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ZWILLINGS-PERFORATORLADUNG ZUM PERFORIEREN DER GETRIEBEROHRE VON BORHBRUNNEN,
INSBESONDERE KOHLENWASSERSTOFFBRUNNEN Bei Bohrbrunnen geringerer Tiefe erfolgt das
Eröffnen der in die Produktion zu stellenden Schicht durch den Einbau einer auf
der Tagesoberfläche angefertigten Filtereinrichtung und durch die Schaffung einer
Schicht aus Kies bestimmter korngröße. Im Balle von Brunnen größerer Tiefe, wie
z. B. Kohlenwasserstoff-Sonden im allgemeinen, ist der Einbau einer Filtereinrichtung
nicht notwendig. In diesem Falle erfolgt das Eröffnen der in die Produktion
einzustellenden
und/oder zu untersuchenden Schicht durch das Perforieren des Getrieberohres (Stahlrohres).
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Im Verlaufe des Perforierens muß das Getrieberohr, der Zementmantel
sowie Schlammfladen und die infiltrierte Gesteinschicht in einer geeigneten Weise
werden, so daß das Einströmen des im Gestein saturierten Gutes (Erdöls) in die Sonde
bei dem Eintrittswiderstand erfolgen kann.
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Zum Erreichen dieses Ziels werden weit verbreitet die sogenannten
Jet-Perforatoren verwendet, bei denen kumulativ wirkende Sprengstoff-Hohlladungen
eingesetzt werden. Diese geringe Abmessungen und geringes Gewicht (5-150 g) aufweisenden
Landungen nijissen eine Durchschlagwirkung entfalten, die die Bildung entsprechend
tiefer; Perforationskanäle in den Stahlrohren mit Wandstärken von 6-10 mm, im 10-15
mm dicken Zementmantel sowie im- Gestein gewährleisten. Die Länge dieser Kanäle,
d.h. die sogenannte "Eindringtiefe" beeinflußt den Strömungswiderstand der Sonde
und dadurch das Ergebnis der ganzen Arbeit im entscheidenden Maße. Auch der Durchmesser
der Kanäle muß 7-10 mm erreichen, da widrigenfalls die Anfälligkeit gegen Verstopfungen
stark ansteigt.
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Das Resultat der Perforation wird auch durch das Anordnungssystem
der Kanäle beeinflußt. Bekanntlich können die besten Einströmungsverhältnisse mit
4-5 in einer Ebene und mit gleichmäßiger Winkelverteilung angeordneten Kanälen erreicht
werden, wobei jedoch auch zwei mit einen der einen Winkel von 1800 einschließende
Xanalpaare ein sehr gutes Ergebnis sichern.
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Der Perforationsvorgang wird jedoch durch zahlreiche Umstände erschwert.
Auf der Perforationsstelle herrschen, insbesondere bei Sonden großer Tiefe, hohe
Temperaturen (230 - 250 °C) und hohe Drucke (1200 - 1500 atü). Der Durchmesser des
Steigrohres ist gering (evtl.
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nur 50-60 mm), wodurch die Länge und infolge der drehsymmetrischen
Ausbildung
auch der Durchmesser der Ladung begrenzt werden.
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Die Einwirkung dieser Umstände erhöht sich bei den in letzter Zeit
in stets größerer Zahl ~gebauten Olsonden großer Tiefe, bei denen xit einem weiteren
Anstieg der Temperaturen und des Druckes zu rechnen ist und wo außerdem auch geringe
Porosität aufweisende und stark infiltrierende Schichten vorkommen, wodurch die
hinsichtlich der Länge der Perforationskanäle und damit der Wirksamkeit der Ladung
gestellten anforderungen weiter erhöht werden., Außerdem vermindert das Vorhandensein
des den Perforator von dem Getrieberohr trennenden sowie in der Schicht vorfindbaren
Wassers bei Drücken über 500 atü auch den Durcbiesser des kumulativen Strahles und
dadurch den Durchmesser des Perforationskanals.
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Die bisher verwendeten herkömmlichen Sprengstoffe und Sprengmittel7
die durch eine unbedingt erforderliche gute Inititivbarkeit und eine hohe Detonationsgeschwindigkeit
charakterisiert werden, können bis zu Xemperaturen von ca. 200 OO verwendet werden.
Die auch bei diese Temperaturen überschreitenden höheren Temperaturen stabilen bekannten
Sprengstoffe können jedoch nur beschränkt eingesetzt werden; hier vermindert sich
die Brisanz, und die Verminderung der Detonationsgeschwindigkeit könnte durch die
Verwendung einer längeren und schwereren Ladung ausgeglichen werden, wobei jedoch
diesen Verkehrungen durch die kleinen Abmessungen der verwendbaren Sonde die Grenzen
gesetzt werden.
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Die Leistung kann außerdem auch durch Erhöhen der Sprengstoffdichte
gesteigert werden, indem man beim Verpressen des Materials sowohl das Preßgut als
auch das Preßwerkzeug vorwärmt und den Preßdruck erhöht. Mit dieser Methode kann
aber nur eine geringfügige Leistungserhöhung gesichert werden.
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Die Leistung der Ladung und dadurch Länge und Durchmesser
der
Perfor;ationskanäie können auch dadurch erhöht werden, wenn die Ladung mit einem
Material hohen spezifischen Gewichtes (z. B, Blei) umgeben wird. Die hohe Massenträgheit
aufweisende Ladunghülle lenkt die frei werdenden Explosionsprodukte hohen Druckes
und hoher Temperatur in Richtung der freien Flächen, des Getrieberchres und erhöht
dadurch das relative Volumen des aktiven, ds h. in der Erzeugung des Jet-Strahls
eine unmittelbare Rolle spielenden Teiles der Ladung. Mit dieser methode kann jedoch
ebenfalls nur in dem Falle ein entsprechendes Ergebnis erzielt werden, wenn das
Gewicht der Ladung 50 g überschreitet. Unsere Versuche zeigten jedoch, daß diese,
Wirkung bei der Verwendung von Sprengmitteln geringerer Brisanz (bei höherer Wärmebeständigkeit)
in nur vermindertem Maße zur Geltung kommt, da das eine große flassenträg heit aufweisende
Material noch vor der Bildung des Jet-Strahles aus dem Wege der sich verhältnismäßig
langsam ausdehnenden Explosionsprodukte ausweicht.
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Vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Fehler.
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Die Erfindung beschreibt eine Perforatorladung, die die Umhüllung
der Ladung einerseits weiterentwickelt und auch bei Verwendung von bei höherer Temperatur
ebenfalls stabilen Sprengstoffen (Zündmitteln) geringerer Brisanz als einen leistungssteigernden
Eingriff wirkungsfähig nacht und außerdem ermöglicht, daß bei Verwendung von die
bisher gebrauchlichen Sonden mit Einzelladungen in ihrer Größe nicht überschreitenden
Sonden gute Einströmungsverhältnisse ergebende, miteinander einen Winkel von 180°
einschließende zwei Kanäle in der gleichen Ebene eröffnet werden. Außerdem ermöglicht
die Verwendung der erfindungsgemäßen Ladung auch eine Vereinfachung der Sondenkonstruktion,
die die Rührung der Zündschnur und dadurch auch die Lösung des Initiierens vorteilhaft
beeinflußt0 Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die
leistungserhöhende
Wirkung einer Umhüllung mit großer Trägheit bei den Sprengstoffen mit geringerer
Detonationsgeschwindigkeit aus dem Grunde nicht zur Gering kommt, da das zur Verwendung
gelangende eine große Massenträgheit und dabei nur eine ger,inge Festigkeit aufweisende
Material (z. B. Blei) noch vor der Bildung des Jet-Strahles aus dem Wege der sich
langsam ausdehnanden Explosionspro dukte ausweicht.
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Kann die Festigkeit der Umhüllung bei Beibehaltung ihrer großen Massenträgheit
erhöht werden, so kommt es bei Verwendung eines Sprengstoffes mit verhältnismäßig
geringer Detonationsgeschwindigkeit während des "sastieges" der Detonation nicht
zu diesem Ausweichen und deshalb gelangt die leistungserhöhende Wirkung der Umhüllung
rrur Gelang.
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Unsere Versuche bestätigten gleichseitig auch die Tatsache, daß die
durch die Umhüllung bedingte passive Gegenkraft durch eine andere ähnliche Xraftwirkung
ergänzt werden kann, wenn in der Längsachse der Hohlladung in einem entsprechenden
Abstand eine zweite Ladung gleichen Aufbaus jedoch entgegengesetzter Richtung angeordnet
wird, und die beiden Ladungen voneinander nur durch den hohe Pestigkeit aufweisenden
Umhüllungsteil getrennt und gleichzeitig mit einer gemeinsamen Umhüllung großer
Massenträgheit versehen werden.
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Bei einer so aufgebauten Ladung verbessert sich die Detonationsübergabe
von der Zündschnur zu den Ladungen, da sich in den verhältnismäßig geschlossenen,
mit einem Material hoher Festigkeit uShtllten Ladungsteil infolge der starken Drosselung
(Pfropfung) ein großer Startimpuls entwickeln kann.
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Der Anstieg der Detonation wird durch den Umhüllungsteil hoher Festigkeit
in beiden Ladungen in der gleichen Weise gefördert. Im Verlaufe des stationären
Vorganges der Detonation erhöht andererseits der eine große Massenträgheit aufweisender,
Umhüllungsteil die Wirkung
beider Ladungen in der axialen Richtung,
und zwar in der Gleichen Weise, wie bei Verwendung der herkömmlichen Sprengmittel
die bekannte Umhüllung großer Trägheit.
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Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist in Fig.
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1 dargestellt.
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In der mit einem Abschlußmantel 1 abgeschlossenen Bonde 2 ist die
mittels der Befestigungsschraube 8 festgehaltene Ladung angeordnet. Die Ladung ist
in dem Stahlgehäuse 5 als einer Umhüllung hoher Bestlgkeit enthalten und in dieser
ist zugleich-auch die Zündschnur 6 vorgesehen, die infolge ihrer mittigen Anordnung
das Initiieren beider Ladungsteile in gleicher Weise gewahrleistet. Die Sprengstoffladungen
7 und 7' werden durch die kumulativen Futterkegel 3 und 3 abgeschlossen. Die ganze
Ladung wird durch die aus einem Material großer Nassenträ,gneit, z. BI Blei, hergestellte
Umhüllung 4 umgeben.
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Aus dieser Anordnung ist zu ersehen, daß die Zündschnur in der Sonde,
unabhangig davon wieviel Zwillingsladungen in derselben untereinander angeordnet
werden, zentral und ohne Richtungsänderung entlang geführt werden kann, was bei
der Verwendung von Zündechnuren mit Aluminiummänteln einen weiteren bedeutenden
Vorteil und unbedingte.
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Betriebssicherheit zur Folge hat.
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AUSZUG ZWILLINGS-PERFORATORLADUNG ZUM PERFORIEREN DER GETRIEBEROHRE
VON BOHRBRUNNEN, INSBESONDERE KOHLENWASSERSTOFFSONDEN GROSSER TIEFE Der Verwendung
der zum Perforieren der Getrieberohre von Bohrbrunnen gebräuchlichen sogenannten
Jet-Perforatoren werden in größeren Tiefen durch den Umstand die Grenzen gesetzte
daß die Detonationsgeschwindigkeit und demzufolge auch die Perforationswirkung der
auch bei höheren Temperaturen und Drucken stabilen Sprengmittel stark zurückgeht.
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Auch die zur Erhöhung der Wirkung verwendeten, ans Materialien großer
Massenträgheit angefertigten Umhüllungen können ihre Wirkung nicht entfalten, da
das Umhflllungsma terial ei unfang der sich in die Länge ziehenden Detonation vor
den Explosionsprodukten noch vor der Entwicklung der Jet-Strahlung ausweicht. Zugleich
gewährleistet ein in einer Ebene vorgesehener Perforationskanal ungenügende Einstromungabedlngungeu,
Die Erfindung beschreibt eine Zwillingsladung, bei der eine doppelte Zwillingsladung
In einer Richtung, jedoch lit entgegengesetzter Richtungseinstellung verwendet wird,
und disse Ladungsteile erhalten eine Umhüllung aus einem Naterial hoher Festigkeit
und eine aus eines Material großer Massenträgheit. Diese Lösung gewährleistet unter
guten Initierungsverhältnissen am Anfang der Detonation durch die passive Gegenkraft
der Umhüllung hoher Festigkeit den vollen Instieg der Detonation, die aus einem
Material großer Massenträgheit angefertigte äußere Umhüllung sichert hingegen nach
Ablauf der Anstiegzeit die entsprechende Richtwirkung.