DE1083765B - Hohlladung zum Perforieren in Tiefbohrloechern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hohlladungen zum Perforieren der die Innenwand von Bohrlöchern auskleidenden Metallrohre sowie des gegebenenfalls hinter die Rohre eingebrachten Zementes und der hinter dem Zement befindlichen geologischen Formationen. Die Erfindung bezweckt, eine wirksame Ausbeutung der betreffenden geologischen Schichten zu ermöglichen, wobei die erzeugten Perforationen dazu dienen, die in den Schichten befindlichen Flüssigkeiten in das Innere des Bohrlochs einströmen zu lassen.

Zur Vergrößerung der Ergiebigkeit einer Perforation ist offensichtlich anzustreben, daß die Perforation keine Einschnürung bildet, welche die Durchströmmenge beschränkt. Mit bisher üblichen Hohlladungen ist es schwierig, dieses Ziel zu erreichen, wie dies aus der nachstehenden Beschreibung einer in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten bekannten Ausführungsform von Hohlladungen der geschilderten Art hervorgeht. In Fig. 1 bezeichnet 1 ein z. B. mit Bohrschlamm gefülltes Bohrloch. In das Innere des Bohrlochs ist eine Hohlladungs-Perforiervorrichtung üblicher Bauart eingeführt. Die Vorrichtung weist ein Metallgehäuse 2 auf, in dessen Innerem die Hohlladung angeordnet ist. Letztere besitzt einen Mantel 3, welcher die Sprengladung 4 enthält, wobei im Vorderteil der Sprengladung eine in der Regel aus Metall bestehende Auskleidung 5 angebracht ist. Die Ladung wird nach seitlichem Einführen in das Gehäuse 2 mit Hilfe des Metallstopfens 6 festgehalten, der gleichzeitig einen Hohlladung zum Perforieren
in Tiefbohrlöchern

Anmelder:

Societe de Prospection Electrique
Procedes Schlumberger, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch., Patentanwalt,
Schwelm, Drosselst!. 31

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 1. April 1957

Jacques Delacour, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

terial der Auskleidung bildet den perforierenden Strahl, und es ist leicht einzusehen, daß die auf die Strahlbildung einwirkenden Bedingungen die Perfo-

dichten Abschluß gewährleistet. Zum Abbrennen der 30 rierfähigkeit des Strahles maßgeblich beeinflussen.

Ladung dient auf bekannte Weise die Zündschnur 7. Im geschilderten Anwendungsfall muß der Strahl

In der Regel weist jedes Gehäuse 2 eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Hohlladungen auf, während die Zeichnung der Einfachheit halber nur eine dieser Ladungen veranschaulicht. In der Regel ist das Bohrloch mit einem Metallrohr 8 ausgekleidet, welches mit Zement 9 hinterfüllt ist. Mit 10 ist die geologische Formation bezeichnet, die als ergiebig betrachtet wird und die durch die Perforation mit dem Inneren des Bohrlochs verbunden werden soll. Wie bereits erwähnt, ist man bestrebt, eine möglichst regelmäßige Perforation zu erhalten, die möglichst weit in die geologische Formation eindringt und beispielsweise den in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Umriß aufweist.

Bekanntlich besteht die Aufgabe der Auskleidung der Hohlladung darin, den perforierenden Strahl zu bilden. Unter dem Einfluß der Explosion bewirkt die in der Sprengladung sich ausbreitende Detonationswelle eine Dislokation und ein Abschmelzen der Aus folgende Teile durchdringen:

1. die Wand des aus Stahl oder Aluminium bestehenden Stopfens 6, welcher auf der rechten Seite der Ladung das letztere aufnehmende Gehäuse verschließt (Dicke etwa 2 bis 3 mm),

2. die Bohrflüssigkeit 1, welche das Bohrloch ausfüllt (Breite des Ringquerschnittes etwa 10 bis 20 mm),

3. das Rohr 8 aus Spezialstahl, mit welchem die Wand des Bohrloches ausgekleidet ist (Wandstärke etwa 8 bis 12 mm),

4. den hinter die Rohrauskleidung 8 eingebrachten Zement 9 (Dicke 20 bis 50 mm) und

5. die auszubeutende geologische Formation, und zwar soll der Strahl so tief wie möglich in die betreffende Schicht eindringen.

Der heterogene Aufbau der vom Strahl zu durchdringenden Wand bringt es mit sich, daß übliche Hohlladungen der in Fig. 1 dargestellten Art mit einer

kleidung gegen die Achse der Hohlladung, wobei 50 klassischen Auskleidung von einfacher konischer Ge-

einem Teil der Auskleidung in Richtung dieser Achse eine Geschwindigkeit erteilt wird, die erheblich größer als diejenige der Detonationswelle sein kann. Das so auf eine sehr große Geschwindigkeit gebrachte Mastalt wohl regelmäßige Perforation in homogenen Stahlwänden erzeugen können, jedoch nicht in der Lage sind, einen derart unterschiedliche Schichten durchdringenden Abzugskanal mit dem gestrichelt ein-

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gezeichneten optimalen Profil 11 zu erzeugen. Insbe^ sondere bildet das Stahlrohr 8 ein ausgeprägt widerstandsfähiges Hindernis, womit die Perforation an dieser Stelle einen Querschnitt aufweist, der beträchtlich kleiner als der gewünschte Querschnitt ist.

Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile auszuschalten und die Herstellung von Hohlladungen zum Erzeugen solcher Perforationen zu ermöglichen, deren Profil weitgehend der in Fig. 1 dargestellten optimalen Form entspricht;'Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß — beisonst gleichen übrigen Bedingungen ■—· die Geschwindigkeit jedes Strahlelements vom Neigungswinkel zur Ladungsachse des das betreffende Strahlelement bildenden Auskleidungselements und vom Abstand des betreffenden Ausklei- dungselements zur genannten Achse abhängt. Es ist deshalb möglich, durch Änderung des genannten Neigungswinkels in Abhängigkeit vom Abstand des betreffenden Auskleidungselements zur Ladungsachse — d. h. durch Änderung der Form der Auskleidung ■— die Form und Perforiergüte des Strahles zu beeinflussen.

Im vorliegenden Fall handelt es sich darum, durch geeignete Formgebung der Auskleidung die maximale Strahlenergie auf die widerstandsfähigsten Teile des zu durchdringenden Materials zu konzentrieren. Es sind dies vornehmlich die Auskleidung 8 und der dahinter befindliche Zement. Dies kann erfindungsgemäß durch Ersatz der bisher zum Erzeugen von Perforationen üblichen Auskleidungen mit konischer oder leicht trompetenförmiger Form durch solche Auskleidungen erreicht werden, die — in ihrem Mittelteil und gegebenenfalls geringfügig gegen die Ladungsspitze versetzt — eine verhältnismäßig ausgeprägte Ausbauchung aufweisen.

Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß gestalteten Auskleidung einer Hohlladung, und

Fig. 3 die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Auskleidung.

In Fig. 2 ist nur die Hohlladung dargestellt, und zwar in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab, wobei vorausgesetzt sei, daß die Ladung in einer Vorrichtung der in Fig. 1 veranschaulichten Art angeordnet ist. Mit 3 ist wiederum der Mantel der Ladung bezeichnet, die ferner die Sprengladung 4 und die Auskleidung 5 aufweist.

Erfindungsgemäß weist die im allgemeinen als Rotationsfläche von trompetenförmiger Gestalt ausgebildete Auskleidung in ihrer mittleren Partie — jedoch, in Schußrichtung gesehen, leicht nach hinten versetzt — ein Ausbauchung 12 der gezeichneten Form auf.

Eine solche Ausbauchung kann beispielsweise vorteilhaft folgende Größenverhältnisse besitzen:

Abstand f zwischen einem Fünftel und einem Fünfzigstel des Kalibers Φ, Sehne C zwischen einem Zehntel und der Größe des Kalibers Φ.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß auf geschilderte Weise ausgebildete Hohlladungen Perforationen erzeugen, welche weitgehend die optimale Form 11 (Fig. 1) aufweisen.

Die überraschende Wirkung einer solchen Hohlladung kann wie folgt an Hand der Fig. 2 und 3 erklärt werden. Zu diesem Zweck werden einzelne Abschnitte R₁, R₂, R_&, R₄^ der Auskleidung betrachtet, die zur Bildung der verschiedenen Strahlabschnitte bestimmt sind. Der erste Abschnitt R₁, welcher die vordere Partie des Strahles bildet, wird mit einer sehr großen Geschwindigkeit und einem großen Geschwindigkeitsgradienten bewegt, derart, daß dieser Abschnitt die Strahlspitze bildet und sich durch eine gute Streckung der entsprechenden Strahlpartie auszeichnet.

Der Abschnitt R₂ der Auskleidung erzeugt dank seiner Form einen Strahlabschnitt mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit und schwachem Geschwindigkeitsgradienten. Der aus dem Teil R₂ hervorgehende Strahlabschnitt ist deshalb verhältnismäßig konzentriert.

Demgegenüber ergibt der Teil R₃ der Auskleidung dank seiner Form einen stark gestreckten Strahlabschnitt hoher Geschwindigkeit, während andererseits aus dem Teil i?₄ eine vorteilhafte Strahlverlängerung mit großer Tiefenwirkung resultiert. Es ergeben sich folgende Wirkungen (Fig. 3): Der Strahlabschnitt I₁, der eine sehr hohe Geschwindigkeit aufweist, wird zum Perforieren, des Stopfens 6 und zum Durchdringen der Bohrflüssigkeit 1 aufgebraucht. Die aus den Auskleidungsabschnitten R₂ und R₃ hervorgehenden Strahlabschnitte I₂ und /₃ sind wesentlich stärker konzentriert, weil der Abschnitt J₃ sich rascher als der Abschnitt I₂ bewegt; diese Strahlabschnitte — als Ganzes gesehen — neigen deshalb dazu, ineinander überzugehen, was eine radiale Ausdehnung zur Folge hat. Die in diesen beiden Strahlabschnitten enthaltene Energie wird dann zum Erzeugen einer Perforation mit großem Durchmesser im Stahlrohr 8 und im Zementmantel 9 aufgebraucht. Schließlich dient der aus dem Auskleidungsabschnitt i?₄ hervorgehende, sehr stark gestreckte Strahlabschnitt T₄ dazu, in der geologischen Formation einen Kanal größtmöglicher Länge zu erzeugen.

Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt. So sind im Rahmen vorliegender Erfindung mannigfache Abänderungen denkbar. Insbesondere ist es nicht nötig, daß die Form der Auskleidung einer genauen Rotationsfläche entspricht. Vielmehr könnten zur Ladungsachse senkrechte Schnitte durch die Oberfläche der Auskleidung beispielsweise eine leicht elliptische, polygonale oder ähnliche Form aufweisen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hohlladung zum Perforieren der die Innenwand von Bohrlöchern auskleidenden Rohre und des gegebenenfalls hinter die Rohre eingebrachten Zementes sowie der hinter dem Zement befindlichen geologischen Formationen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von Perforationen mit möglichst gleichbleibendem Durchmesser die Hohlladung eine Auskleidung mit im Mittelteil angeordneter ringförmiger Ausbauchung aufweist.

2. Hohlladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbauchung — in Schußrichtung gesehen — sich im hinteren Bereich des Mittelteils befindet.

3. Hohlladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausbauchung aufweisende Auskleidung eine etwa trompetenförmig sich erweiternde allgemeine Form aufweist.

4. Hohlladung nach Anspruch 1, dadurch "ge-

kennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen Sehne und Bogen der Ausbauchung eine Größe zwischen einem Fünftel und einem Fünfzigstel des Durchmessers oder Kalibers φ der Ladung aufweist.

5. Hohlladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehne der Ausbauchung eine Größe zwischen einem Zehntel des Durchmessers oder Kalibers φ und der Größe dieses Durchmessers aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen