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Hohlladung zur Erzeugung von Ritzbildungen und Bruchwirkungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Explosivhohlladungen, die dazu bestimmt sind, Rissbildungen oder Bruchwirkungen hervorzurufen, wobei gegebenenfalls eine vorhergehende Perforation verwendet wird.
Die Erfindung ist insbesondere auf Hohlladungen anwendbar, die in Bohrlöchern gebraucht werden, um in erster Linie die die Innenwand der Bohrlöcher auskleidenden Verrohrungen sowie die dahinter eingefüllte Zementschicht zu durchlochen, und den Zement und die hinter ihm liegenden geologischen Schichten rufzusprengen.
Die Erfindung ist aber auch auf Hohlladungen, die als Sprengblöcke benutzt werden, anwendbar, um die Gesteinsblöcke in Steinbrüchen aufzuspalten und zu zersprengen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Wirksamkeit dieser Hohlladungen durch Steigerung ihres Brisanzeffektes zu erhöhen. Zudem soll in Fällen, wo die Ladungen zur Perforierung dienen, wie z. B. für den Fall der Durchlochung von die Innenwand der Bohrlöcher auskleidenden Verrohrungen, das Freihalten der Durchlochungen, die sich sonst durch Rückstände jeglicher Art ganz oder teilweise zu verstopfen suchen, gewährleistet sein.
Für diese Zwecke besteht die vorliegende Erfindung darin, in den Strukturaufbau der üblichen Auskleidung, die die Sprengstoffladung von dem Hohlraum trennt, ein oder mehrere Metalle der Familie der Seltenen Erden, u. zw. im besonderen das Cerium und das Lanthan, einzubringen, wobei die erwähnten Metalle vorzugsweise in Legierungen enthalten sind, wie z. B. in der handelsüblichen"Mischmetall"-Le- gierung.
Die Auskleidungen gemäss der Erfindung, die die vorerwähnten Metalle oder Legierungen enthalten, können einzig und allein aus diesen Metallen oder Legierungen bestehen, in welchem Fall sie im nachfolgenden als homogene bezeichnet werden, oder andere Stoffe und/oder Metalle aufweisen, in welchem Fall sie als heterogene bezeichnet werden.
Im ersteren Fall der homogenen Auskleidungen können diese aus vollem Metall oder Legierungen bestehen, die durch Giessen, Pressen usw. in die Form gebracht sind. Ebenso können sie aber auch durch Agglomeration von Körnchen oder Pulver genannter Metalle oder Legierungen gewonnen sein, wobei die Agglomeration auf irgendeine geeignete Weise, insbesondere durch Kompression, Erhitzung, Sinterung gegebenenfalls unter Benutzung von Bindemitteln usw. durchgeführt sein kann.
Im zweiten Fall der heterogenen Auskleidungen können diese aus gesonderten Elementen bestehen, deren eine aus Stoffen, wie andere Metalle als die vorerwähnten, und deren andere hingegen aus Metallen oder Legierungen der zuvor angegebenen Art bestehen, wobei diese letzteren Elemente an die ersteren herangebracht und gegebenenfalls in irgendeiner geeigneten Weise an ihnen festgemacht sein können. So z. B. können auf eine Auskleidungsbasis aus Kupfer ein oder mehrere Elemente aus Metallen der zuvor angegebenen Art aufgebracht sein.
An Stelle grossflächiger miteinander in Berührung gebrachter Elemente kann ebenso für den Fall heterogener Auskleidungen das Vorsehen von Metallen oder Legierungen der zuvor erwähnten Art in Form von agglomerierten oder nicht agglomerierten Körnchen Anwendung finden, die in eine Masse aus andern
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Stoffen eingebettet sind. Auch kann man umgekehrt in eine Masse der vorerwähnten Metalle oder Legierungen agglomerierte oder nicht agglomerierte Kömchen anderer Stoffe einbringen.
Auch können Legierungen verwendet werden, die mehrere Metalle aus der Familie der Seltenen Erden und Titan oder Metalle der Titanreihe aufweisen. Diese Legierungen können wie die Legierungen, die keine ändern Metalle als die Metalle der Seltenen Erden enthalten, zur Herstellung von Ausldeidungen der homogenen oder heterogenen Art verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Möglichkeiten beschränkt, da ihre wesentliche Erkenntnis darin zu erblicken ist, dass für Auskleidungen von Hohlladungen für die angegebenen Zwecke irgendwie Metalle oder Legierungen von'Seltenen Erden Verwendung finden sollen.
Wenn man Hohlladungen gemäss der Erfindung gebraucht, ist festzustellen, dass sie einen bedeutend höheren Brisanzeffekt besitzen als die gewöhnlichen Hohlladungen, wobei dieser Effekt selbst im Inneren des durch die Ladung zuvor perforierten Stoffes infolge der reaktiven und pyrophorischen Eigenschaften der in der Auskleidung enthaltenen Metalle der Seltenen Erden auftritt. Es ergeben sich sehr lebhafte exotherme Reaktionen mit der Umgebungsluft, den Explosionsprodukten und/oder den Bestandteilen der Kegelscheibe. Diese exotherme Reaktion entwickelt sich jedoch infolge der Schnelligkeit des Strahles erst im Inneren der zu spaltenden Stoffe.
Wie schon zuvor ausgeführt wurde, ist die vorliegende Erfindung im besonderen auf Hohlladungen anwendbar, wie sie zur Perforierung der die Seitenwand von Bohrlöchern auskleidenden Verrohrungen sowie der dahinter befindlichen Zementschicht gebraucht werden. Letzteres wird in der Höhe der erdölführenden Schichten durchgeführt, um diese aufzuschliessen.
Mit den Hohlladungen gemäss der Erfindung erzielt man in der Tat in der Zementschicht und den Schichten breite Risse, die offengehalten bleiben, so dass die Flüssigkeit bis zur Perforierungsstelle ausströmen kann, wodurch die Ausbeute an ausströmender Flüssigkeit ganz wesentlich erhöht wird.
Im Falle von Sprengblöcken können mit solchen Hohlladungen Blöcke in eine Vielzahl von Stücken zerrissen werden.
Die Erfindung soll an Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher er- läutert werden.
Fig. l ist ein schematischer Querschnitt durch eine Hohlladung gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die Fig. 2, 3,4, 5 und 6 zeigen Varianten der Hohlladungsausführung gemäss Fig. 1, Fig. 7 zeigt die Anordnung irgendeiner der dargestellten Hohlladungen in einer Vorrichtung zur Durchlochung der die Innenwand der Bohrlöcher und die dahinter befindlichen Formationen auskleidenden Verrohrung und der hinter dieser Verrohrung befindlichen Formationen, Fig. 8 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform.
In der Fig. l bezeichnet 1 die Aussenhülle der Hohlladung, die einen Hohlraum 2 besitzt, in dem sich der durch ein beliebiges Zündorgan 3 zu entzündende Sprengstoff befindet. Das Zündorgan ist hier beispielsweise am rückwärtigen Teil der Ladung angeordnet. Vor der Sprengstoffladung befindet sich der konische Hohlraum 4, der von der Sprengstoffladung 2 durch eine Auskleidung 5 abgetrennt ist, die gemäss der Erfindung zumindest ein Metall der Seltenen Erden gegebenenfalls zusammen mit ändern Metallen oder Stoffen aufweist und beispielsweise aus Mischmetall besteht.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 besteht die konische Ausldeidung gemäss Fig. 5 aus Kupfer oder einem ändern indifferenten Stoff, jedoch ist auf diese Auskleidung, auf der Seite des Hohlraumes, eine
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6 aufgebracht,dern Metallen oder Stoffen enthält, wobei diese Schicht eine Stärke in der Grössenordnung von 1 mm etwa besitzt.
Die in Fig. 3 dargestellte Ladung unterscheidet sich von derjenigen gemäss Fig. 2 einzig dadurch, dass der der Schicht 6 entsprechende Belag 6'nicht mehr auf der Seite des Hohlraumes, sondern zwischen der Auskleidung 5 und der Sprengstoffladung 2 angeordnet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 findet sich die gleiche Anordnung wie bei Fig. 2 verwirklicht, nur erstreckt sich hier der Belag nicht über die ganze Fläche der Auskleidung 5, sondern ist auf einen kegelstumpfförmigen Kranz 7 beschränkt.
In der Fig. 5 ist ein entsprechender Kranz 7'hinter der Auskleidung 5 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 ist der Kranz durch einen Ring 13 ersetzt, der in der Nähe des Aussenrandes der Auskleidung angeordnet ist.
Alle zuvor beschriebenen Hohlladungen können unmittelbar als Sprengbloche oder auch zur Durchlochung der die Innenwand von Bohrlöchern ausldeidenden Verrohrung verwendet werden. Die Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung, die zu solchenDurchlochungszwecken einzusetzen ist. Dabei ist mit 8 ein langgestreckter Hohl- zylinder bezeichnet, in dessen Innerem eine bestimmte Anzahl von Hohlladungen übereinander angeordnet
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sind, die dem Zweck dienen, die die Innenwand des Bohrloches auskleidende Verrohrung 9 und gegebenenfalls die zwischen diese Verrohrung und die Wand eingegossene Zementschicht zu perforieren. Die Zeichnung zeigt nur einen Ausschnitt einer solchen Vorrichtung in der Höhe einer der Hohlladungen.
Wohlgemerkt kann die Vorrichtung eine ganze Reihe von Hohlladungen besitzen, die übereinander angeordnet sind. Mit l ist, wie zuvor, die Hülle der Hohlladung bezeichnet, mit 3 das Zündorgan, das von einem Züldkabel gebildet wird, das alle Hohlladungen der Vorrichtung untereinander verbindet, mit 2 die Sprengstoffladung und mit 5 die Auskleidung, die in dem vorderen Hohlraum vorgesehen ist. Die Hohlladung ist als ganzes seitlich durch eine Öffnung in der Vorderwand des Zylinders 8 eingebracht und wird darin durch einen Stopfen 10 gehalten, der in die Öffnung eingeschraubt ist. Die Hülle 1 stützt sich an dem vorderen Rand der Öffnung einerseits und in einer Aussparung 11 in der rückwärtigen Wand der Hülle 1 anderseits ab. Der Stopfen 10 wird dann in seinem mittleren Teil vom Strahl durchdrungen.
Gemäss der Erfindung besitzt die Auskleidung 5 zumindest ein Metall der Seltenen Erden, gegebenenfalls zusammen mit andern Metallen oder Stoffen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Die Erfindung hat gezeigt, dass die Verwendung einer solchen Hohlladung in diesem besonderen Falle nicht nur eine wesentlich tiefer greifende Rissbildung im Zement und hinter der Verrohrung 9 befindlicher geologischer Formationen erzielen lässt, sondern darüber hinaus ein Freihalten der eigentlichen Durchlochung gewährleistet, die sich sonst mit irgendwelchen Rückständen anfüllt. Dadurch wird entsprechend die Ausbeute an aus den Formationen ausströmenden Flüssigkeiten erhöht.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 8 zeigt eine Hohlladung, die nach den Vorbildern der Fig. 1-6 ausgestaltet sein kann, jedoch in an sich bekannter Weise in einer mit einem Stopfen 12 versehenen Hülle 1 untergebracht-ist, wobei das Ganze ein einheitliches Element bildet, das druckbeständig ist und so wie es ist, frei in das Bohrloch hinabgesenkt werden kann, ohne dass es etwa in einem Rohr, wie dem Rohr 8 der Fig. 7, angeordnet ist. Eine bestimmte Anzahl dieser Elemente können in an sich bekannter Weise übereinander in das Bohrloch hinabgesenkt werden. Eine solche Ladung kann auch ohne Änderung als Sprengblock Verwendung finden. Die Auskleidung 5 kann nach einem der vorausgegangenen Ausführungsbeispie- le ausgestaltet sein.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Hohlladung zur Erzeugung von Rissbildungen und Bruchwirkungen, wobei gegebenenfalls eine vorhergehende Perforation verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die den Sprengstoff von dem Hohlraum (2) der Hohlladung abtrennende Auskleidung (5) ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe der Seltenen Erden aufweist.