde, dvs. to ganger den ytre diameter til ladningenes hoveddel.

Når det er ønskelig å forbinde to bærestenger, festes en koplingsstav til koplingsseksjonene på disse stenger ved hjelp av fire skruer 17 som antydet i fig. 3.Sprengtråden og deretter dens elektrisk styrte tennladning plaseres så på plass på kjent måte. Den øvre koplingsseksjon til bærestangen festes til et sprenghode (gun head) som igjen er forbundet med en nedsenknings-og elektrisk tilførselskabel.

Når den således sammensatte ladningsanordning bringes til brønnen fra et nærliggende montasjested, er stangens elastisitet og fasthet stort sett tilstrekkelig til å motstå ladningenes vekt uten blivende deformasjoner. Videre kan en vesentlig del av anordningen lett bringes i vertikal stilling mens den øvrige del forblir horisontal, ettersom det omriss bærestangen har fått bi-drar til en gunstig fordeling av spenningene i stangen, hvilket tillater en forholdsvis liten (f.eks. 2 meter) krumningsradius (idet ladningene er beliggende på den konkave side).

Nedsenking av en ladningsanordning omfattende en bærestang ifølge oppfinnelsen i et produksjonsrør i en gassbrønn kan utføres uten problemer. Når den ønskede dybde er nådd detoneres ladningene på kjent måte.

I en gassbrønn absorberes det eksplosive støt fullstendig av stangen, men som følge av trekkene ved oppfinnelsen deformeres den uten brudd, idet den antar form av en linje som er byg-get opp av en rekke buer hvis utgangspunkter er beliggende i nivå med hjelpehullene som er utformet i stangen. på grunn av egenska- pene ved stålet som benyttes er høyden på disse buer mindre enn de ytre dimensjoner på de opprinnelige ladninger, slik at det etter detonering er mulig å heve stangen uten vanskelighet gjennom pro-duksjonsrøret, og derved etterlate et minimum av skrot i brønnen.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke begrenset til den viste ut-føringsform. som en variant kan hjelpehullet være et blindhull istedenfor å være åpent eller kan være avlangt istedenfor sirkulært eller også forskjøvet noe istedenfor å være sentrert nøyak-tig midt i mellompartiet mellom to festehull. Ved en annen variant kunne det viste hull med stor diameter erstattes av to mindre hull anordnet på tvers av stangen, idet det gjenværende materiale på begge sider av disse hull vil være tilstrekkelig til å motstå det eksplosive støt uten brudd.

En annen variant vist i fig. 4, angår forbindelsen mellom

to stenger. Istedenfor å benytte en koplingsstang såsom 25, er det mulig å direkte feste en første stang 10a med en koplingsseksjon 11 til en annen stang lOb som ikke har en slik seksjon. I dette tilfelle vil imidlertid koplingsseksjonen innbefatte tre brotsjede hull istedenfor to og dens ende avsluttes i et skråparti 26 som strekker seg opp mot det første festehull 12 til den andre stang 10b, slik at ladningen 14b montert i sitt hull klemmer mot enden 26. Under disse forhold utsettes koplingsseksjonen delvis for det eksplosive støt fra ladningen 14b som klemmer mot den og overfører støtet til koplingsseksjonen på den andre stang 10b, slik at de tre festeskruer 17a, 17b og 17c er tilstrekkelige til å motstå det eksplosive sjokk uten brudd. En fordel ved sistnevnte teknikk er at ved koplingen mister man bare en lengde lik to festehull/hjelpehull-mellomrom istedenfor tre som mistes i utføringen ifølge fig. 3.

Claims (5)

1. Anordning for perforering av en brønn, omfattende en bærestang (10) som har et bueformet tverrsnitt med vesentlig konstant tykkelse mellom en konveks utvendig profil og en konkav innvendig profil, samt et antall i lengderetningen med innbyrdes avstand anordnede, hulladninger (14, 60) med forseglede hylstere (62, 64) som er festet til bærestangen med sine fremre partier i anlegg mot bærestangens innvendig konkave profil, hvilke ladninger er vinkelmessig orientert for innretting av sprengtrådåpninger (80) utformet i hylsterenes bakre partier,karakterisert vedat der i hvert mellomparti mellom to nabo-ladninger (14) på bærestangen (10) er utformet minst ett hjelpehull (20) for fremkalling av tverrgående buktninger i bærestangen mellom ladningene ved detonering av ladningene, hvilke buktninger frembringer en langsgående deformasjon av bærestangen slik at den danner en rekke buepartier som lett kan trekkes ut fra brønnen, idet det gjenværende materiale i mellompartiene utenom hjelpehullene er tilstrekkelig til å hindre brudd i bærestangen mellom ladningene.

2. Ladningsanordning ifølge krav 1, hvor festehull (12, 6 er utformet med regelmessig innbyrdes avstand i bærestangen (10) for å oppta festehoder (66) som rager frem fra ladningshylstere-nes fremre partier,karakterisert vedat hvert mellomparti på bærestangen (10) omfatter et enkelt hjelpehull (20) anordnet midt mellom suksessive festehull (12) og med en diameter vesentlig lik festehullenes diameter.

3. Ladningsanordning ifølge krav 2,karakterisert vedat bærestangen (10) er fremstilt av stål med bruddfasthet mellom 7000 og 9000 kp/cm<2>, støtfasthet høyere enn 3kpm/cm<2>og maksimal forlengelse høyere enn 10 %.

4. Ladningsanordning ifølge krav 3,karakterisert vedat bærestangens(10) gjennomsnittlige tykkelse er omtrent lik en tiendedel av lengden av dens utvendige omriss.

5. Ladningsanordning ifølge et av kravene 2-4,karakterisert vedat festehullene (12, 67) er innvendig gjenget og at festehodene (66) på ladningene (6 7) er utvendig gjenget for fastskruing i festehullene, at hylsteret til hver ladning (60) omfatter en bakre del (62) og et fremre deksel (64), hvilken bakre del er dreibar i forhold til dekslet ved hjelp av et håndverktøy for innretting av sprengtrådåpnin-gene som er utformet i delen (62) etter at ladningen er festet på bærestangen ved festehodenes gjengeinngrep i festehullene.