NO842453L - Fremgangsmaate og anordning for detektering av avfyring av perforeringskanon - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt området brønn-klar-gjøring og formasjonsundersøkelser, og mer spesielt teknikken med perforering av en geologisk formasjon for det formål å produ-sere hydrokarbon-væsker fra denne. Mer spesielt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme at en ladning i en perforeringskanon har detonert, slik at man er sikret at perforeringskanonen har operert som den skulle.

Det finnes en rekke fremgangsmåter og apparater for klar-gjøring av olje- og/eller gassbrønner. En vanlig metode omfatter bruken av en perforeringskanon eller kanoner som henger i borehullet ved hjelp av en vaier. Vaierkanonen omfatter typisk elektriske apparater for å avfyre kanonen, og slike apparater omfatter styringsinnretninger på overflaten, forbundet gjennom en elektrisk kabel til en avfyringsanordning på perforeringskanonen. En vaierkanon, når den avfyrt, kan relativt lett bringes opp ved å vinde vaieren ut av borehullet. I tilfelle av en kanon som ikke skal benyttes om igjen, vil kanonen ødelegge seg selv ved avfyring, og gjøre opphenting unødvendig.

En annen klargjørings-fremgangsmåte nå vel kjent i faget, omfatter bruken av en perforeringskanon eller kanoner som henger ved den nedre ende av en rørstreng. US-patent nr. 3.706.344 viser fremgangsmåten med å henge en perforeringskanon på en rørstreng i et foret borehull, nedsetting av en pakning for å lukke og tette den nedre ende av borehullet mellom produksjonsrøret og forings-røret ovenfor hydrokarbonformasjonen som skal produseres, aktive-ring av perforeringskanonen, og produksjon av brønnen gjennom rørstrengen etter perforeringen. Perforeringskanonen kan avfyres, for eksempel ved å slippe en stang ned gjennom rørstrengen for å slå an mot en tennsats på den øvre ende av preforeringskanonen. Avhengig av klargjøringens natur, kan det være ønskelig å kaskade-kople et flertall av kanoner for å oppnå flere perforeringer og/eller kompletteringer.

Perforeringskanoner blir også brukt i forbindelse med forma-sjonsundersøkelser, hvor hydrokarbon-formasjonen blir først perforert, og siden produsert gjennom testapparater for å oppnå de nødvendige data for å evaluere formasjonens potensiale. Slike data blir også tolket for å bestemme andre aktuelle informasjoner, såsom hvilken teknikk bør brukes for å komplettere brønnen.

En typisk perforeringskanon som kan brukes i den fremgangs måten som er beskrevet ovenfor omfatter et generelt sylindrisk hus, med et flertall av utadrettede, radielt orienterte ladninger spredd rundt omkretsen. Den typiske kanon kan ha så få som én ladning pr. fot eller så mange som femten ladninger pr. fot. Ladningene kan avfyre et prosjektil som perforerer sement-foringen og som trenger en kort distanse inn i den geologiske formasjonen, eller de kan omfatte formede ladninger, hvis detonasjon produserer en stråle-lignende, høytrykksstrøm av varme gasser og små metallpartikler som trenger gjennom foringen og som former tunneller inne i formasjonen. Ladningene er typisk forbundet i serie langs en lengde av detonerende lunte. Hvor et slag-avfyringshode blir brukt, kan avfyringshodet omfatte en tennstift som avfyrer en slagtenner, som så antenner den detonerende lunten. Når lunten detonerer, blir de individuelle ladninger detonert, og foringen og formasjonen blir perforert.

Heldig avfyring av alle ladningene inne i en perforeringskanon krever at den detonerende lunte som forbinder alle ladningene må brenne med en hastighet på 5000 til 7000 meter pr. sek. Slik høyhastighets brenning blir kalt "detonering", og er nød-vendig for å utvikle tilstrekkelig trykk til å overføre detone-ringen til de individuelle ladninger. Enkelte ganger vil lunten bare brenne med en hastighet på 1000 til 2000 meter pr. sek. En slik lunte vil ikke utvikle nok trykk til å detonere alle ladningene, og derfor vil perforeringskanonen feile. I alminnelighet, når en slik forbrenning er begynt, vil en lunte ikke igjen detonere, og derfor vil alle de følgende ladningene feile.

At alle ladningene i en perforeringskanon slår feil kan enkelte ganger oppdages bare ved å lytte, da det ikke er noen eksplosjon. Når bare en del av ladningene slår feil, er det imidlertid vanskelig eller umulig for det menneskelige øret å høre feilen. Fordi en detonerende lunte brenner med en meget stor hastighet, vil antenning av de individuelle, seriekoplete ladninger langs lunten blir hørt av det menneskelige øret som en enkelt eksplosjon. Feil ved én eller flere ladninger kan således være uhørbart for det menneskelige øret.

I enkelte tilfeller kan også den egentlige avfyring av perforeringskanonen bli skjult av eller forvekslet med andre lyder i sammenheng med avfyringssekvensen. Når en anslagstype av avfyringshodet blir brukt, kan for eksempel stangen som slippes ned gjennom rørstrengen generere lyder som ikke er ulik detonerende ladninger når det slår mot forskjellige gjenstander på veien ned i rørstrengen. I operasjoner til sjøs kan også svaiing av boreriggen generere lyder som enkelte ganger skjuler lyden av detonerende ladninger.

Følgelig er det blitt standard praksis i de tilfeller hvor det er tvil om hvor vidt perforeringskanon er riktig avfyrt, å trekke rørstrengen opp fra borehullet og undersøke kanonen. Denne visuelle inspeksjonsprosedyren har flere ulemper. For det første medfører det en god del tid og kostnader å trekke rør-strengen opp. I dypere borehull kan det ta så meget som en dag å fjerne perforeringskanonen for undersøkelse.

For det annet må flytting av en mulig armert perforeringskanon foregå med den største forsiktighet, noe som forlenger den tiden det tar å fjerne kanonen fra borehullet. Den visuelle inspeksjonsprosedyre utsetter rigg-arbeiderne for den risiko at en ueksplodert ladning kan detoneres ved uhell i deres nærhet,

og forårsake personskader. Utilsiktede eksplosjoner under fjer-ning av kanonen kan også skade helheten av borehullet ved et eller annet punkt ovenfor produksjonssonen.

Endelig vil det, i det minste i noen tilfeller, bli funnet at kanonen var korrekt avfyrt. I et slikt tilfelle har man brukt betydelig tid og kostnader til tross for det faktum at alle ladninger i kanonen var avfyrt etter planen. Det er klart at den visuelle inspeksjonsprosedyre for å verifisere korrekt operasjon av en perforeringskanon omfatter mange mangler.

Tidligere kjent teknikk for å detektere avfyring av perforeringskanoner omfatter generelt elektroniske apparater nede i borehullet, og er derfor uønsket i denne anvendelse. Tidligere kjent teknikk omfatter: (1) en treghets-switch anbragt inne i perforeringskanonen og innrettet til å avbryte den elektriske kanon-avfyringskrets som følge av kanonens rekyl når den avfyres;;

(2) et aksellerometer anbragt inne i perforeringskanonen og innrettet til å generere et elektrisk signal som følge av rekyl-bevegelsen av perforeringskanonen (se US-patent nr. 4.208.966); og (3) en mikrofon (geofon) nede i borehullet, innrettet til å lede lyden av perforeringskanonen til en høyttaler på overflaten. Selv om denne listen ikke er uttømmende, tror man at den i det minste er representativ for den type deteksjonsteknikk som er

kjent fra før.

Den tidligere kjente teknikk er ikke alminnelig for perforeringskanoner som funksjonerer uten hjelp av elektriske apparater for avfyring og deteksjon av avfyring. Slike ikke-elektriske kanoner, omfattende den anslags-type av kanon som tidligere beskrevet, er konstruert for å operere uavhengig av elektriske apparater for å unngå den kompleksitet og kostnad som ligger i slike apparater. Bruk av mer overflate-elektronikk for over-våking av de elektrisk avfyrte perforeringskanoner øker også risikoen for at en perforeringskanon vil blir uforvarende avfyrt ved utilsiktede elektriske signaler. I tillegg er det visse anvendelser hvor temperaturforholdene er for uvennlige for bruk av elektronikk nede i hullet. Det er derfor åpenbart at tidligere kjent teknikk ikke gir tilstrekkelige midler for å detektere komplett avfyring av en ikke-elektrisk perforeringskanon.

Følgelig er det her anordnet en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme hvorvidt en perforeringskanon er komplett avfyrt, omfattende en innretning festet til perforeringskanonen for å generere et distinktivt signal, en sensor-innretning for å detektere signalet, og en registreringsinnretning for å indikere for en operatør hvorvidt kanonen er komplett avfyrt.

Det distinktive signal omfatter en tidsforsinkelse av forutbestemt varighet, fulgt av antennelse av en ladning. Kombina-sjonen blirdetektert ved sensor-innretningen, som en unik signatur. Det distinktive signalet blir generert ved en tidsforsinkelsesinnretning, som omfatter en forsterkerenhet, en forsinkel-sessøyle, en innretning for å antenne forsinkelsessøylen, og en drivladning for å generere signalet.

Forsterkerenheten kopler en tenningskjede fra perforeringskanonen til en tenningskjede inne i tidsforsinkelsesinnretningen. Forsinkelsessøylens tenningsinnretning omfatter en perkusjons-tennladning over hvilken er anbragt en tennstift, slik at tennstiften blir tvunget mot tennladningen som så blir antent hvis, og bare hvis, tenningskjeden inne i perforeringskanonen er i ferd med å detonere når den når forsterkerenheten.

Tennladningen antenner en overføringsladning, som antenner forsinkelses-søylen. Fordi forsinkelses-søylen brenner med kjent hastighet, kan en forsinkelse av forutbestemt varighet bli inkludert i tidsforsinkelsesinnretningen. Utgangsenden av forsinkelses-søylen tenner en annen overføringsladning, som i sin tur antenner drivladningen.

Drivladningen kan omfatte en blanding av tetrametyl-ammonium-perklorat og kalium-perklorat, som er en fastreagerende, gass-genererende kombinasjon. Gassen som genereres ved antennelse av drivladningen genererer et trykk i en uthulning, og avfyrer en utblåsningsplugg fra et hus og inn i en oppfangerenhet, og genererer dermed et unikt signal og en karakteristisk signatur for komplett avfyring av en perforeringskanon.

Sensorinnretningen omfatter minst én transducer og en fikstur støpt i silikongummi. Fiksturen er slisset, og omfatter et par magneter slik at den kan festes til det buete perimeter av en brønnhode-flens av variable dimensjoner. Transduceren blir støt-tet inne i fiksturen, i nær kontakt med brønnhode-flensen.

Transduceren kan være en akustisk emisjonstransducer, et aksellerometer eller en trykk-transducer. En akustisk emisjons-transducer genererer et elektrisk signal som følge av deteksjon av akustisk energi inne i borehullet. Et aksellerometer genererer et slikt signal som følge av bevegelse av transduceren, og en trykktransducer reagerer på lignende måte på en endring i trykket. Det elektriske signalet som genereres av én eller flere transducere blir oversendt via en kabel til en registreringsenhet, hvor signalet blir tolket og/eller fremvist for tolkning. I sin enkleste form kan registreringsenheten være en kassett-båndopp-tager, slik at kanon-avfyringssekvensen kan bli tatt opp og spilt tilbake for å bestemme, på grunnlag av det distinktive signal, hvorvidt perforeringskanonen ble komplett avfyrt.

Registreringsenheten omfatter fortrinnsvis et oscillograf-registreringskart for å plotte de elektriske signalene som mottas fra transducerne. Komplett kanonavfyring blir sikret fra en gjen-kjenning av signaturen som er forbundet med det distinktive signalet. Endelig kan registreringsenheten være et mikroprosessor-basert apparat som digitaliserer det elektriske signalet fra transducerne, lagrer det digitaliserte signalet, sammenligner de digitaliserte signalene med signalmønsteret som representerer komplett avfyring av perforeringskanonen, og indikerer hvorvidt det distinktive signal ble gjenkjent.

Disse og andre forskjellige karakteristikker og fordeler

ved den foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare for fagfolk

på området etter lesning av den følgende detaljerte beskrivelse og krav, med referanse til tegningene.

Den foretrukne utførelse av oppfinnelsen skal nå forklares

1 detalj, under henvisning til tegningene, hvor:

Figur 1 viser et tverrsnitt av et borehull hvor det er anbragt en perforeringskanon på en rørstreng, og et apparat konstruert ifølge oppfinnelsens prinsipper for å detektere komplett avfyring av perforeringskanonen; Figur 2 viser et utsnitt og et tverrsnittriss av en tidsforsinkelsesinnretning konstruert ifølge oppfinnelsens prinsipper; Figur 3 viser et tverrsnitt av en del av tidsforsinkelses-innretningen på figur 3, tatt langs en linje 3-3 vist på figur 2; Figur 4 viser et utsnitt og tverrsnittsriss av en alternativ utførelse av tidsforsinkelsesinnretningen; Figur 5 viser en del av tidsforsinkelsesinnretningen på figur 4 i mer detalj; Figur 6 viser et perspektivriss av en transducerenhet for bruk i forbindelse med tidsforsinkelsesinnretningen på figurene 2 og. 4; Figur 7 viser et skjematisk diagram av et registrerings-apparat for bruk i forbindelse med tidsforsinkelsesinnretningen og transducerenheten; og Figur 8 viser en grafisk fremstilling av det elektriske utgangssignalet fra en akustisk emisjonstransducer, som viser en komplett avfyring av perforeringskanonen.

Testing og/eller komplettering av en olje- eller gassbrønn inne i en hydrokarbon-formasjon omfatter typisk perforering av et foret borehull og den omliggende geologiske formasjon, slik at hydrokarbon-fluider kan strømme gjennom perforeringene og inn i det forete borehullet. Perforeringen blir oppnådd ved hjelp av én eller flere perforeringskanoner, som hver typisk omfatter et generelt sylindrisk hus, som langs sin indre periferi har et flertall av ladninger orientert radielt utover.

En typisk komplettering omfatter bruk av et flertall perforeringskanoner, forbundet lineært i kaskade, og koplet ved hjelp av eksplosive ladninger. Det kan være fra én til over ett hundre kanoner kaskadekoplet for en enkelt komplettering.

En brønn kan også ha flere kompletteringer, avhengig av naturen oc antallet av omliggende hydrokarbon-formasjoner. For å forenk-le den følgende forklaring, vil perforeringskanoner heretter bli omtalt i entall, og må forstås slik at det også omfatter anord-ninger med flere kaskadekoplete perforeringskanoner, som vanlig-vis funksjonerer som en enkelt langtidsvirkende kanon.

Kn typisk perforeringskanon omfatter en enkelt lengde av detonerende lunte i spiral rundt den innvendige periferi av det sylindriske huset, fra den øvre til den nedre ende av huset.

Den nedre ende av den detonerende lunte strekker seg nedenfor

det sylindriske huset, og ender inne i en metallkopp som er trykket fast på enden av lunten. Metallkoppen hindrer fuktighet fra å forurense det innvendige av lunten, og inneholder en tett eksplosiv ladning ("forsterkerladning") i nær kontakt med den detonerende lunten. Metallkoppen med forsterkerladningen blir kalt forsterkerenheten.

Forsterkerenheten gir et middel for å overføre detonasjonen fra kanon til kanon hvor et flertall av kanoner blir brukt.

Slike kanoner blir serieforbundet ved å feste deres respektive hus ende til ende. Både den øvre og den nedre ende av den detonerende lunte inne i hver kanon omfatter en forsterkerenhet. Forsterkerenhetene av tilstøtende kanoner blir holdt i nær kontakt med hverandre ved de sammenkoplete husene, slik at det letter overføring av detonasjoner mellom kanoner.

Inne i det sylindriske huset er ladningene plassert rundt den innvendige periferi, i nær kontakt med den spiralformede detonerende lunte. Tettheten av ladningene inne i kanonen kan variere, for eksempel fra én til femten ladninger pr. fot. Når lunten detonerer (brenner med en hastighet av 5000-7000 meter pr. sekund), blir detonasjonen overført i serie til hver av de formede ladninger fordelt langs den detonerende lunten. At er perforeringskanon ikke avfyrer komplett blir kalt "lav-gradering". Man sier at en kanon har lav-gradert når den detonerende lunten går over fra detonering til brenning (med en hastighet av 1000-2000 meter pr. sekund). En brennende lunte utvikler ikke tilstrekkelig trykk til å overføre detonasjon til ladningene. Derfor vil ladninger som påtreffes etter at brenningen begynner ikke avfyres. Når en detonerende lunte en gang begynner å brenne, vil den van-ligvis ikke detonere igjen.

Perforeringskanonen fires ned i borehullet til et punkt nær den formasjonen fra hvilken hydrokarbon-fluider kan finnes, og kanonen blir avfyrt ved én av mange velkjente teknikker. Hver ladning vil typisk enten avfyre et prosjektil som trenger gjennom foringen og formasjonen, eller den vil generere en stråle-lignende strøm av varm gass og små metallpartikler, som trenger gjennom foringen og danner tunneller inn i formasjonen.

Fordi alle eller noen av ladningene i en perforeringskanon enkelte ganger unnlater å detonere, er det nødvendig å verifisere at perforeringskanonen har funksjonert korrekt. Slik verifisering blir gjort vanskeligere ved den lange avstand mellom overflaten og perforeringskanonen, og ved de innestengte forhold nede i hullet. Følgelig er det anordnet en fremgangsmåte og et apparat for å verifisere avfyringen av alle ladninger inne i en flerlad-nings perforeringskanon, uten behov for å trekke perforeringskanonen ut av borehullet for å utføre en visuell inspeksjon.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter en signalinnretning koplet til perforeringskanonen, en sensorinnretning ved overflaten av borehullet, og en registreringsinnretning koplet til trans-ducerinnretningen. Komplett avfyring av alle ladningene i perforeringskanonen blir rapportert av signalinnretningen i form av et distinktivt signal som kan bli adskilt fra støy og andre signaler som ordinært genereres i forbindelse med avfyring av en perforeringskanon. Det distinktive signal som genereres av signalinnretningen blir detektert av sensorinnretningen og overført til registreringsinnretningen, som frembringer en utløsning som viser at alle ladningene i perforeringskanonen ble detonert i henhold til planen.

Som det vil fremgå fra den følgende forklaring, er den foreliggende oppfinnelse spesielt utviklet for bruk i forbindelse med en perforeringskanon som henger på en rørstreng som blir avfyrt ved ikke-elektriske midler. Det bør imidlertid også være klart for fagfolk på området, at fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen også har visse fordeler når de anvendes med andre typer av perforeringskanoner, for eksempel en vaierkanon som ikke skal benyttes om igjen, og at den kan bli innrettet til å funksjonere med slike andre typer av perforeringskanoner av en per-son som er kyndig i denne teknikk.

Det henvises først til figur 1, som viser en streng forings-rør 12 som er plassert og sementert inne i et borehull 10, og opphengt konsentrisk inne i foringsrøret 12 en streng produksjons-rør 14. Produksjonsstrengen 14 omfatter en pakning 16, som tetter det ringformete område mellom produksjonsrøret 14 og forings-røret 12, slik at det danner et øvre ringrom 18 og et nedre ringrom 20, og en ventilasjonsenhet 22, som omfatter et flertall av porter for å gi fluid-forbindelse fra det nedre ringrom 20 og inn i produksjonsrøret 14.

Den nedre del av produksjonsstrengen 14 understøtter en perforeringskanon 24 med et flertall av ladninger 26 fordelt rundt periferien, og orientert radielt utover. Ladningene 26 er fortrinnsvis formede ladninger, som når antent, genererer en stråle av høytrykksgass inneholdende fine metallpartikler som trenger gjennom foringsrøret 12 og en omliggende hydrokarbon-formasjon 28. Ladningene 26 er typisk serieforbundet inne i perforeringskanonen 24 langs en lengde av detonerende lunte. Perforeringskanonen 24 omfatter en anslags-type av avfyringshode (ikke vist), slik at en stang som slippes ned gjennom rørstrengen 14 fra den øvre ende av denne slår mot avfyringshodet og bringer en tennstift til å detonere en perkusjons-tenner, som i sin tur antenner den detonerende lunten.

Det henvises fremdeles til figur 1. Ifølge oppfinnelsens prinsipp er en tidsforsinkelsesinnretning 40 forbundet med den nedre ende av perforeringskanonen 24. Komplett avfyring av perforeringskanonen 24 forårsaker at tidsanordningen 40 genererer et distinktivt signal. En transducerenhet 44 plassert på overflaten av borehullet 10 detekterer det distinktive signal og oversender signalet via en skjermet kabel 46 til en registreringsenhet 48, hvor man blir informert om hvorvidt perforeringskanonen 24 ble avfyrt som planlagt.

Det henvises nå til figur 2, som viser tidsforsinkelses-innretningen 40 i et utsnitt og et tverrsnittsriss. Tidsforsinkelsesinnretningen 40 er understøttet ved den nedre ende av perforeringskanonen, og er koplet til denne ved hjelp av en detonerende lunte 30 som strekker seg fra kanonen og inn i innretningen 40. Etter komplett avfyring av perforeringskanonen, blir detonering av den detonerende lunte overført til tidsforsinkelsesinnretningen 40, som frembringer en tidsforsinkelse av forutbestemt varighet, hvoretter det genererer et distinktivt signal som frembringer en unik signatur til å indikere at perforeringskanonen

ble avfyrt som planlagt.

Tidsforsinkelses-innretningen 40 omfatter en tandem-subb 200, en tidsforsinkelses-patron 202, en oppfangerenhet 204, og en utblåsningsplugg 206. Tandem-subben 200 omfatter et generelt sylin-derformet rustfritt stål hus med en aksiell utboring 210 av variabel diameter gjennom hele sin lengde. Den aksielle utboringen 210 i den øvre ende av tandem-subben 200 danner et gjennomløp 212 av relativt smal diameter for å motta en lengde detonerende lunte 30 og en forsterkerenhet 214. Forsterkerenheten 214 kan alternativt være bare en metallkopp som er festet på enden av den detonerende lunten 30 uten å inneholde sprengstoff.

Den aksielle utboringen 210 i den nedre ende av tandem-subben 200 vides ut til å danne et sylindrisk kammer 216 for å inneholde tidsforsinkelsespatronen 202 og utblåsningspluggen 206.

Den nedre del av det sylindriske kammer 216 kan ha litt større diameter slik at det klart definerer en posisjon for utblåsnings-pluggen 206. De ytre dimensjoner av tidsforsinkelsespatronen 202 og utblåsningspluggen 206 er valgt slik at de gir nær tilpasning inne i det sylindriske kammeret 216. Både tidsforsinkelsespatronen 202 og utblåsningspluggen 206 omfatter øvre og nedre o-ringer 218a, b, rundt de ytre overflater, holdt på plass i tilsvarende spor rundt omkretsen. O-ringene hindrer fluidstrøm langs den indre vegg av sylinderkammeret 21.6. O-ringene kan for eksempel være av typen National C-67 o-ringer, eller for anvendelse ved høye temperaturer, av typen Viton V-23 o-ringer.

Det henvises fremdeles til figur 2. Den øvre, ytre overflate 224 av tandem-subben 200 er gjenget for å koples til den nedre ende av en perforeringskanon (24 på figur 1) eller til en adaptor (ikke vist) som letter forbindelsen med en perforeringskanon. På den ytre overflate av den øvre ende av tandem-subben 200, like nedenfor gjengepartiet 224, er det et par o-ringer 226 a, b, holdt på plass inne i tilsvarende spor rundt omkretsen. O-ringene 226a, b hindrer væskestrøm inn i indre deler av forsinkelses-innretningen 40, og kan være, som nevnt ovenfor, slike o-ringer som blir produsert av National eller Viton.

Den nedre, ytre overflate 228 av tandem-subben 200 er også gjenget for å gå sammen med tilsvarende gjenger inne i oppfanger-enheten 204. Oppfanger-enheten 204 omfatter en generelt sylindrisk, hul hoveddel med en nedre ende 230 tilstrekkelig lukket til å hindre passasje av utblåsningspluggen 206. Den nedre ende 230 av oppfanger-enheten 204 kan omfatte et flertall deler 232, hver av mindre dimensjoner enn utblåsningspluggen 206. Den øvre ende av oppfanger-enheten er åpen for å motta den nedre, gjengede overflate 228 av tandem-subben 200.

Utblåsningspluggen 206 blir holdt inne i tandem-subben 200 av et flertall skjærepinner 234 i karbonstål, som går gjennom utboringer inne i tandem-subben 200 og inn i et spor som går rundt omkretsen av utblåsningspluggen 206 ved denne nedre ende. Ved en forutbestemt tid etter at perforeringskanonen (24 på figyr 1) er komplett avfyrt, vil tidsforsinkelsespatronen 202 generere tilstrekkelig trykk inne i sylinderkammeret 210 til å skjære av pinnene 234 og avfyre utblåsningspluggen inn i basen av oppfanger-enheten 204, og dermed generere et signal som kan mottas av transducer-enheten (44 på figur 1).

Det henvises nå til figur 3, som viser et riss av tidsforsinkelses-patronen 202 med deler av denne vist i snitt ifølge linjen 3-3 vist på figur 2. Tidsforsinkelses-patronen 202 omfatter et hus 250, en lunteholder 252, en holder-hylse 254, en tennstift 256, en fenghette 258, en tenner-ambolt 260, en tidsforsinkelses-søyle 262, og en effekt-patron 263.

Patron-huset 250 omfatter et generelt sylindrisk element med en aksiell utboring 266 av variabel diameter gjennom hele lengden. Den øvre ende av utboringen 266 er gjenget for å gå sammen med tilsvarende gjenger på den sylindriske ytre overflate av lunteholderen 252 og holder-hylsen 254. Forsterker-enheten 214 blir holdt i stilling inne i en aksiell utboring inne i lunteholderen 252, i endekontakt med den øvre overflate av tennstiften 256.

Den ytre overflate av holder-hylsen omfatter en o-ring 272, såsom en Viton V-23 o-ring, holdt på plass i en kanal rundt omkretsen. O-ringen 272 hindrer væske-forurensning av de pyrotekniske ladninger inne i tidsforsinkelses-patronen 202.

Tennstiften 256 omfatter en generelt sylindrisk hoveddel, omfattende en øvre skive 268, en o-ring 274, og en hette.seksjon 276 ved den nedre ende. Tennstiften 256 er plassert glidende i en aksiell utboring gjennom holderhylsen 254. Den øvre skiven 268 omfatter en ringformet flens 269 understøttet på en ringformet kant 270 rundt den øvre, innvendige kant av hylsen 254,

og holdt på kanten 270 av den nedre overflate av lunteholderen

252. Den ringformede flens 269 brekker når den blir utsatt for et trykk på o mer enn 3000 kg/cm 2 på o grunn av detonering av den tilstøtende forsterker-enhet 214.

Den ringformede flens 269 på den øvre skiven 268 tjener to formål. For det første sikrer den at tennstiften ikke vil antenne perkusjons-tennerladningen (beskrevet nedenfor) uten at den detonerende lunten i perforeringskanonen (24 på figur 1) er i ferd med å detonere når den når tidsforsinkelses-innretningen (40 på figur 1). Hvis lunten er i ferd med å detonere når den når tidsforsinkelses-innretningen, vil alle ladninger i perforeringskanonen, med sjeldne unntagelser, har detonert. Den detonerende lunten detonerer forsterker-enheten 214, slik at den øvre ende av tennstiften 256 blir utsatt for mer enn 3000 kg/cm 2, og at pinnen 256 derfor skjæres fra den ringformede flensen 269. Hvis imidlertid lunten inne i perforeringskanonen bare brenner, vil i det minste noen av de nedre ladninger i perforeringskanonen ikke ha detonert. Dessuten vil en brennende lunte ikke detonere forsterker-enheten, og det vil bli utilstrekkelig trykk til å skjære av tennstiften 256 fra den ringformede flens 269. Antennelse av perkusjons-tenneren indikerer således at alle ladningene i perforeringskanonen er komplett detonert.

Det andre formålet med den ringformede flensen 269 er å

sikre at tennstiften 256 ikke uforvarende kommer i kontakt med perkusjons-tenneren, for eksempel i tilfelle av at tidsforsinkelses-innretningen blir sluppet ned. Den betydelige kraft som kreves for å skjære tennstiften 256 fra den ringformede flens 269 beskytter mot antenning av innretningen ved et uhell.

Det henvises fremdeles til figur 3. O-ringen 274 som ligger rundt tennstiften 256, og som for eksempel kan være av typen Viton V-23, blir holdt på plass i et spor som går rundt den ytre omkrets av tennstiften 256, nedenfor den øvre skiven 268. 0-ringen 274 tetter metall mot metall-forbindelsen mellom tennstiften 256 og hylsen 254. Hette-seksjonen 276 omfatter en nedadvendt, aksielt orientert utvidelse av tennstiften 256, anordnet for kontakt med en tennladning 257 ved detonasjon av forsterker-enheten 214.

Tennladningen 257 består av fenghetten 258, en tennings-ambolt 260, og en tennladning 278 festet mellom dem. Tennings-ambolten 260 er en generelt sylindrisk del omfattende en innretning såsom borehullene 276, for å lede en gnist fra tennladningen 278 til tidsforsinkelses-søylen 262. Den øvre overflate av ambolten 260 er dekket av en tynn metallskive 280, som er klemt i stilling rundt sin periferi mellom ambolten 260 og fenghetten 258.

Fenghetten 258 består av en generelt sylindrisk del med en aksiell utboring, åpen i den nedre enden for å danne en hylse rundt ambolten 260. Utboringen i fenghetten 258 er lukket ved den øvre ende med et tynt membran 259 slik at den danner et lite kammer i hvilket tennladningen 278 er pakket.

Tennladningen 278 kan omfatte en slagfølsom, pyroteknisk ladning som gir en brennende utgang med lav sprengkraft, sammen med emisjon av varme partikler. De varme partiklene trenger gjennom den tynne metallskiven 280, taper momentum i denne pro-sess, og beveger seg gjennom ambolt-utboringen 276 til den når og antenner ladningene som utgjør tidsforsinkelses-søylen 262. Tennladningen kan for eksempel være av typen M42C2-793, fremstilt av Remington.

Det henvises fremdeles til figur 3. En skjerm-skive 282 skiller den nedre overflate av tenner-ambolten 260 og den øvre ende av tidsforsinkelses-søylen 262. Skjerm-skiven 282 hjelper til å redusere videre momentum av de varme partiklene fra tennladningen 278 når de går inn i søylen 262, og hjelper også å

spre partiklene jevnt rundt søylen 262. Virkelig kontakt mellom den antente tennladning 278 og forsinkelses-søylen 262 skulle fortrinnsvis være begrenset til en flamme, uten noen sjokkbølge. Skiven 282 er festet i sin stilling mellom en kant 284 mellom huset 250 og den nedre overflate av fenghetten 258.

Tidsforsinkelses-søylen 262 omfatter en relativt begrenset del av den aksielle utboring 266 gjennom huset 250, og denne be-grensede delen er tett pakket med pyrotekniske ladninger for å danne en tidsforsinkelse.

Den øvre ende av forsinkelses-søylen 262 er pakket med en overførings-ladning 286. Overførings-ladningen 286 (eller "flash"-ladning) er en pyroteknisk ladning som endrer patronens tennings-tog fra en hurtig forbrenning til en langsom forbrenning, og som dermed danner en passende mellomkopling mellom tennsatsen 257 og tidsforsinkelses-ladningen 288, som beskrevet nedenfor. Over-førings-ladningen 286 kan for eksempel være en flamme-følsom blanding av Si/Ci07Pb3o4. En slik ladning er kjent som overførings-ladningen 290 brenner gjennom skiven 292 og antenner driv-ladningen 264.

Effekt-patronen 263 omfatter et kammer 265 med relativt stor diameter, i forbindelse med den aksielle utboring 266 i huset 250. Kammeret 265 er tett pakket med en driv-ladning 264, omfattende en pyroteknisk ladning med flere foretrukne karakteristikker.

For det første må driv-ladningen 264 være en gass-generator. Dette er nødvendig for å opparbeide et trykk i den indre uthulning (kammeret 210 på figur 2) i tidsforsinkelsesinnretningen, slik at det avfyrer utblåsningspluggen inn i oppfanger-enheten. For det annet er det ønskelig at driv-ladningen har en høy antennelses-temperatur, slik at risikoen for utilsiktet antenning i et uvenn-lig miljø er minimalisert. For det tredje er det ønskelig at driv-ladningen har en rask reaksjonstakt, slik at gass-generato-rens fulle potensiale blir utnyttet før utblåsningspluggen (206 på figur 2) beveger seg langt nok til å slippe gass ut av innretningen. Endelig er det ønskelig at driv-ladningen er relativt ufølsom overfor sjokk, slik at det minimialiserer risikoen og antennelse i tilfelle av at innretningen blir for eksempel sluppet ned.

Skjønt man må være klar over at det er mange ladninger som vil funksjonere godt nok til å utføre de oppgaver som kreves av driv-ladningen 264, har man funnet at en blanding av kalium-perklorat (KCIO^) og tetrametylammonium-perklorat (C^H^2NH4CIO4forkortet "TMAP"), i blandingen 52% KC104og 48% TMAP, er spesielt gunstig. TMAP er et enkel-drivmiddel med en meget høy reaksjons-temperatur, som gir den nødvendige gass-utvikling og som hindrer automatisk antennelse ved temperaturer under ca. 350°C. Tillegg av en oksydant, såsom KCIO^, øker reaksjonshastigheten av TMAP til en hastighet som ligger nær detonasjonshastigheten. Blandingen reagerer således raskt, og bygger opp trykk i det sylindriske kammer (210 på figur 2) nedenfor tidsforsinkelses-patronen 202, og utøver en betydelig, nedadrettet kraft mot utblåsningspluggen.

Effekt-patronen 263 kan videre omfatte en lukningsskive 294, punktsveiset til den nedre enden av huset 250, for å lukke den tett-pakkede drivladning 264 inne i huset 250. Et beskyttelses-lag 296, såsom et lag av silika (Si02) kan skille drivladningen 264 fra lukkeskiven 294, for å hindre antennelse av drivladningen 264 under produksjon av patronen 202.

Oppsummering av virkningsmåten for tidsforsinkelses-patronen: den detonerende lunten 30 detonerer en forsterker-ladning inne i forsterker-enheten 214. Detonering av forsterker-ladningen genererer en sjokkbølge som tvinger tennstiften 256 nedover, skjærer av den ringformede flensen 269 på den øvre skiven 268 og antenner perkusjons-tennladningen 278. Tennladningen 278 genererer en flamme som blir ledet gjennom tennings-ambolten 260 og en skjerm-skive 284 til den første overførings-ladning 286 i tidsforsinkelses-søylen 262.

Den første overførings-ladning 286 genererer et varmt slagg som antenner tidsforsinkelses-ladningen 288. Tidsforsinkelses-ladningen 288 brenner i et kjent tidsrom. Den nedre ende av tidsforsinkelses-ladningen 288 antenner en annen overførings-ladning 290, som endrer tenningskjeden til hurtig brenning, brenner gjennom metallskiven 292, og antenner drivladningen 264.

Drivladningen 264 brenner raskt og genererer en gass, som sprenger lukkeskiven 294 fra huset 250 og bygger opp et trykk i kammeret (210 på figur 2), avfyrer utblåsningspluggen inn i opp-fangingsenheten og genererer et unikt signal. Deteksjon ved overflaten av den distinktive signatur som genereres av tidsforsinkelsen, fulgt av det signal som genereres ved avfyring av utblåsningspluggen, indikerer at perforeringskanonen ble avfyrt som ønsket.

Figurene 4 og 5 viser en alternativ utførelse, henholdsvis av tidsforsinkelsesinnretningen 40 og tidsforsinkelsespatronen. Hvis ikke annet er anført i den følgende forklaring, er trekkene og virkemåtene av innretningene på figurene 4 og 5 lik de som er forklart ovenfor.

Det henvises nå til figur 4, som viser en tidsforsinkelsesinnretning i utsnitt og i tverrsnitts-riss. Tidsforsinkelses-innretningen 40 omfatter en tidsforsinkelses-patron 50, et hus 52, en tandem-subb 56, og en utblåsningsplugg 58. Huset 52 omfatter en generelt sylindrisk, rustfritt stål hoveddel med en aksiell utboring 170 av varierende diameter langs hele sin lengde. Den aksielle utboring 170 inne i den øvre ende av huset 52 er av relativt stor diameter, og danner en relativt tynn sidevegg 172 for å motta en nedadgående forlengelse av tandem-subb 56. Denne nedadgående forlengelse skal heretter kalles holder-hetten 54. Den nedre del av utboringen med stor diameter er gjnenget for å Composition 430, som blir produsert av firmaet Unidynamics. Den spesielle ladning som blir brukt er ikke kritisk så lenge som oksydering av ladningen genererer varme og er relativt fri for gass. Den ovenfor beskrevne blanding av Si/CuO/Pb^O^, genererer et varmt slagg med en gassfri utgangstakt på omtrent 430 kalorier pr. gram. Det er også ønskelig at overførings-ladningen er relativt ufølsom overfor fysiske sjokk.

Den nedre ende av overførings-ladningen 286 ligger an mot den øvre ende av tidsforsinkelses-ladningen 288, som er pakket inne i søylen 262. Tidsforsinkelses-ladningen 288 omfatter en pyroteknisk ladning konstruert for å brenne ved en forutbestemt, langsom takt som gjør det mulig å legge en kjent tidsforsinkelse inn i tenningskjeden. Varigheten av tidsforsinkelsen er ikke spesielt viktig så lenge den er kjent av brukeren av apparatet, men man har funnet at en forsinkelse på ti til fjorten sekunder er ønskelig for å gi tid til dempning av den støyen som blir generert av kanonen under avfyringen.

En slik tidsforsinkelses-ladning 288 som kan brukes er en wolfram forsinkelses-ladning produsert i henhold til militær-spesifikasjon nr. MIL-T-23132. Den nøyaktige forsinkelses-ladning er imidlertid ikke særlig viktig, uten kanskje til å maksi-malisere sikkerhetsbegrensninger som er aktuelle og viktige for en individuell bruker.

Det henvises igjen til figur 3. Den nedre ende av tidslad-ningen 288 ender mot en annen overføringsladning 290. Den annen overføringsladning 290 (eller "flash"-ladning) er en pyroteknisk ladning som endrer tenningskjeden fra langsom forbrenning til hurtig forbrenning, og som dermed danner en passende mellomkopling mellom forsinkelses-ladningen 288 og effektpatronen 263, som er beskrevet videre nedenfor. Den andre overførings-ladningen 290 kan for eksempel være en blanding av titan og kalium-klorat (Ti/KClO^), som er en hurtigvirkende, høy-temperatur pyroteknisk ladning med en utgangs-energi på omtrent 1750 kalorier pr. gram. Igjen er den spesielle ladning som blir brukt ikke kritisk, så lengde ladningens karakteristikker passer til å oppnå den nødvendige overføring.

Den nedre ende av den andre overførings-ladningen 290 er pakket mot en tynn metall-skive 292, som er punktsveiset inn i en liten forsenkelse i huset 250. Oksydering av den andre gå sammen med tilsvarende gjenger i den ytre Overflate av holder-hetten 54.

Den aksielle utboring 170 i den nedre del av huset 52 smal-ner av til å danne en kanal 171 for å motta den nedre enden av tidsforsinkelses-patronen 50 og utblåsnings-pluggen 58. Utblåsnings-pluggen 58, plassert inne i kanalen 171, omfatter rundt sin nedre ende et spor 174 rundt omkretsen, for å motta et flertall av skjære-pinner 176a, b gjennom utboringer inne i huset 52 for å holde utblåsnings-pluggen 58 inne i huset 52.

Holder-hetten 54 omfatter et generelt sylindrisk, rustfritt stål element som utgjør en del av tandem-subb 56, og som er skrudd smamen med den øvre ende av huset 52. Holder-hetten 54 omfatter en gjennomgående aksiell utboring 180 med varierende diameter. Den aksielle utboring 180 omfatter en nedadvendt skulder 182 og passer i det vesentlige til dimensjonene av den øvre del av tidsforsinkelses-patronen 50 (beskrevet i mere detalj nedenfor), slik at tidsforsinkelses-patronen 50 blir holdt i en fast stilling mellom en oppadvendt skulder 184 i huset 52 og skulderen 182 på holder-hetten 54.

Det henvises igjen til figur 4. Metall mot metall-forbindelsen mellom tidsforsinkelses-patronen 50 og holder-hetten 54

i den aksielle utboringen 180, er tettet ved hjelp av et par o-ringer 162a, b plassert inne i tilsvarende kanaler rundt omkretsen av den øvre ende av forsinkelses-huset 62. Likeledes omfatter den øvre ende av holder-hetten 54 et par kanaler som støtter o-ringene 166a, b for tetting av metall mot metall-forbindelsen mellom holder-hetten 54 og huset 52.

Tandem-subben 56 omfatter videre en oppadgående utvidelse 190, omfattende o-ringene 192a, b og et gjenget parti 194, slik at den oppadgående utvidelse 190 er i det vesentlige et speil-bilde av holder-hetten 54. Den oppadgående utvidelsen 190 er innrettet for å gå sammen med den nedre ende av perforeringskanonen (24 på figur 1) eller en adaptor for denne.

Det henvises nå til figur 5. Tidsforsinkelses-patronen 50 omfatter en forsterkerenhets-kopling 60, et forsinkelses-hus 62, en forsinkelses-kropp 64, en tennstift 66, en forsinkelses-lunte 68, og en effekt-patronenhet 70. Forsterker-enhets-koplingen 60 letter lunte-tilkoplingen mellom perforeringskanonen (24 på figur 1) og tidsforsinkelses-innretningen (40 på figur 4). Forsterker- enhets-koplingen 60 er festet inne i den øvre ende av forsinkelses-huset 62 ved hjelp av gjennomføring 63, skrudd ved 61 inn i huset 62. En aksiell utboring 64 inne i forsterkerenhets-koplingen 60 tar imot en lengde av detonerende lunte 72, som strekker seg fra inne i tandem-subben (56 på figur 2) til tennstiften 66. Den aksielle utboring 65 omfatter et utvidet område 67 langs den nedre ende, hvor en metallring 69 trykket rundt den detonerende lunten 72 er bundet inne i utvidelsen 67 for å holde den detonerende lunten 72 på plass.

En metallkopp 74 er festet til den øvre ende av lunten 72 ved hjelp av pressing, og inneholder en sprengladning. Den øvre ende av metallkoppen 74 ligger an mot en lignende, nedadvendt metallkopp som er en del av en forsterkerenhet (ikke vist) i den nedre ende av perforeringskanonen (24 på figur 1), slik at den detonerende lunten inne i perforeringskanonen overfører tenning gjennom de motsatte forsterkerenheter til den detonerende lunten 72 inne i forsinkelses-patronen 50.

Tennstiften 66 er glidbart anbragt i tennstifthylsen 80, som er understøttet inne i en generelt sylindrisk utboring 78 i forsinkelseshuset 62, nedenfor og aksielt på linje med utboringen 65 inne i førsterkerneheten 60. Tennstifthylsen 80 omfatter,

i et spor midt på omkretsen, en o-ring 82 for å tette rommet mellom hylse-utboringen 78 og den ytre overflate av hylse 80. Forsinkelseshuset 62 omfatter videre en tennings-utboring 84 av mindre diameter enn hylse-utboringen 78. Tenner-utboringen 84 er aksielt på linje med, og krysser den nedre ende av hylse-utboringen 78, slik at den langs den indre nedre ende av hylsen 80 danner en ringformet kant for å støtte en høy-temperatur lukningsskive 86.

Det henvises fremdeles til figur 5. Den øvre ende av hylsen 80 er maskinert langs innsiden for å danne en kant for å støtte en ringformet flens 88 som utformes rundt den øvre ende av tennstiften 66. Tennstiften 66 omfatter også en o-ring 90, under-støttet i et spor, for å tette det innvendige av hylsen 80 mot inntrenging av forurensende væsker.

En tennings-ambolt 85 er anbragt inne i tennings-utboringen 84, og omfatter en tynn metall-membran over toppen. Ambolten 85 omfatter et flertall av utboringer 83 for å lede tenningskjeden gjennom ambolten 85. Rommet mellom lukkeskiven 86 og membranen på ambolten 85 er pakket med en perkusjons-tenner pyroteknisk ladning 87, som gir en brennende utgang med lav sprengvirkning, sammen med en emisjon av varme partikler. Perkusjons-tenneren blir antent når tennstiften 66 kommer i kontakt med luknings-skiven 86.

Tennings-ambolten utboringer 83 er forbundet gjennom en kort kanal 92 med en forsinkelses-lunte-utboring 94 med stor diameter, som strekker seg gjennom den nedre ende av forsinkelses-huset 62. Den generelt sylindriske forsinkelses-kroppen 64 strekker seg fra en gjenget forbindelse ved 93 inne i den nedre ende av forsinkelses-huset 82 og oppover inn i forsinkelses-lunte-utboringen 94, og omfatter i den øvre ende en generelt aksiell utboring 102

for overføringsladninger, og en ytre utboring 106, hvilke utboringer er på linje med og adskilt fra kanalen 92 inne i tenner-utboringen 84. En skjerm-skive 104 dekker den ytre utboring 102.

Utboringen 102 for overføringsladninger er forbundet med en generelt radiell utboring 108 som huser en øvre ende 101 av forsinkelses-Lunten 68. Forsinkelses-lunten 68 strekker seg fra utboringen 102 for overføringsladninger til det ytre av forsinkelses-kroppen, hvor den er spolet rundt den ytre omkrets av forsinkelses-kroppen 64 i plan som er generelt i rett vinkel med den felles rotasjonsakse av forsinkelses-huset 62 og forsinkelses-kroppen 64. Den generelt rettvinklede orientering av den spolete forsinkelses-lunten 68 minimaliserer effekten av kanonrekyl-momentum, rettet langs rotasjonsaksen av forsinkelses-kroppen 64, på lunten 68.

Perkusjons-tennladningen 87 endrer tenningskjeden fra detonering til brenning. Den antente tennladning trenger gjennom membranen på ambolten 85 og leverer en gnist gjennom ambolt-utboringene 83 og den korte kanalen 92 til den ytre utboring 106 og til overførings-ladnings-utboringen 102. Overførings-ladnings-utboringen 102 er pakket med en inngangs-overføringsladning 103, for eksempel Composition 430 produsert av firmaet Unidynamics, som gir omforming fra hurtig brenning til langsom brenning.

Varmt slagg fra reaksjonen i inngangs-overføringsladningen forblir i smeltet tilstand lenge nok til å sikre antenning av forsinkelseslunten 68. Forsinkelseslunten 68 kan omfatte for eksempel en blanding av bor og bariumkromat innlagt i en mantel av 0,999 % bly. Lunten 68 som utformes på denne måten, kan ha en ytre diameter på 1,73 til 1,83 mm, og en kjerneladning på 18 til 24 grain pr. meter. Endelig er blymantelen dekket av et isolasjonsMateriale såsom nr. 18 Varglass, fremstilt av 3M Cor-poration, som hindrer den brennende lunten fra å slå over til en nærliggende spole av lunten hvor den er vundet rundt forsinkelses-kroppen 64. Forsinkelseslunten 68 kan være konstruert til å brnene med en hastighet på omtrent 25 mm lunte pr. sekund eller enhver annen passende hastighet, som gjør det mulig å inkludere en tidsforsinkelse av forutbestemt varighet inne i innretningen 40.

Det henvises igjen til figur 5. Den nedre ende 105 av forsinkelseslunten 68 strekker seg gjennom en generelt radiell utboring 110 inne i forsinkelses-kroppen 64 til en annen overførings-ladning-utboring 112 ved det aksielle sentrum av den nedre ende på forsinkelses-kroppen 64. Forsinkelseskroppen 64 omfatter videre en utgangsladnings-utboring 114 nedenfor, aksielt på

linje med, av litt større diameter enn, og kryssende overførings-ladning-utboringen 112. Den nedre ende av forsinkelses-kroppen 64 omfatter en gjenget ende-utboring 116, aksielt på linje med utgangsladning-utboringen 114, for å gå sammen med den øvre ende av effekt-patronenheten 70.

Effekt-patronenheten 70 omfatter en patronhylse 130 og en patronplugg 132. Patronhylsen 130 omfatter en gjenget hals 136 for å gå sammen med den gjengete ende-utboring 116 på forsinkelses-kroppen 64. En sentrert utboring 138 langs rotasjonsaksen av patronhylsen 130 danner, gjennom patronhylse-halsen 136, en bane som forbinder utgangsladnings-utboringen 114 med det innvendige rommet 140 av patronhylsen 130. En lukke-skive 142

tetter den sentrerte utboringen 138 fra utgangsladnings-utboringen 114.

Patronpluggen 132 går glidbart inn i patronhylsen 130, adskilt fra den nedadvendte indre overflate 144 i patronhylsen 130. En patron-tetningsskive 146, som er punktsveiset på en ringformet kant 148 maskinert inn i innsiden av den nedre ende-flate på patronhylsen 130, holder patronpluggen 132 inne i hylsen 1 30.

Den andre overføringsladning-utboringen 112 er pakket med en pyroteknisk overføringsladning 113, såsom Composition 430, som ble beskrevet i mer detalj ovenfor, i nær kontakt med den nedre ende 105 av forsinkelses-lunten 68. Den andre overføringsladnin-gen 130 letter overføringen fra den langsomt brennende forsinkelseslunten 68 til en hurtig forbrenning inne i utgangsladning-utboringen 114.

Utgangsladnings-utboringen 114 er pakket med en pyroteknisk utgangsladning 115, såsom en femti milligram blanding av titan og kalium-perklorat (Ti/KClO^), tilstrekkelig til å antenne effekt-patronen 70. Ladningen av Ti/KClO^er en hurtig-reagerende,

høy temperatur pyroteknisk ladning med meget høy varme-generering, i området 1750 kalorier pr. gram. Etter at den antennes av over-føringsladningen 113, brenner utgangsladningen 115 gjennom lukkeskiven 142 til den når ladningene inne i effekt-patronen 70.

Effekt-patronen 70 omfatter inne i den sentrerte utboringen 138 i halsen 136 en første tennladning 135 og en drivladning 137. Den første tennladningen 135, som omfatter en blanding av titan

og kalium-perklorat (Ti/KClO^), overfører tenning fra forsinkelses-kroppen 64 til drivladningen 137, som fortrinnsvis omfatter en blanding av kalium-perklorat (KCIO^) og tetrametylammonium-perklorat ("TMAP").

Den raske økning i trykket inne i patronhylsen 130 tvinger patronpluggen 132 mot tetteskiven 146, som dermed blir sprengt av fra kanten. Det økende trykket fortsetter å utøve en nedadrettet kraft på den øvre overflate av patronpluggen 132, og tvinger pluggen 132 mot utblåsningspluggen (58 på figur 4), som dermed blir avfyrt fra den nedre ende av tidsforsinkelses-innretningen 40. Som det vil fremgå av den videre beskrivelse nedenfor, foregår avfyringen av utblåsningspluggen 58 sammen med et signal, som blir detektert på overflaten av borehullet og tolket som en indikasjon at perforeringskanonen er avfyrt i henhold til planen.

Under henvisning til figurene 1 og 2, er således tidsforsinkelsesinnretningen 40 koplet til perforeringskanonen 24 slik at den genererer et distinktivt signal når den antennes av en detonerende lunte som strekker seg fra den nedre ende av perforeringskanonen 24. Den detonerende lunten antenner forsinkelses-lunten 68, og innfører en tidsforsinkelse mens forsinkelseslunten 68 brenner langsomt. Ved enden av tidsforsinkelsen, antenner forsinkelseslunten 68 effekt-patronenheten 70, som omfatter driv-ladningen 137. Drivladningen 137 utvikler et trykk på over 3000 kg/cm 2 på o mindre enn ett millisekund. Det raskt utviklede trykk skjærer av holder-pinnene 176a, b, og tvinger utblåsnings-pluggen 58 fra den nedre ende av huset 52, og leverer en gassboble fra den åpne nedre ende av huset 62, mens den genererer akustikk-, trykk-, og bevegelses-signaler som er forskjellig fra de signalene som følger med avfyringen av perforeringskanonen 24.

Det henvises igjen til figur 1. Transducerenheten 44 er festet til et brønnhode 30 for å detektere det distinktive signal som blir generert av tidsforsinkelsesinnretningen 40. Transducerenheten 44 kan omfatte en akustisk emisjons-transducer for å detektere akustisk energi som blir generert i borehullet 10, et aksellerometer for å detektere bevegelse i brønnhodet, eller en trykk-transducer for å føle trykk i rørene eller ringrommet. Enheten 44 kan omfatte alle eller enhver kombinasjon av de tre typene av transducere. Det henvises nå til figur 6, som viser at transducerenheten 44 omfatter en transducer 300 og en fikstur 302.

Transduceren 300 kan for eksempel være en akustisk emisjons transducer, såsom MOdel nr. 392A transducer, fabrikert av PCB Piezotronics. Akustisk emisjons transducer 300 er i stand til

å detektere akustisk energi i frekvensområdet 100 til 10000 Hertz, og genererer et utgangssignal på fra 100 millivolt til 2 volt. Transduceren 300 kunne også være et aksellerometer, såsom en Model nr. 303A aksellerometer fabrikert av PCB Piezotronics,

eller en standard trykktransducer, dynamisk eller statisk måler-type, avhengig av den spesielle anvendelsen. Den akustiske transducer og aksellerometeret kunne festes til brønnhodet 30

ved bruk av en fikstur 302 for hver. Trykk-transduceren må

være forbundet med rørene eller ringrommet gjennom en port, og understøttet ved kommersielt tilgjengelig apparat.

Transduceren 300 blir holdt i stilling mot rørstrengen 14

ved hjelp av fiksturen 302, som omfatter et støpt silikongummi-element omfattende et sentralt rom for å understøtte transduce-

ren 300, et par magneter 304a, b av dørlås-typen, og et par spor 306a, b. Sporene 306a, b gjør det mulig for den felksible teks-tur å innta en generelt buet form slik at den i det vesentlige passer sammen med den ytre overflate av en flens, såsom den flensen som holder rørstrengen. Magnetene 304a, b tillater lett festing av fiksturen 302 til brønnhode-flensen slik at transduceren 300 blir holdt i nær kontakt med brønnhodet (30 på figur 1).

Fiksturen 302 omfatter videre et par utboringer 308a, b,

som strekker seg gjennom fiksturens bredde, for å motta en sløyfe av den skjermede kabel 46, som vist på figur 3. En slik utfor-ming utløser stress på kabelen 46 hvor den er forbundet inne i fiksturen 302 med transduceren 300, og demper bevegelse i led-ningen som følge av ytre krefter. Slike bevegelser kunne ellers overføre uvedkommende signaler til de som blir mottatt fra borehullet.

Én eller flere transducere 300 er således montert på brønn-hodet (30 på figur 1), slik at energi som sendes dit av rørstren-gen (14 på figur 1) eller ringrommet blir detektert og overført til registreringsenheten 48 via den skjermede kabel 46.

Det henvises igjen til figur 1. Registreringsenheten 48 omfatter den innretning med hvilken utgangssignalet fra transducerenheten 44 blir tolket og indikert til en operatør. På figur 7 er det vist en spesiell registreringsenhet 48, omfattende en inngangsforsterker 320, en kasett-opptager 322, et høypass-filter 324, og en oscillografisk kurveskriver 338.

Det henvises til figurene 6 og 7. Transduceren 300 er forbundet med inngangslinjen 326 til inngangsforsterkeren 320 via den skjermede kabel 46. Inngangsforsterkeren omfatter en strøm-kilde 328 som kan levere ca. 0,5 milliamper strøm til en felt-effekt-transistor (FET) i kilde-følger-kopling (ikke vist) som leverer inngangssignalet inne i den akustiske emisjons-transducer 300. Strømkilden kan være, for eksempel en LM334 innretning produsert av National Semiconductor.

Inngangsforsterkeren 320 omfatter videre en for-forsterker-krets bestående av et par FET operasjons-forsterkere 330, 332, såsom er tilgjengelig på en TL082-innretning produsert av Texas Instruments, anordnet til å gi en spenningsforsterkning av omtrent fem for å forsterke transducer-utgangssignalet til et punkt som er gått innenfor følsomhetsområdet for kasett-opptageren 322. Inngangsforsterkeren 320 omfatter en utgangslinje 334 som er forbundet med en inngangsterminal i kasett-opptageren 322. På en lignende måte kan et aksellerometer og/eller en trykktransducer, hvis de skal brukes, være forbundet med inngangskanaler i opptageren 322.

Kasett-opptageren 322 kan være enhver høykavlitets-kasett-opptager, som for eksempel Model nr. PMD340 opptager Produsert av Marantz. Hvis opptageren 322 ikke er i stand til å håndtere minst tre inngangskanaler, kan det være nødvendig å bruke mer enn én opptager.

En utgangslinje 336 fra opptageren 322 er forbundet med et høypass-filter 324 som har et tre decibel lavfrekvensnivå ved 50 Herz. Filteret 324 demper de lave frekvens-komponentene i transducer-utgangssignalet for å forbedre kurveskriverens 338 følsomhet for det distinkte signalet, som genereres av tidsforsinkelsesinnretningen. I fravær av et slikt filter er kart-registeret 338 i alminnelighet ikke i stand til å følge de høy-frekvente signalene som er av interesse her. Når mer enn én transducer 300 er i bruk, er det nødvendig med separate utgangs-kanaler 336, filtere 324, og inngangskanaler til kurveskriveren 338 for hver transducer.

Den oscillografiske kurveskriver 338 er fortrinnsvis av typen galvanometer-pinne eller en servo-drevet skriver, kurveskriveren 38 genererer en sann-tids, tidsbase, hardkopi plot av transducerens utgangssignal. Slike skrivere er kommersielt tilgjengelige fra flere produsenter, blant andre Soltec og Gould.

I drift er transduceren 300 forbundet med inngangsforsterkeren 320. Kasett-opptageren blir startet etter at en kanon-avfyringsstang (ikke vist) er sluppet ned i rørstrengen for å fyre av perforeringskanonen (24 på figur 1). Når stangen treffer avfyringshodet (ikke vist) ved den øvre ende av perforeringskanonen, avfyres kanonen, og tidsforsinkelsesinnretningen (40

på figur 1) blir antent (forutsatt at den detonerende lunte i perforeringskanonen detonerer og ikke brenner gjennom hele lengden av perforeringskanonen). Alle hendelser nede i borehullet som genererer energi blir detektert av transduceren eller transducerne 300, og blir overført på den skjermede kabel (46 på figur 1) til kasett-opptageren 322, hvor de blir registrert sam-tidig på kasettbånd og på kurveskriveren 338.

Vellykket avfyring av kanonen kan lett bli observert ved å identifisere den unike signatur forbundet med det heldige utfall av hendelsen - nærvær av kanon-avfyringssignalet, fulgt av en pause av forutbestemt varighet, fulgt av det unike signalet fra tidsforsinkelses-patronen. Utgangssignalene fra de forskjellige typer transducere beskrevet ovenfor kan bli sammenlignet på den samme tidsbase, for å skjerme av støy fra forskjellige kilder og for å lette identifiseringen av den unike signatur. Bruk av mer enn én transducer kan bli nødvendig, for eksempel i operasjoner til sjøs.

Det henvises nå til figur 8. De unike trekk ved signalet 350 som er generert av tidsforsinkelsesanordningen (40 på figur 1 ) vis-a-vis signalet 360 som er generert av perforeringskanonen kan bli observert, som rapportert av en akustisk emisjons-transducer. For det første har signalet 350 fra forsinkelsesinnretningen en hurtigere fall-tid enn kanonsignalet 360. For det annet har signalet 350 fra forsinkelsesinnretningen en kortere varighet enn kanonsignalet 360. For det tredje når signalet 350 fra forsinkelsesinnretningen sin toppverdi hurtigere, og faller av jevnere derfra, mens kanonsignalet 360 har flere topper, og ikke faller av jevnt. Endelig, og viktigst, en forutbestemt tidsperiode skiller signalet 350 fra forsinkelsesinnretningen fra kanonavfyringssignalet 360 og andre tidligere signaler. Signalet 350 fra forsinkelsesinnretningen har således visse unike karakteristikker ved hvilket det lett kan gjenkjennes.

Det må imidlertid bemerkes at andre unike signaler også kunne brukes til å oppnå i det vesentlige det samme resultatet.

Det henvises igjen til figur 1. Registerenheten 48 kan alternativt omfatte et mikroprosessor-basert apparat som overvåker utgangen fra transduceren (300 på figur 6) og gir et signal ved gjenkjennelse av signalmønsteret som er karakteristisk for en vellykket avfyring av perforeringskanonen. Et slikt Mikroprosessor-basert apparat kunne bli konstruert og programmert av en som er kyndig i den nødvendige datamaskin-teknikk, ved bruk av den foregående forklaring som en veiledning.

Mens en foretrukken utførelse av oppfinnelsen er vist og forklart, kan modifikasjoner av denne bli utført av fagfolk på området uten å avvike fra oppfinnelsens ånd.

Claims (19)

1. Apparat for detektering av komplett avfyring av en perforeringskanon i et borehull,karakterisert ved: en innretning koplet til perforeringskanonen for å generere et signal; en innretning ved overflaten av borehullet for å motta signaler som blir generert inne i borehullet; og en innretning i forbindelse med den nevnte mottagerinnret-ning for å identifisere signaler generert ved den nevnte generator innretning .

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat det nevnte signal omfatter en tidsforsinkelse av forutbestemt varighet etter avfyring av perforeringskanonen.

3. Apparat ifølge krav 2,karakterisert vedat signalet omfatter antenning av en ladning ved slutten av den nevnte tidsforsinkelsen.

4. Apparat ifølge krav 3,karakterisert vedat signalet blir generert hvis og bare hvis perforeringskanonen er komplett avfyrt.

5. Apparat ifølge krav 4,karakterisert vedat genereringsinnretningen omfatter en tidsforsinkelsesinnretning, omfattende: en innretning for å kople den nevnte innretningen til per-forer ingskanonen ; forsinkelsesladnings-innretning koplet til koplingsinnret-ningen for å brenne med en forutbestemt hastighet for å oppnå den nevnte tidsforsinkelse; og en drivladnings-innretning koplet til forsinkelsesladnings-innretningen for å generere det nevnte signal.

6. Apparat i et foret borehull med en rørstreng opphengt fra et brønnhode, og med en perforeringskanon på den nedre ende av rørstrengen, for å bestemme hvorvidt perforeringskanonen er komplett avfyrt,karakterisert ved: en patron-innretning festet til perforeringskanonen, og som genererer et signal etter at perforeringskanonen er avfyrt; en sensor-innretning ved overflaten av borehullet for å over-våke endringer i energi inne i borehullet, og som genererer elektriske signaler som følge av slike endringer; og en registrerings-innretning for å registrere de nevnte elektriske signaler fra sensor-innretningen, og for å tolke de nevnte registrerte elektriske signalene, slik at signalene fra patron-innretningen kan bli gjenkjent som en indikasjon på at perforeringskanonen er komplett avfyrt.

7. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedsignalet omfatter en tidsforsinkelse av forutbestemt varighet, fulgt av energi generert ved antennelse av en ladning.

8. Apparat ifølge krav 7,karakterisert vedat patron-innretningen omfatter: en forsterker-innretning for å kople patronen til perforeringskanonen; en forsinkelseslunte som brenner med en forutbestemt hastighet; en innretning som er følsom for den nevnte forsterker-innretning for å antenne forsinkelseslunten hvis perforeringskanonen anfyres komplett; og en innretning som er følsom for den nevnte forsinkelses-lunte for å generere det nevnte signalet.

9. Apparat ifølge krav 8,karakterisert vedat innretningen for å antenne forsinkelseslunten omfatter: en perkusjons-tennladning; en tennstift for å antenne perkusjons-tennladningen, hvor tennstiften omfatter en ringformet flens som kan skjæres av fra tennstiften ved påtrykking av et forutbestemt trykk på tennstiften; og en hylse for glidbart å motta den nevnte tennstift og å støt-te den ringformede flens, hvor hylsen holder tennstiften adskilt fra perkusjons-tennladningen, slik at komplett avfyring av perforeringskanonen genererer tilstrekkelig kraft til å skjære av tennstiften fra den ringformede flens og dermed antenne perku- sj ons-tennladningen.

10. Apparat ifølge krav 8,karakterisert vedat innretningen for å generere det nevnte signal omfatter: et hus omfattende en åpen ende; en utblåsningsplugg, glidbart anbragt inne i den åpne enden av huset; og at ladningen er inne i huset og er følsom for den nevnte forsinkelseslunte, slik at antennelse av ladningen genererer fluid-trykk mellom det nevnte huset og utblåsningspluggen, avfyrer utblåsningspluggen fra huset, og utløser en fluidboble.

11. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat sensorinnretningen overvåker akustisk energi generert inne i borehullet.

12. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat sensorinnretningen overfører bevegelse i apparatet som strekker seg inn i borehullet.

13. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat sensorinnretningen overvåker et trykk inne i borehullet.

14. Apparat ifølge krav 6,karakterisert vedat registreringsinnretningen oppfatter et mikroprosessore-basert apparat, omfattende: en innretning for å motta de elektriske signaler fra den nevnte sensorinnretning; en innretning for å digitalisere de elektriske signalene; en innretning for å lagre digitaliserte elektriske signaler fra digitaliseringsinnretningen; en innretning for å sammenligne de digitaliserte elektriske signalene med et signalmønster som representerer komplett avfyring av perforeringskanonen; og en innretning for å indikere utgangssignalet fra komparator-innretningen.

15. Fremgangsmåte for å bestemme hvorvidt en perforeringskanon opphengt inne i et borehull er komplett avfyrt, karakterisert vedde følgende skritt; avfyring av perforeringskanonen; generering av et distinktivt signal hvis perforeringskanonen ble komplett avfyrt; detektering ved overflaten energi som ble generert fra borehullet ved et tidspunkt før avfyring av kanonen; og tolking av den detekterte energi for å bestemme hvorvidt det nevnte distinktive signal ble generert.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisertved at genereringsskrittet omfatter: utløsning av en tidsforsinkelse hvis og bare hvis perforeringskanonen ble komplett avfyrt; og antennelse av en ladning ved utgangen av den nevnte tidsforsinkelse .

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16,karakterisertved at deteksjonsskrittet omfatter: at man føler nærvær av energi; og at man gir et elektrisk signal som indikerer denne energi.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17,karakterisertved at tolkingsskrittet omfatter: mottagning av det elektriske signal som indikerer energi; registrering av det elektriske signalet på bånd; og vurdering av registeret for å bestemme hvorvidt den nevnte tidsforsinkelse og ladning er til stede.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17,karakterisertved at tolkningsskrittet omfatter: mottagning av et elektrisk signal som indikerer energien; digitalisering av dette elektriske signalet; lagring av det digitialiserte elektriske signalet; sammenligning av det digitaliserte elektriske signal med signalmønsteret som representerer komplett avfyring av perforeringskanonen; og indikering av hvorvidt det distinktive signalet er til stede.