NO851111L - Sprengladningsholder - Google Patents

Abstract

Høytetthet-perforeringskanon (10) hvor hulladninger (40). er slik orientert at de utsendte ladnings stråler i hovedsaken krysser kanonens lengdeakse. Hulladningene (40) kan ha innbyrdes vertikale avstander svarende til mindre enn diameteren til en hulladning, men tilstrekkelig til at hver ladningsstråle kan gå uhindret av andre ladningsstråler fra de direkte over- og underliggende ladninger.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører perforering av brønner, som kjent fra petroleumindustrien, mer spesielt bærere for perforeringskanoner med hulladninger som benyttes for perforering av brønnhullfåringer og produksjonsformasjoner.

Hulladninger benyttes for å perforere foringer og de omgivne produksjonsformasjoner, fordi hulladninger tilveiebringer lange og tunnellignende perforeringer i en produksjonsformasjon,

uten at det er nødvendig å bruke et prosjektil og uten at det innføres større mengder av avfall og rester i perforeringene. Imidlertid er penetreringsegenskapene til en hulladnings-stråle

i høy grad avhengig av hulladningens plasseringsavstand. Denne plasseringsavstand kan defineres som avstand mellom bunnen i hulladningens konus og den nærmeste signifikante hindring foran ladningen. Slik hindring kan eksempelvis være et lokk over ladningen, innerveggen i en perforeringskanon-bærer, eller den indre del av en plugg i en kanonåpning i en bærer. I den senere tid har tendensen vært å benytte "høy" tetthet-perforering,

som innbefatter bunting av flere hulladninger og en plassering av disse bunter i perforeringskanon-bæreren for å tilveiebringe 12 eller flere perforeringer pr. 30 cm produksjonsformasjon. Slike ladningsbunter roteres vanligvis relativt i over- og underliggende ladningsbunter, for derved å tilveiebringe i ro-tas jonsretningen forskjøvne perforeringer, hvorved det oppnås en redusert tendens for svekking av foringen og en antatt bedre total fluidumsstrøm fra produksjonsformasjonen. En slik bunting av ladninger medfører imidlertid en meget betydelig redusering av plasseringsavstanden for hver hulladning i bunten, hvilket i sin tur reduserer formasjonspenetreringen og i vesentlig grad reduserer de fordeler man ellers oppnår med slike ladningsbunter med tilhørende stort antall perforeringer. I virkelig-heten vil den totalt sett tilgjengelige plasseringsavstand være begrenset til rundt 5 cm eller mindre.

De problemer som er knyttet til en reduksjon av plasseringsavstanden er kjent i US-PS 3,429,384, som vedrører problemer i forbindelse med en reduksjon av plasseringsavstanden i forbindelse med bruk av en meget stor hulladning i en rørformet bærer. Det indikeres at selv mindre økninger (i størrelsesord-enen under 2,5 cm) av plasseringsavstanden kan gi så meget som 20% økning av penetreringsdybden. I det nevnte US-patentskrift beskrives det bruk av en rørformet perforeringskanon-bærer hvor det er utformet konkave utsparinger som sentralt er preget utover ved hjelp av et formeverktøy inne i bæreren. Denne form gir en øking i plasseringsavstanden som er lik dybden til den sentrale pregning, mens den maskinerte utsparing og den derav resulterende reduksjon av bærerveggens tykkelse reduserer den utoverrettede utraging og tykkelsen av den grad som fremkommer ved avfyringen av ladningen. Dette medfører at bæreren får en mindre tendens til å sette seg fast i rørstrengen under uttrek-kingen. Imidlertid er denne kjente teknikk beheftet med flere ulemper. For det første er det nødvendig med nøyaktig maskin-ering av utsparingene til en bestemt dybde, med etterfølgende bruk av et formeverktøy, som må orienteres på en nøyaktig måte. For det andre vil reduksjonen av veggtykkelsen ikke være prak-tisk for bærere som innbefatter bunter på 3,4 eller til og med 5 ladninger i et og samme nivå, fordi dette vil føre til en uakseptabel senking av bærerveggens kompresjonsstyrke og med-føre fare for en total ødeleggelse av bæreren ved avfyringen av ladningen, med tilhørende restavleiringer i brønnboringen. Videre kreves det for oppnåelse av maksimal effekt at ladningene plasseres på nøyaktig måte i bæreren i forhold til hver pregning.

En annen perforeringskanon-bærer som er utformet under hensyn-tagen til behovet for en riktig plasseringsavstand, er vist og beskrevet i US-patentsøknad nr. 491,624. Bæreren er utført med et innvendig, i hovedsaken rørformet hus inne i en ytre, i hovedsaken rørformet hylse. Det indre hus har kanonporter gjennom veggen, i et mønster svarende til mønsteret av de i bæreren plasserte ladninger. Hylsen kan være festet til huset på en av mange mulige måter, eksempelvis ved sveising, lodding, slag- lodding eller liming. Alternativt kan hylsen være krympet på huset, eller bare tredd over huset og holdt på plass i hver ende ved hjelp av mekaniske midler. Selv om man med denne kjente konstruksjon kan øke plasseringsavstanden i vesentlig grad i forhold til hva man tidligere har ansett som mulig ved høytetthet-perforering, vil økningen sett i absolutt målestokk være meget liten, og det dreier seg vanligvis om brøkdeler av centimeter.

Sammenlignet med tidligere kjent teknikk representerer høytett-het-perf orerinskanonen ifølge foreliggende oppfinnelse et reelt sprang fremover. Foreliggende oppfinnelse innbefatter en flersidet ladningsholder som orienterer ladningsmunningene mot den sentrale akse i den rørformede bærer hvor kanonen er plassert. Ladningsbunnene er plassert nær bærerens innervegg, og tennanordningen for ladningen er likeledes plassert nær bærerveggen. Langs hver side av den flersidede bærer er det montert en vertikal rad av i hovedsaken jevnt innbyrdes avstandsplasserte ladninger. Hosliggende ladnigsrader er forskjøvet innbyrdes for derved å muliggjøre en uhindret avfyring av hver ladning tvers over kanonens sentrale akse, inn i kanonporten i bæreveggen og gjennom foringsrøret og inn i den bakenforlig-gende produksjonsformasjon. For å unngå at de rester som en ladningsstråle tilveiebringer skal forstyrre inntilliggende ladninger og deres tenningsanordninger er det sørget for at hver ladningsstråle går gjennom et kanonløp eller et munnings-rør som er anordnet ved munningen av ladningen og plassert i aksial flukt med denne. Perforeringskanonen ifølge oppfinnelsen vil kunne gi en økning i plasseringsavstanden på mange centimeter, og gir også mulighet for større ladningstetthet med til-hørende større perforeringstetthet,. fordi ladningene kan plasseres med en vertikal avstand som er mindre enn ladningsbredden eller diameteren. Foreliggende oppfinnelse muliggjør også en mer jevn perforeringsavstand, fordi perforeringene ikke er plassert i separate plan med innbyrdes avstand minst lik ladningsbredden, men er forskutt anordnet.

Dppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til teg-ningene-, hvor: Fig.l viser et vertikalsnitt gjennom en rørformet ladningsbærer med en foretrukken utførelsesform av perforeringskanonen ifølge oppfinnelsen, plassert

i en brønnhullforing,

fig.2 viser et horisontalt snitt gjennom den foretrukne utførelsesform av perforeringskanonen ifølge foreliggende oppfinnelse, plassert i en rørformet !ladningsbærer i en brønnboring, og

fig.3A,B,C viser utfoldinger av tre ladningsholderstrimler

som benyttes for tilforming av ladningsholderens sider i den foretrukne utførelsesform av perforeringskanon ifølge oppfinnelsen.

I fig.l er det vist en del av en perforeringskanon 10 plassert

i en' rørformet ladningsbærer 2. I ladningsbæreren er det til-formet kanonporter 4, det vil si steder hvor bærerveggen har redusert veggtykkelse. Bæreren 2 er opphengt i foringsrøret 6, ned et mellomliggende ringrom 8. En potensiell olje-, gass-eller vannproduserende formasjon (ikke vist) vil vanligvis omgi foringen 6, selv om foringen også kan perforeres for vann,

damp eller CC^-injeksjoner, for løsnings-minering eller for plassering av farlig avfall. Oppfinnelsen er således ikke begrenset til en spesiell brønntype eller en spesiell anvendelse.

Huleladninger 40 er plassert i vertikale rader langs hver side av en holder 12. Tennanordninger, her i form av en detonerende lunte 42, er festet til hulladningene ved hjelp av fjærklemmer 44. Som vist i fig.l er det ved munningene til hver hulladning 40 plassert et munningsrør 46. Hvert slikt munningsrør 46 strekker seg gjennom en åpning 80 som dannes av hosliggende utsparinger i de sammenførte kanter av ladningsholdersidene. Munningen 48 til hvert rør ligger like innenfor en kanonport 4. Fig.2 viser et horisontalsnitt gjennom ladningsholderen 12, med ladninger 40, lunter 42, festeklemmer 44 og munningsrør 46.på plass. Hver detonerende lunte 42 kan være utført med en mantel 50 rundt en eksplosiv kjerne 52. Mantelen 50 kan være av et hvilket som helst egnet materiale, nylon, termo-plastisk gummi, bly, aluminium, plast, silikon, fiberglass, Kevlar varemerke, polypropylen eller stål, og kan være ekstrudert, viklet flettet eller vevet, Kjernen 52 kan være et hvilket som helst egnet eksplosiv, fortrinnsvis 70 grain/

foot RDX. Hver hulladning 40 innbefatter her et hus 60 med en bunnåpning 62. I bunnåpningen er det lagt inn en tennladning 64 for eksplosivet 66, tennladningen kan også være RDX eller et hvilket som helst annet egnet eksplosivt materiale av den type som vanligvis benyttes for slike ladninger, herunder,

men ikke begrenset til syklotrimetylenetrinitamin, hexahydro-1,3,5-trinitro-5-triazine, cyclonite, hexogen, T4, vanligvis betegnet som RDX, octogen, kjent som HMX eller 2,2',4,4',6,6' hexanitrostilbene, kjent som HNS. Dersom perforeringsstrengen skal benyttes i et høytemperaturområde i brønnen (over 2 60°C) så kan det benyttes en eksplosiv blanding kjent som PYX (2,6-bis(Picrylamino)-3,5,dinitropyridin). I tillegg kan voks, polymere eller stearate bindemidler benyttes sammen med de nevnte eksplosiver. Eksempelvis kan det benyttes RDX med et kalsiumstearat-bindemiddel, vanligvis kjent som CH6. Ladningen 40 har en foring 68, idet eksplosivet 66 er presset inn mellom denne foring 68 og huset 60. Ladningens 40 munning 70 er åpen. Utvendig er hver ladning sylindrisk 72 og er utformet med et omløpende spor hvor en sneppring 74 griper inn. Munningsrøret 46 har en innløpsende 82 beregnet for mottagelse av den eksplo-sive stråle, og har en utløpsende 84 beregnet til å rette lad-ningsstrålen mot kanonporten 4. Munningsrøret 4 6 kan være av metall eller annet egnet materiale, eksempelvis fiberglass eller ballistisk plast (vevet Kevlar varemerke)-fibre støpt i en matrise. Innerveggen .86 ved innløpsenden 82 har litt større diameter enn delen 72 og er tredd over denne. Ladningen holdes

på plass i munningsrøret 46 ved hjelp av en fjærklemme 44,

hvis ender går inn i åpningen 74 i ladningsholderen 12.

Nær ladningsmunningen 70 er munningsrøret 4 6 innsnevret ved

88 og går videre som et trangere rør 90. Dette rør strekker seg frem til utløpsenden 84.

Her er bare en enkelt ladning- og munningsrørkombinasjon beskrevet, men de andre vil naturligvis ha tilsvarende utfør-else.

Kanonen 10 innbefatter en tresidet ladningsholder 12 som har

et likesidet trekanttverrsnitt. Ladningsholderens sider 14,

14<1>og 14<1>' er fortrinnsvis fremstilt av utstansede platemetall-strimler. Som vist i fig.3A,B og C er holdersiden 14 forsynt med en rad av i hovedsaken jevnt avstandsplasserte, runde ladnings-åpninger 16, og langs hver strimmelkant er det en vertikal rad av i hovedsaken jevnt avstandsplasserte utsparinger 18. Disse utsparinger 18 har i hovedsaken parallelle sider 20, og ut-sparingen har en i hovedsaken eliptisk bunn 22. Mellom to naboutsparinger 18 er det to bolthull 24. Samtlige bolthull på hver kantside er anordnet i flukt med hverandre i vertikalretningen. De strekpunkterte linjer 26 er bøyelinjer. Sidekantene bøyes langs disse bøyelinjene med en vinkel på 30° i forhold til strimmelplanet, se fig.2.

Sidene 14' og 14<11>har i hovedsaken samme utførelse som siden 14. Det skal her imidlertid pekes på at ladningsåpningene 16 - er forskutt i forhold til ladningsåpningene 16' og 16'', idet det er vist hvordan hver ladningsåpning er forskjøvet i vertikalretningen i forhold til en sideveis hosliggende. Forskyv-ningsavstanden er lik senteravstanden mellom bolthullene i hvert hullpar. Ser man eksempelvis på de nederste ladnings-åpninger 16, 16' og 16" i sidene 14, 14' og 14", så vil man se at den vertikale avstand X mellom senterne til åpningene 16 og 16' er lik den vertikale avstand Y mellom senterne til åpningene 16 og 16'', og at avstandene X og Y begge er lik den vertikale senteravstanden Z mellom et bolthullpar 24 (såvel som mellom bolthullparene 24' og 24''). Sagt på en annen måte, ladningsåpningene er vertikalt forskutt anordnet slik at ladningene plasseres i et spiralarrangement rundt holderen 12.

I motsetningen til ladningsåpningene er kantutsparingene 18,

18<1>og 18" anordnet i samme høydenivåer langs to motliggende strimmelkanter. Når således strimlene 14, 14' og 14<1>' samles for dannelse av ladningsholderen 12 vil hvert utsparingspar sammen danne en munningsrørport 80 som vil ligge i horison-

tal flukt med ladningsåpningene 16, 16' eller 16'' i den tredje ladningsholderside som er plassert overfor de sammen-førte strimmelkanter. Dette kan man lett se ved et studium av fig.3A,B og C, hvor senterlinjen til de nederste åpninger 16' i siden 14' ligger i samme høydenivå som de nederste utsparinger 18, 18<11>i henholdsvis venstre kant av siden 14

og høyre kant av siden 14'', og utsparingene 18 og 18'' vil sammen danne en munningsrøråpning når sidene 14, 14' og 14''

er satt sammen til en holder 12.

Foran er det en vertikal forskyvning av ladningsåpningene 16, 16' og 16'' knyttet til avstanden mellom bolthullene, men dette er naturligvis ikke vesentlig. Av det foregående vil det gå frem at den minste vertikale avstand mellom ladningsåpningene vil være begrenset til den høyde som er nødvendig for at lad-ningsstrålen kan kunne gå uhindret ut gjennom en åpning 80. Bestemmende i denne forbindelse er ytterdiameteren til munnings-rørets 46 parti 90, der hvor munningsrøret er ført gjennom munningsrøråpningen. En slik minsteavstand er vist i fig.3A-C, hvor man vil kunne se at hvert sett av utsparinger langs en kant er forskjøvet i vertikalretningen relativt den nest høyere utsparing i motstående kant på samme ladningsholderside en avstand som er lik den vertikale høyde til utsparingene, hvilken vertikal høyde i sin tur er lik avstandene X,Y og Z.

I fig.l er holderen 12 vist i montert tilstand, under utnyttelse av sekskantbolter og muttere 30 i bolthull 24, 24' og 24<11>. I fig.l vender siden 14<11>mot leseren, det vil si at side 14 også er vist mens side 14<11>er skjult. Man vil imidlertid forstå at det også kan benyttes andre fastgjøringsmidler, eksempelvis platemetallskruer eller nagler, og at sidene også kan punktsveises eller loddes sammen, eller limes sammen, og det kan også benyttes låsfliker for sammenholding av sidene 14, 14' og 14" . Videre kan også ladningsholderen 12 være til-formet av et enkelt platemetallstykke som der tilbøyet for opp nåelse av den ønskede sluttform. Videre kan holderen 12 også være ekstrudert av metall eller et annet materiale, idet samtlige nødvendige åpninger da stanses ut, skjæres ut eller ma-skineres ut etter ekstruderingen. Samtlige av de ovenfor nevnte og også andre kjente metoder kan benyttes for tilforming av ladningsholderen ved realiseringen av foreliggende oppfinnelse .

■

Med oppfinnelsen er det tilveiebragt en ny perforeringskanon som i vesentlig grad skiller seg fra tidligere kjente. Isteden-for at man er begrenset til en meget liten plasseringsavstand på rundt 5 cm eller mindre, slik tilfellet er ved de tidligere kjente utførelser, kan man med foreliggende oppfinnelse oppnå plasseringsavstander på flere ganger denne verdi.

Som et eksempel kan nevnes at i en ladningsbærer med en ytter-diameter på 19 cm, en veggtykkelse på 1,25 cm, en ladnings-dybde (bunn-munning) på 4,4 cm, en diameter på 0,6 cm for den detonerende lunte og en avstand på 0,3 cm mellom lunten og ladningsbærerens innervegg, vil plasseringsavstanden ifølge oppfinnelsen være ca. 10,5 cm. Ved utnyttelse av de samme ladninger, sentrert rundt en aksialt plassert detonerende lunte, vil plsseringsavstanden bare til sammenligning være ca. 3 cm. Med oppfinnelsen har man således kunnet øke plasseringsavstanden med over 200%. For ladningsbærere med mindre diameter vil den relative økning være større. Således vil en redusering av Således vil en redusering av ladningsbærerens utnyttbare indre diameter med 2,5 cm bare redusere plasseringsavstanden med 1,25 cm ved den kjente utførélsestype, mens plasseringsavstanden ved en perforeringskanal ifølge oppfinnelsen bare reduseres til ca. 8 cm, det vil si at den relative økning er mer enn 300 %.

Det tør av det foranstående gå frem at oppfinnelsen muliggjør en vertikal ladningsavstand som er mindre enn ladningens bred-de eller diameter, idet den minste vertikal avstand begrenses av den avstand som er nødvendig for at en ladningsstråle skal gå mellom de umiddelbart over og under forhåndenværende stråler, uten forstyrrelser.

Oppfinnelsen er foran beskrevet i forbindelse med et fortruk-ket utførelseseksempel, men oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til dette. Således kan ladningsholderen ha en annen utforming, som tidligere nevnt, og munningsrørene kan eventu-elt utelates, idet det isteden sørges for innebygde sperrer som hindrer spredning av strålerester etc. Videre kan det benyttes en spiralviklet detonerende lunte, det kan også benyttes andre tennsystemer, eksempelvis elektrisk tenning. Ladningshusene, eksplosivene og foringene kan ha andre dimensjoner og utform-inger, og foringene kan således også være koniske eller ha andre krumnigsformer. Oppfinnelsen er ikke begrenset til en spesiell husutførelse, et spesielt eksplosiv eller et spesielt fåringsmateriale. Oppfinnelsen er heller ikke begrenset til perforeringskanoner som ligger inne i en bærer. Munningsrørene kan være avtettet ved utløpsendene for derved å gi fluidum-frie plasseringsavstander, og det kan være plassert en O-ring mellom ladningshusene og munningsrørene innløpsender.

Claims (10)

1. Perforeringskanon for bruk i en brønnboring, karakterisert ved at den innbefatter en lad-ningsholderanordning med en i hovedsaken sentral lengdeakse, i det minste en hulladning beregnet for tilveiebringelse av en ladningsstråle ved tenning og plassert i ladningsholderen på en slik måte at ladningsstrålebanen i hovedsaken vil krysse den nevnte lengdeakse, og en ladnings-tennanordning.

2. Perforeringskanon ifølge krav 1, karakterisert ved at den i det minste ene hulladning innbefatter flere hulladninger.

3. Perforeringskanon ifølge krav 2, karakterisert ved at hver ladningsstrålebane er rettet i et radielt plan i forhold til den nevnte lengdeakse.

4. Perforeringskanon ifølge krav 3, karakterisert ved at de nevnte radielle plan ikke krysser hverandre.

5. Perforeringskanon ifølge krav 4, karakterisert ved at hulladningene er plassert i ladningsholderen i tre i hovedsaken vertikale rader anordnet rundt den nevnte lengdeakse med en i hovedsaken vinkelavstand på 120°.

6. Perforeringskanon ifølge krav 5, karakterisert ved at hver hulladning er plassert i en annen rad enn den umiddelbart oppover- og underliggende hulladning.

7. Perforeringskanon ifølge krav 6, karakterisert ved at ladningsstrålebanene fra en av de nevnte vertikale ladningsrader går mellom de andre to vertikale ladningsrader etter å ha krysset den nevnte lengdeakse.

8. Perforeringskanon ifølge krav 6, karakterisert ved at hver av hulladningene er tilordnet et munningsrør som danner en sperre som i hovedsaken omgir lad-ningsstrålen.

9. Perforeringskanon ifølge krav 6, karakterisert ved en i hovedsaken rørformet bærer rundt ladningsholderen.

10. Perforeringskanon ifølge krav 2, karakterisert ved at ladningene er plassert i et mønster slik at de nevnte ladningsstrålebaner vil ligge i ikke kryssende radielle plan og krysser den nevnte lengdeakse.