Brevet FR2794523A1 — publié le 20001208

RELAIS EXPLOSIF L'invention concerne un relais explosif. Une application privilégiée concerne un relais explosif destiné à transmettre une onde de détonation entre deux cordeaux détonants, à titre d'exemple. Pour accroître la production d'hydrocarbures, on utilise typiquement un canon de perforation pour créer des tunnels dans la formation pétrolifère. Ces tunnels sont creusés par l'explosion de charges creuses qu'on place dans le canon de perforation. En général, l'explosion est provoquée par une onde de choc ou onde de détonation, se propageant le long d'un cordeau détonant (souvent appelé cordeau primaire) relié aux charges. Le plus souvent, on utilise plusieurs canons pour perforer la formation en une seule et même séquence. Dans ce cas, l'onde de détonation doit se propager d'un canon à l'autre, ce qui implique que l'onde de détonation soit communiquée entre les cordeaux des différents canons. Pour ce faire, une solution consiste à nouer ensemble les extrémités des cordeaux. Cependant, ce type d'arrangement est peu fiable. Pour améliorer le transfert de l'onde de détonation entre deux cordeaux, on peut également utiliser des explosifs secondaires qui vont amplifier ou renforcer l'onde de détonation. Par exemple, comme représenté à la figure 1, une paire de relais 10 (un relais donneur 10a et un relais récepteur 10b) utilise des explosifs secondaires pour transmettre une onde de détonation d'un cordeau 12 à un autre cordeau 14. Pour ce faire, le relais 10 comprend une charge explosive 20, logée dans une enveloppe cylindrique 22 à proximité d'une extrémité fermée et plane 24 de ladite enveloppe. L'autre extrémité de l'enveloppe 22 reçoit un bout d'un des cordeaux 12 ou 14 qui, préférentiellement, est en contact avec la charge explosive 20. La première charge 20 du relais donneur l0a explose sous l'action d'une onde de détonation propagée par le premier cordeau 12. Cette explosion entreine l'éclatement de l'extrémité 24 de l'enveloppe 22 en plusieurs projectiles. Dans la mesure où le relais récepteur l0b est suffisamment proche du relais donneur 10a, les projectiles percutent l'extrémité dudit relais récepteur l0b et entraînent l'explosion de la seconde charge 20. L'explosion de la seconde charge 20 du relais récepteur l0b propage à son tour l'onde de détonation dans le second cordeau détonant 14. Tels que représenté à la figure 1, les relais de mise à feu donneur l0a et récepteur l0b peuvent être identiques. De cette manière, l'un ou l'autre des relais de mise à feu peut être indifféremment utilisé comme donneur ou récepteur, ce qui évite les erreurs lors de la mise en place desdits relais. Un logement, non représenté sur la figure 1, permet généralement de maintenir en place le relais donneur l0a et le relais récepteur 10b. A cause des tolérances de fabrication sur les autres pièces des canons de perforations (par exemple, les tolérances sur les tubes porte-charges, sur les connections, les logements des relais ... ), il est difficile de garantir un espace fixe 40 entre les extrémités 24 des relais de mise à feu donneur et récepteur l0a et l0b. Cependant, dans la mesure où les projectiles envoyés par le relais donneur l0a ont tendance à s'éparpiller, l'efficacité de la propagation de l'onde de détonation dépend de l'espace 40. Ainsi, si ce dernier est trop important, les projectiles auront tendance à trop se disperser et ne percuteront pas suffisamment le relais récepteur 10b pour entraîner l'explosion de la seconde charge 20. En se reportant à la figure 2, on constate que l'efficacité de la propagation de l'onde de détonation dépend également de l'espace 43 entre le cordeau détonant et le relais, c'est-à-dire entre les cordeaux 12 ou 14 et la charge explosive 20. Cet espace 43 peut être dû, par exemple, à une extrémité irrégulière du cordeau détonant ou à une erreur d'assemblage. De la même manière que précédemment, si cet espace 43 est trop important, la propagation de l'onde de détonation peut échouer. Par exemple, considérant le relais donneur 10a, si l'espace 43 est trop important, l'onde de détonation du cordeau détonant 12 peut ne pas entreiner l'explosion de la première charge explosive 20. Considérant le relais récepteur 10b, si l'espace 43 est trop important, l'explosion de la seconde charge explosive 20 peut ne pas entraîner d'onde de détonation dans le cordeau détonant 14. Le relais selon l'invention a donc pour objet de résoudre les problèmes précités. Dans ce but, l'invention propose un relais, destiné à propager une onde de détonation depuis un cordeau détonant vers un second relais et comprenant une charge explosive et une enveloppe, ladite enveloppe ayant une première extrémité recevant une extrémité dudit cordeau détonant et une seconde extrémité fermée, caractérisé en ce que ladite seconde extrémité possède une forme bosselée destinée à former un projectile pour percuter ledit second relais, lors de l'explosion de ladite charge explosive. L'invention a également pour objet de proposer un relais explosif, destiné à propager une onde de détonation depuis un cordeau détonant vers un second relais et comprenant une enveloppe destinée à recevoir une extrémité dudit cordeau détonant et une charge explosive, destinée à exploser sous une onde de détonation, et comprenant au moins sensiblement 50% en masse de 2,2',2",4,4,4",6,6',6"-nonanitroterphenyl (NONA) de telle sorte que l'enveloppe est éclatée en au moins un projectile destiné à percuter ledit second relais. L'invention a également pour objet de proposer une méthode pour propager une onde de détonation depuis un cordeau détonant vers un relais, caractérisée en ce qu'on place une charge explosive dans une enveloppe et qu'on réalise une extrémité fermée et bosselée dans ladite enveloppe de manière à ce que ladite extrémité forme un projectile destiné à percuter le relais quand la charge explosive explose. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la description suivante, en référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un relais donneur et d'un relais récepteur selon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue d'un espace entre un cordeau détonant et une charge auxiliaire dans un relais selon l'état de la technique ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un relais selon un exemple de réalisation conforme à l'invention ; - la figure 4 représente un projectile formé par l'explosion du relais représenté sur la figure 3 ; - la figure 5 représente des projectiles formés par l'explosion d'un relais selon l'état de la technique ; - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un relais selon l'état de la technique. Les figures 3 et 4 représentent un exemple de réalisation conforme à l'invention d'un relais 50 dont les caractéristiques permettent d'optimiser d'une part l'espace entre le cordeau détonant et le relais, et d'autre part l'espace entre le premier relais et le second relais. Dans l'exemple de réalisation représenté, le relais 50 comprend une enveloppe sensiblement cylindrique 52 qui possède une extrémité fermée 56 incurvée ou dentelée, ladite extrémité étant destinée à former un projectile 70 (figure 4) sous l'explosion d'une charge 54 du relais 50. L'extrémité fermée 56 de l'enveloppe 52 est différente d'une extrémité conventionnelle comme celle présentée sur le relais selon l'état de la technique en figure 1 qui possède une enveloppe avec une extrémité fermée plate 24. Typiquement, après l'explosion de la charge, l'extrémité plate 24 éclate en un faisceau de projectiles 74, comme représente en figure 5. Ces projectiles 74 auront tendance à s'éparpiller en tous sens plutôt qu'à traverser en ligne droite l'espace 68 entre le relais donneur l0a et le relais récepteur 10b. Par conséquent, plus cet espace 68 est important, moins il y a de chances qu'un nombre suffisant de projectiles 74 (si tant est qu'il y en ait même un seul) percutent le relais récepteur 10b. Au contraire de l'extrémité plate 24, l'extrémité bosselée 56 de l'enveloppe 52 donne un projectile 70 plus large que les projectiles 74, issus d'un relais selon l'état de la technique. Dans un exemple de réalisation, le projectile 70 possède une forme sensiblement plate et large après l'explosion de la charge 54, ce qui permet un contact suffisant avec le relais récepteur 65 pour entraîner l'explosion de sa propre charge. De cette manière, plutôt que d'éclater en plusieurs projectiles qui s'éparpillent en tous sens, la pièce de l'enveloppe 52, formant l'extrémité fermée 56, reste sensiblement en un seul morceau après l'explosion de la charge 54 et traverse l'espace en direction du relais récepteur 65, de manière sensiblement rectiligne. De plus, cette pièce (c'est-à-dire dans ce cas le projectile 70), possède une forme permettant d'optimiser la surface de contact avec le relais récepteur 65. Ainsi, la taille de l'espace 68 peut être supérieure à celle des relais de mise à feu selon l'état de la technique. Sans sortir de l'invention, les expressions dentelée ou incurvée incluent de manière générale une extrémité dont la surface possède un dessin particulier. Dans un exemple de réalisation, l'extrémité 56 est sensiblement convexe par rapport à la charge explosive 54, logée dans l'enveloppe 52, ladite charge 54 étant située à proximité de la dite extrémité 56. Un cordeau détonant 58 peut être logé dans l'autre extrémité de l'enveloppe 52 de telle sorte que l'extrémité dudit cordeau 58 est située à proximité de la charge explosive 54. Quand une onde de détonation se propage le long du cordeau détonant 58 vers la charge explosive 54, cette dernière explose, ce qui déplace l'extrémité convexe 56 pour former un projectile 70. Ce projectile 70 traverse l'espace 68 et percute le relais récepteur 65 qui, à son tour, initie une onde de détonation dans un autre cordeau détonant 66, lié audit relais récepteur 65. Dans un exemple de réalisation particulier de la forme de l'extrémité bosselée 56, celle-ci est convexe par rapport à la charge explosive 54 et possède un rayon de courbure sensiblement uniforme. L'enveloppe 52 peut comporte un tube 53 sensiblement cylindrique dont une première extrémité 56 est fermée et bosselée et une seconde extrémité ouverte 57 destinée à recevoir l'extrémité d'un cordeau détonant 58. La charge explosive 54 est logée dans le tube 53 près de l'extrémité fermée 54. Pour lier le relais 50 à l'extrémité du cordeau détonant 58, ce dernier est inséré dans le tube 53 par l'extrémité 57, de telle sorte que ledit cordeau se situe près de la charge explosive 54. Après insertion du cordeau 58, un ou plusieurs sertissages 60 peuvent être réalisés dans l'enveloppe 52 (par un outil de sertissage à titre d'exemple), afin de maintenir ledit cordeau détonant 58 en position. Dans un exemple de réalisation, le diamètre du tube 53 est d'un quart de inche (0,635 cm), et le rayon de courbure de l'extrémité bosselée 56 est sensiblement de 2 inches (5,08 cm). Ainsi, dans ce cas, le rayon de courbure de l'extrémité 56 est sensiblement huit fois supérieur au diamètre du tube 53. Dans un autre exemple de réalisation, l'enveloppe 52 est en métal (par exemple de l'aluminium). Les exemples précédemment décrits ne sont pas limitatifs de l'invention et d'autres diamètres, d'autres rayons de courbure ou ratio entre les dimensions, formes et profils peuvent être choisis sans sortir du cadre de l'invention. Comme représenté sur la figure 4, le relais récepteur 65 peut être de la même forme que le relais donneur 50. De cette manière, les relais peuvent indifféremment être utilisés comme donneur ou récepteur. A titre d'exemple, la charge explosive 20 peut être constituée d'un explosif appelé 2,24,4-6,6 hexanitrostilbene (ci-après nommé HNS ) ou d'un explosif appelé cyclotetramethylenetetra-nitrarnine (ci-après nommé HMX ). De plus, dans d'autres exemples de réalisation, ces explosifs peuvent être dopés par un explosif appelé 2,2',2",4,4',4'#,6,69,6"- nonanitroterphenyl (ci-après nommé NONA ). Dans des exemples de réalisation, la charge explosive 54 est essentiellement constituée de NONA, ce qui permet d'augmenter la grandeur de l'espace entre le cordeau détonant et le relais et entre les deux relais, même sans l'utilisation de l'extrémité bosselée 56. L'usage exclusif du NONA pour fabriquer la charge explosive diffère des utilisations selon l'état de la technique où seulement une faible proportion de NONA est utilisée pour doper un autre explosif. Par exemple, comme représenté en figure 6, un relais 42 selon l'état de la technique utilise une faible portion 44 de NONA (par rapport à la totalité de l'explosif utilisé) entre l'extrémité du cordeau détonant 41 et une plus grande portion d'explosif 46 (du HNS par exemple). De plus, ce relais utilise une petite quantité de NONA entre l'explosif 46 et l'extrémité fermée plate 43 du relais 42. De cette manière, chaque extrémité de l'explosif 46 est dopée avec du NONA. On a montré que l'utilisation exclusive du NONA dans le relais 50 produit une amélioration sensible de l'efficacité de l'explosion, par rapport aux compositions précédemment décrites. Pour évaluer le degré d'amélioration qu'induit l'utilisation exclusive du NONA, deux essais (décrits ci-après) ont été conduits, dans lesquels le NONA est utilisé seul comme charge explosive dans un relais 50. Ces essais ont été comparés avec des essais conduits avec des relais selon l'état de la technique (comme le relais 10) utilisant du HMX ou du FINS ou du HNS dopé à chaque extrémité par du NONA. Pour ces essais, on a choisi un relais dont la longueur est de 1,37 inches (3,48 cm) et dont le diamètre est de 0,25 inche (0,635 cm). Environ 600 milligrammes (mg) d'explosif(s) ont été utilisés dans chaque relais. Un essai a permis de déterminer l'espace maximal possible entre le cordeau détonant et le relais afin d'obtenir, au moins dans 50% des cas, une explosion de la charge explosive. Dans les cas où on utilise du HNS comme explosif, dans les relais selon l'état de la technique, cet espace maximal entre le cordeau détonant et le relais, pour 50% de réussite, est de 0,104 inche (0,264 cm). Quand le HNS, dopé avec du NONA, est utilisé dans des relais selon l'état de la technique, ce même espace maximal est de 0,150 inche (0,381 cm). Cependant, une amélioration notoire a été observée quand on utilise seulement de NONA dans un relais connu. En effet, pour du NONA seul, l'espace maximal entre le cordeau détonant et le relais, pour 50% de réussite, est porté jusqu'à 0,4 10 inche (1,041 cm). Un autre essai a été mené afin de déterminer l'espace maximal possible entre deux relais afin d'obtenir, au moins dans 50% des cas, une explosion de la charge explosive. Quand on utilise du HNS dans un relais connu, cet espace maximal est de 2,5 inches (6,35 cm). Quand on utilise du HMX dans un relais connu, cet espace maximal, à 50% de réussite, entre les deux relais, et de 5 inches (12,7 cm). Quand on utilise du HNS dopé avec du NONA, dans un relais connu, l'espace est de 3 inches (7,62 cm). Cependant, on observe une amélioration notoire des performances a été observée en utilisant un relais selon l'état de la technique dont l'extrémité 56 contient uniquement du NONA puisque l'espace maximal est porté d'environ 6 inches (l 5,24 cm) à environ 10 inches (25,4 cm). Dans un exemple de réalisation d'un relais selon l'invention, la charge 54 explosive 54 est composée uniquement de NONA. Mais, dans d'autres exemples de réalisation, cette charge explosive 54 est composée de 50 % en masse de NONA ou d'un pourcentage supérieur en NONA comme sensiblement 60, 70, 80 ou 90 %, selon les cas. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits mais inclut tout relais mettant en #uvre des moyens et/ou des fonctions similaires ou équivalentes. REVENDICATIONS 111 Relais explosif, destiné à propager une onde de détonation depuis un cordeau détonant vers un second relais et comprenant une charge explosive et une enveloppe, ladite enveloppe ayant une première extrémité recevant une extrémité dudit cordeau détonant et une seconde extrémité fermée, caractérisé en ce que ladite seconde extrémité possède une forme bosselée destinée former un projectile pour percuter ledit second relais, lors de l'explosion de ladite charge explosive. [2] Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde extrémité fermée est sensiblement convexe par rapport à la charge explosive. [3] Relais selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure de la seconde extrémité fermée convexe est sensiblement huit fois supérieur au diamètre de l'enveloppe à proximité de ladite extrémité fermée. [4] Relais selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rayon de courbure de la seconde extrémité fermée convexe est de sensiblement 2 inches (5,08 cm). [51 Relais selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de l'extrémité fermée est telle que le projectile formé après l'explosion de la charge explosive est sensiblement plat. [6] Relais selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de l'extrémité fermée est telle qu'un seul projectile est obtenu après l'explosion de la charge explosive. [7] Relais selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe possède une forme sensiblement cylindrique dont une extrémité est bosselée et fermée. [8] Relais explosif, destiné à propager une onde de détonation depuis un cordeau détonant vers un second relais et comprenant une enveloppe destinée à recevoir une extrémité dudit cordeau détonant et une charge explosive destinée à exploser sous une onde de détonation, caractérisé en ce que ladite charge explosive comprend au moins sensiblement 50% en masse de 2,2',2",4,4',4",6,6',6"-nonanitroterphenyI (NONA) de telle sorte que l'enveloppe est éclatée en au moins un projectile destiné à percuter ledit second relais. [9] Relais explosif selon la revendication 8 et l'une quelconque des revendications 1 à 7. [10] Méthode pour propager une onde de détonation depuis un cordeau détonant vers un relais, caractérisée en ce qu'on place une charge explosive dans une enveloppe et qu'on réalise une extrémité fermée et bosselée dans ladite enveloppe de manière à ce que ladite extrémité forme un projectile destiné à percuter le relais quand la charge explosive explose.