BR112012022367B1

BR112012022367B1 - disposição e método de controle de fluxo

Info

Publication number: BR112012022367B1
Application number: BR112012022367A
Authority: BR
Inventors: Newton Daniel; Xu Yang
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2020-01-14
Also published as: CN102782246B; RU2012142229A; RU2585773C2; CA2791719A1; EP2542754A2; WO2011109616A2; SG183912A1; CN102782246A; EP2542754B1; EP2542754A4; CA2791719C; BR112012022367A2; WO2011109616A3; US20110214881A1; NO2542754T3; US8424610B2; AU2011223595A1

Abstract

disposição e método de controle de fluxo. a presente invenção refere-se á disposição de controle de fluxo inclui um alojamento definindo nela uma ou mais aberturas; uma estrutura de válvula alinhável e desalinhável com a uma ou mais aberturas no alojamento; e um ou mais bujões, um em cada uma de uma ou mais aberturas, cada bujão sendo reduzível por uma ou mais exposição a fluidos de fundo do poço e fluidos de dissolução aplicados e método para realizar uma série de operações.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSIÇÃO E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUXO.

REFERÊNCIA CRUZADA [0001] O presente pedido reivindica o benefício da data de depósito de Pedido de Patente dos Estados Unidos Número de Série 12/718.510, depositado em 5 de março de 2010, intitulado DISPOSIÇÃO E MÉTODO DE CONTROLE DE FLUXO.

ANTECEDENTES [0002] Na técnica da perfuração e da completação é conhecido há muito colocar aberturas em uma coluna tubular para proporcionar acesso fluídico através da coluna tubular em uma direção, em geral, radial. Dito alternativamente, essas aberturas permitem comunicação fluídica entre a coluna tubular e uma parede de furo de poço (revestido ou poço cru). Também é conhecido por um período prolongado usar válvulas que podem ser abertas ou fechadas de acordo com essas aberturas para impedir, seletivamente, o movimento de fluido observado acima.

[0003] Um exemplo ubíquo e confiável do precedente é uma disposição de luva deslizante. Alguém de habilidade comum ficará imediatamente familiarizado com os termos luva deslizante reconhecerá que essa disposição inclui um alojamento tendo uma abertura, uma luva translacionável em relação ao alojamento para desalinhar inteiramente com a abertura ou alinhar um orifício com a abertura e uma mola para impulsionar a luva para uma posição selecionada (aberta ou fechada).

[0004] Comumente, a disposição observada se estende no furo com a luva em uma posição fechada, operações são empreendidas, a luva é aberta com uma ferramenta que é feita funcionar separadamente com a finalidade de abrir a luva; outras operações são empreendidas; e outra ferramenta é empregada para fechar a luva. Esse processo é bem aceito e utilizado muitas vezes.

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2/34 [0005] Uma vez que cada movimento dentro do furo de poço é um negócio caro, a técnica é sempre receptiva a reduções no número de execuções necessárias para um dado conjunto de operações.

[0006] Uma disposição de controle de fluxo inclui um alojamento definindo nele uma ou mais aberturas, uma estrutura de válvula alinhável e desalinhável com uma ou mais aberturas no alojamento e um ou mais bujões, um em cada uma da uma ou mais aberturas, cada bujão sendo reduzível por uma ou mais exposições aos fluidos de fundo de poço e fluidos de dissolução aplicados.

[0007] Um método para realização de uma série de operações de fundo de poço com um número reduzido de processamentos de intervenção mecânica, incluindo o processamento da disposição de um alojamento definindo uma ou mais aberturas, uma estrutura de válvula alinhável e desalinhável com a uma ou mais aberturas no alojamento; e um ou mais bujões, um em cada uma de uma ou mais aberturas, cada bujão sendo reduzível por uma ou mais exposições aos fluidos de fundo de poço e fluidos de dissolução aplicados até uma profundidade alvo; realização de uma operação de fundo de poço requerendo que o alojamento tenha fluido com permeabilidade radialmente restrita, reduzindo o bujão; realização de uma operação de fundo de poço requerendo comunicação de pressão de fluido através da uma ou mais aberturas; e intervenção, mecanicamente para fechar a estrutura de válvula, assim, tornando a uma ou mais aberturas da disposição radialmente impermeáveis.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0008] Fazendo referência agora aos desenhos, em que elementos semelhantes são numerados de modo idêntico nas diversas figuras:

a figura 1 é uma vista seccional transversal de uma disposição de controle de fluxo de acordo com a presente exposição;

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3/34 a figura 2 é uma microfotografia de um pó 210 tal como aqui descrito, que foi incorporado em um material de encapsulamento e seccionado;

a figura 3 é uma ilustração esquemática de uma modalidade exemplificativa de uma partícula de pó 12como aparecerá em uma vista seccional exemplificativa representada pela seção 4 - 4 da figura 3;

a figura 4 é uma fotomicrografia de uma modalidade exemplificativa de um pó compacto, como aqui divulgado;

a figura 5 é uma vista esquemática de uma modalidade exemplificativa de um pó compacto feito usando um pó tendo partículas de pó de camada única como aparecerá tomada ao longo da seção 6 - 6 na figura 5;

a figura 6 é uma vista esquemática de ilustração de outra modalidade exemplificativa de um pó compacto feito usando um pó tendo partículas de pó de múltiplas camadas como aparecerá tomada ao longo da seção 6 - 6 na figura 5; e a figura 6 é uma vista esquemática de ilustração de uma mudança em uma propriedade de um pó compacto conforme aqui divulgado, como uma função do tempo e uma mudança na condição do ambiente do pó compacto.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0009] Fazendo referência à figura 1, uma disposição de controle de fluxo 10 é ilustrada para compreender um alojamento 12 tendo uma ou mais aberturas 14. A uma ou mais aberturas 14, temporariamente, são tornadas restritivas pelo bujão 16. O grau de permeabilidade de fluido permitida está relacionado com as operações que serão realizadas utilizando o bujão 16. A permeabilidade do fluido oscilará de impermeável a qualquer permeabilidade selecionada. Finalmente, a disposição 10 inclui uma estrutura de válvula 18, que pode, em uma mo

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4/34 dalidade, ser uma luva deslizante, conforme ilustrado. A luva deslizante 18 na modalidade ilustrada ainda inclui um ou mais orifícios 20 alinháveis e desalinháveis com a uma ou mais aberturas 14, conforme desejado.

[00010] O(s) bujão(ões) 16 podem ser construídos de um número de materiais, incluindo, mas não limitado aos mesmos, metais dissolvíveis, tais como magnésio, alumínio, liga de magnésio, liga de alumínio, etc., materiais poliméricos dissolvíveis, tais como o polímero HYDROCENETM, disponível de 5 droplax, Srl, localizada em Altopascia, Itália, polímero de polilactida (PLA), polímero 4060D de Natureza WorksTM, uma divisão da Cargill Dow LLC; TLF-6267 ácido poliglicólico (PGA) de DuPont Specialty Chemicals;

polycaprolactams e misturas de PLA e PGA, ácidos sólidos, tais como ácido sulfâmico, ácido tricloroacético e ácido cítrico, mantidos juntos com uma cera ou outro material ligante adequado, os homopolímeros de polietileno e ceras de parafina; óxidos de polialquileno, tais como óxidos de polietileno, e os polialquileno glicóis, tais como polietileno glicóis (estes polímeros podem ser preferidos em fluidos de perfuração à base de água, porque eles são ligeiramente solúveis em água) e materiais naturais, tais como calcário, etc., cada um dos quais sendo selecionável e/ou configuráveis para serem reduzíveis (isto é, degradável em uma faixa de permissão de alguma permeabilidade para completar a dissolução do bujão) com base em uma ou mais exposições que ocorrem naturalmente com fluidos do fundo de poço e exposição a fluidos seletivamente distribuídos. Por exemplo, materiais selecionados podem se dissolver após exposição a fluidos de poço naturais, lama de perfuração ou ácidos, após um período de tempo selecionado. Um material de engenharia considerado para utilização como bujão (ões) 16 é um material solúvel de alta resistência. Esses materiais leves, de alta resistência e seletiva e controlavelmente degradáveis incluem pós

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5/34 compactos sinterizados, totalmente densos, compacta de pó sinterizados formadas a partir de materiais em pó revestidos que incluem vários núcleos de partículas leves e materiais de núcleo tendo vários revestimentos em nanoescala de camada única e de múltiplas camadas. Esses pós compactos sao feitos de pós metálicos revestidos que incluem vários núcleos e materiais de núcleos de partículas de alta resistência, leves, eletroquimicamente ativos (por exemplo, tendo potenciais de oxidação padrão relativamente maiores), tais como metais eletroquimicamente ativos, que são dispersos dentro de uma nanomatriz celular, formada de várias camadas de revestimento metálico em nanoescala de materiais de revestimento metálicos e são particularmente uteis em aplicações de furo de poço. Esses pós compactos proporcionam uma combinação única e vantajosa de propriedades de resistência mecânica, tais como resistência à compressão e ao cisalhamento, baixa densidade e propriedades de corrosão selecionáveis e controláveis, dissolução particularmente rápida e controlada em vários fluidos de furo de poço. Por exemplo, as camadas de revestimento e núcleos de partículas desses pós podem ser selecionadas para proporcionar pós compactos sinterizados, adequados para uso como materiais de engenharia com uma resistência à compressão e resistência ao cisalhamento comparável com vários outros materiais de engenharia, incluindo carbono, aço inoxidável e aços de ligas, mas que também têm uma baixa desnidade comparável com vários polímeros, elastômeros, cerâmica porosa de baixa densidade e materiais compostos. Ainda como outro exemplo, esses pós e materiais de pós compactos podem ser configurados para proporcionar uma degradação ou descarte selecionável e controlável em resposta a uma mudança em uma condição ambiental, tal como uma transição de uma taxa de dissolução muito baixa para uma taxa de dissolução muito rápida em resposta à mudança em uma propriedade ou condição de um fundo de poço próximo

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6/34 a um artigo formado do compacto, incluindo uma mudança de propriedade em um fluido de fundo de poço que está em contato com o pó compacto. As características de degradação ou descarte selecionáveis e controláveis descritas também permitem que a estabilidade dimensional e a resistência de artigos, tais como ferramentas de fundo de poço ou outros componentes, feitos desses material, sejam mantidas até que elas não sejam mais necessárias, momento em que uma condição ambiental predeterminada, tal como uma condição de fundo de poço, incluindo temperatura de fluido de fundo de poço, pressão ou valor de pH, pode ser mudada para promover sua remoção através de dissolução rápida. Esses materiais em pós e pós compactos revestidos e materiais de engenharia deles formados, bem como métodos de fabricação dos mesmos são descritos abaixo.

[00011] Fazendo referência à figura 2, um pó metálico 210 inclui uma pluralidade de partículas de pós metálicos revestidas 212. As partículas de pó212 podem ser formadas para proporcionar um pó 210, incluindo pó de livre circulação, que pode ser derramado ou de outro modo disposto em de todas as maneiras de formas ou moldes (não mostrados), tendo todas as maneiras de formatos e tamanhos e que podem ser usados para moldar pós compactos 400 (figuras 5 e 6, conforme aqui descrito, que podem ser usados como, ou para uso na fabricação de, vários artigos de fabricação, incluindo várias ferramentas e componentes para fundo de poço.

[00012] Cada uma das partículas de pó metálico, revestidas 212 de pó 210 inclui um núcleo de partícula 214 e uma camada de revestimento metálico 216 disposta no núcleo de partícula 214. O núcleo de partícula 214 inclui um material de núcleo 218. O material de núcleo 218 pode incluir qualquer material adequado para a formação do núcleo de partícula 214, que proporciona partícula de pó 212 que pode ser sinterizada para formar um pó compacto leve, de alta resistência

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400 tendo características selecionáveis e controláveis de dissolução. Materiais de núcleo adequados incluem metais eletroquimicamente ativos, tendo um potencial de oxidação padrão maior do que ou igual àquele do Zn, incluindo Mg, Al, Mn ou Zn ou uma combinação dos mesmos. Esses metais eletroquimicamente ativos são muito reativos com um número de fluidos comuns de fundo de poço, incluindo qualquer número de fluidos iônicos ou fluidos altamente polares, tais como aqueles que contêm vários cloretos. Exemplos incluem fluidos compreendendo cloreto de potássio (KCl), ácido clorídrico (HCl), cloreto de cálcio (CaCb), brometo de cálcio (CaBr2) ou brometo de zinco (ZnBr2). Material de núcleo 218 também pode incluir outros metais que são menos eletroquimicamente ativos do que o Zn ou materiais não metálicos ou uma combinação dos mesmos. Materiais não metálicos adequados incluem cerâmicas, compostos, vidros ou carbonos ou uma combinação dos mesmos. Material de núcleo 218 pode ser selecionado para proporcionar uma alta taxa de dissolução em um fluido de fundo de poço predeterminado, mas também pode ser selecionado para proporcionar uma taxa de dissolução relativamente baixa, incluindo dissolução zero, onde a dissolução do material de nanomatriz faz com que o núcleo de partícula 214 seja minado e liberado do compacto de partículas na interface com o fluido de fundo de poço, de modo que a taxa efetiva de dissolução de compactos de partículas feita usando núcleos de partículas 214 desses materiais de núcleos 218 é alta, ainda que o próprio material de núcleo 218 possa ter uma baixa taxa de dissolução, incluindo materiais de núcleo 220, que podem ser substancialmente insolúveis no fluido de fundo de poço.

[00013] Com relação aos metais eletroquimicamente ativos como materiais de núcleo 218, incluindo Mg, Al, Mn ou Zn, esses metais podem ser usados como metais puros ou em qualquer combinação de um com o outro, incluindo várias combinações de liga desses materi

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8/34 ais, incluindo ligas binárias, terciárias ou quaternárias desses materiais. Essas combinações também podem incluir compostos desses materiais. Ainda, além das combinações de um com o outro, os materiais de núcleo de Mg, Al, Mn ou Zn 18 podem incluir também outros constituintes, incluindo várias adições de liga, para alterar uma ou mais propriedades dos núcleos de partículas 214, como através do aperfeiçoamento da resistência, redução da densidade ou alteração das características de dissolução do material de núcleo 218.

[00014] Entre os metais eletroquimicamente ativos, Mg, como um metal puro ou uma liga ou um material composto, é particularmente útil, por causa de sua baixa densidade e capacidade para formar ligas de alta resistência, bem como seu alto grau de atividade eletroquímica, uma vez que tem um potencial de oxidação padrão maior do que o Al, Mn ou Zn. Ligas de Mg incluem todas as ligas que têm Mg como um constituinte de liga. Ligas de Mg que combinam com outros metais eletroquimicamente ativos, conforme aqui descrito, como constituintes de liga são particularmente úteis, incluindo ligas binárias de Mg-Zn, Mg-Al e Mg-Mn, bem como ligas terciárias de Mg-Zn-Y e Mg-Al-X, onde X inclui Zn, Mn, Si, Ca ou Y, ou suas combinações. Essas ligas de MGAl-X podem incluir, em peso, cerca de 85% de Mg, até cerca de 15% de Al e até cerca de 5% de X. O núcleo de partícula 214 e o material de núcleo 218 e, particularmente, metais eletroquimicamente ativos, incluindo, Mg, Al, Mn ou Zn ou suas combinações, também podem incluir um elemento de terras raras ou combinação de elementos de terras raras. Como aqui usado, elementos de terras raras incluem Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd ou Er ou uma combinação de elementos de terras raras. Onde presente, um elemento de terras-raras, ou combinações de elementos de terras-raras, podem estar presentes, em peso, em uma quantidade de cerca de 5% ou menos.

[00015] O núcleo de partícula 214 e o material de núcleo 218 têm

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9/34 uma temperatura de fusão (Tp). Como aqui usado, Tp inclui a menor temperatura em que fusão ou liquefação incipiente ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro de um material de núcleo 218, independente de se o material de núcleo 218 compreende um metal puro, uma liga com múltiplas fases tendo diferentes temperaturas de fusão ou um composto de materiais tendo diferentes temperaturas de fusão. [00016] Os núcleos de partículas 214 podem ter qualquer tamanho de partículas ou faixa de tamanhos de partículas ou distribuição de tamanhos de partículas adequados. Por exemplo, os núcleos de partículas 214 podem ser selecionados para proporcionar um tamanho médio de partículas que é representado por uma distribuição unimodal normal ou do tipo Gaussiana em torno de uma média, conforme ilustrado, de um modo geral, na figura 2. Em outro exemplo, os núcleos de partículas 214 podem ser selecionados ou misturados para proporcionar uma distribuição multimodal de tamanhos de partículas, incluindo uma pluralidade de tamanhos médios de núcleos de partículas, tais como, por exemplo, uma distribuição bimodal homogênea de tamanhos médios de partículas. A seleção da distribuição de tamanho de núcleo de partícula pode ser usada para determinar, por exemplo, o tamanho de partícula e o espaçamento interpartículas 215 das partículas 212 de pó 210. Em uma modalidade exemplificativa, os núcleos de partículas 214 podem ter uma distribuição unimodal e um diâmetro médio de partícula de cerca de 5 pm a cerca de 300 pm, mais particularmente, cerca de 80 pm a cerca de 120 pm e mesmo mais particularmente cerca de 100 pm.

[00017] Os núcleos de partículas 214 podem ter qualquer forma de partícula adequada, incluindo qualquer forma geométrica regular ou irregular, ou sua combinação. Em uma modalidade exemplificativa, os núcleos de partículas 214 são partículas de metal substancialmente esferoidais, eletroquimicamente ativas. Em outra modalidade exempli

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10/34 ficativa, os núcleos de partículas 214 são partículas de cerâmica irregularmente moldadas. Ainda em outra modalidade exemplificativa, os núcleos de partículas 214 são de carbono ou outras estruturas de nanotubos ou microesferas ocas, de vidro.

[00018] Cada uma das partículas de pó revestido, metálicas, 212 de pó 210 também inclui uma camada de revestimento metálico 216 que é disposta no núcleo de partícula 214. A camada de revestimento metálico 216 inclui um material de revestimento metálico 220. O material de revestimento metálico 220 dá às partículas de pó 212 e ao pó 210 sua natureza metálica. A camada de revestimento metálico 216 é uma camada de revestimento em nanoescala. Em uma modalidade exemplificativa, a camada de revestimento metálico 216 pode ter uma espessura de cerca de 25 nm a cerca de 2500 nm. A espessura da camada de revestimento metálico 216 pode v ariar através da superfície do núcleo de partícula 214, mas, de preferência, terá uma espessura substancialmente uniforme através da superfície do núcleo de partícula 214. A camada de revestimento metálico 216 pode incluir uma camada única, conforme ilustrado na figura 3, ou uma pluralidade de camadas como uma estrutura de revestimento de múltiplas camadas. Em um revestimento de camada única, ou em cada uma das camadas de um revestimento de múltiplas camadas, a camada de revestimento metálico 216 pode incluir um elemento químico constituinte único ou composto ou pode incluir uma pluralidade de elementos ou compostos químicos. Onde uma camada inclui uma pluralidade de constituintes ou compostos químicos, eles podem ter todas as maneiras de distribuições homogêneas ou heterogêneas de fases metalúrgicas. Isso pode incluir uma distribuição graduada onde as quantidades relativas dos constituintes ou compostos químicos variam de acordo com os respectivos perfis constituintes através da espessura da camada. Nos revestimentos de camada única e de múltiplas camadas 216, cada

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11/34 uma das respectivas camadas ou combinações delas, pode ser usada para proporcionar uma propriedade predeterminada à partícula de pó 212 ou a um pó compacto sinterizado formado a partir daí. Por exemplo, a propriedade predeterminada pode incluir a resistência à ligação da ligação metalúrgica entre o núcleo de partícula 214 e o material de revestimento 220, as características interdifusão entre o núcleo de partícula 214 e a camada de revestimento metálico 216, incluindo qualquer interdifusão entre as camadas de uma camada de revestimento de múltiplas camadas 216, incluindo qualquer interdifusão entre as camadas de uma camada de revestimento de múltiplas camadas 216, as características de interdifusão entre a camada de revestimento metálico 216 de uma partícula de pó e a de uma partícula de pó adjacente 212; a resistência à ligação da ligação metalúrgica entre as camadas de revestimento metálico de partículas de pó sinterizadas 212, incluindo as camadas externas de camadas de revestimento de múltiplas camadas; e a atividade eletroquímica da camada de revestimento 216. [00019] A camada de revestimento metálico 216 e o mistura de reação 220 têm uma temperatura de fusão (Tc). Como aqui usado, Tc inclui a temperatura mais baixa em que fusão ou liquefação incipiente ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro do material de revestimento 220, independente de se o material de revestimento 220 compreende um metal puro, uma liga com múltiplas fases, cada uma tendo diferentes temperaturas de fusão ou um composto, incluindo um composto compreendendo uma pluralidade de camadas de material de revestimento tendo diferentes temperaturas de fusão.

[00020] O material de revestimento metálico 220 pode incluir qualquer material de revestimento metálico adequado 220, que proporciona uma superfície externa sinterizável 221, que é configurada para ser sinterizada em uma partícula de pó 212 adjacente, que também tem uma camada de revestimento metálico 216 e superfície externa sinte

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12/34 rizável 221. Em pós 210 que também incluem segundas ou partículas adicionais (revestidas ou não revestidas) 232, conforme aqui descrito, a superfície externa sinterizável 221 de camada de revestimento metálico 216 também é configurada para ser sinterizada em uma superfície externa sinterizável 221 de segundas partículas 232. Em uma modalidade exemplificativa, as partículas de pó 212 são sinterizáveis em uma temperatura de sinterização predeterminada (Ts), que é uma função do material de núcleo 218 e do material de revestimento 220, de modo que a sinterização do pó compacto 400 é realizada inteiramente no estado sólido e onde Ts é menor do que Tp e Tc. A sinterização no estado sólido limita as interações do núcleo de partícula 214/ camada de revestimento metálico 216 aos processos de difusão no estado sólido e fenômenos de transporte metalúrgicos e limita o crescimento e proporciona controle sobre a interface resultante entre eles. Em contraste, por exemplo, a introdução de sinterização de fase líquida proporcionará rápida interdifusão dos materiais do núcleo de partícula 214/ camada de revestimento metálico 216 e torna difícil limitar o crescimento e proporcionará controle sobre a interface resultante entre eles e, assim, interferirá com a formação da microestrutura desejável de compacto de partícula 400, como aqui descrito.

[00021] Em uma modalidade exemplificativa, o material de núcleo 218 será selecionado para proporcionar uma composição química de núcleo e o material de revestimento 220 será selecionado para proporcionar uma composição química de revestimento e essas composições químicas também serão selecionadas para diferirem uma da outra. Em outra modalidade exemplificativa, o material de núcleo 218 será selecionado para proporcionar uma composição química de revestimento e essas composições químicas também serão selecionadas para diferirem uma da outra em sua interface; As diferenças nas composições químicas de material de revestimento 220 e material de núcleo 218

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13/34 podem ser selecionadas para proporcionar diferentes taxas de dissolução e dissolução selecionável e controlável de pós compactos 400 que as incorporam, tornando-as selecionável e controlavelmente dissolvíveis. Isso inclui taxas de dissolução que diferem em resposta a uma condição alterada no fundo de poço, incluindo uma mudança indireta ou direta em um fluido de furo de poço. Em uma modalidade exemplificativa, um pó compacto 400, formado de pó 210 tendo composições químicas de material de núcleo 218 e material de revestimento 220 que fazem o compacto 400 ser dissolvível selecionavelmente em um fluido de furo de poço, em resposta a uma condição alterada de furo de poço, que inclui uma mudança na temperatura, mudança na pressão, mudança na taxa de fluxo, mudança no pH ou mudança na composição química do fluido de furo de poço ou uma de suas combinações. A resposta de dissolução selecionável à condição alterada pode resultar de reações ou processos químicos reais, que promovem diferentes taxas de dissolução, mas também envolvem mudanças na pressão de fluido de furo de poço ou taxa de fluxo.

[00022] Conforme ilustrado nas figuras 2 e 4, o núcleo de partícula 214 e o material de núcleo 218 e a camada de revestimento metálico 216 e o material de revestimento 220 podem ser selecionados para proporcionar partículas de pó 212 e um pó 210, que é configurado para compactação e sinterização a fim de proporcionar um pó compacto 400 que é leve (isto é, tendo uma densidade relativamente baixa), alta resistência e é selecionável e controlavelmente removível de um furo de poço em resposta a uma mudança em uma propriedade de furo de poço, incluindo sendo selecionável e controlavelmente dissolvível em um fluido de furo de poço apropriado, incluindo vários fluidos de furo de poço, conforme aqui divulgado. O pó compacto 400 inclui uma nanomatriz celular, substancialmente contínua 416 de um material de nanomatriz 420 tendo uma pluralidade de partículas dispersas 414,

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14/34 dispersas por toda a nanomatriz celular 416 e o material de nanomatriz 420, formado de camadas de revestimento metálico sinterizadas 216, são formados pela compactação e sinterização da pluralidade de camadas de revestimento metálico 216 da pluralidade de partículas de pó 212. A composição quimica de material de nanomatriz 420 pode ser diferente daquela do material de revestimento 220 devido aos efeitos da difusão associados com a sinterização, conforme descrito aqui. O pó compacto de metal 400 também inclui uma pluralidade de partículas dispersas 414 que compreendem material de núcleo de partícula 418. Núcleos de partículas dispersas 414 e material de núcleo 418 correspondem e são formados da pluralidade de núcleos de partículas 214 e de material de núcleo 218 da pluralidade de partículas de pó 212 visto que as camadas de revestimento metálico 216 são sinterizadas juntas para formar nanomatriz 416. A composição química do material de núcleo 418 pode ser diferente daquela do material de núcleo 218 devido aos efeitos da difusão associados com a sinterização, conforme aqui descrito.

[00023] Como aqui usado, o uso do termo nanomatriz celular substancialmente contínua 416 não tem por conotação o constituinte prinicpal do pó compacto, mas antes se refere ao constituinte ou constituintes minoritários, quer em peso, quer em volume. Esse é distinguido da maioria dos materiais compostos de matriz onde a matriz compreende o constituinte majoritário em peso ou em volume. O uso do termo nanomatriz celular, substancialmente contínua, é destinado a descrever a natureza extensiva, regular, contínua e interconectada da distribuição de material de nanomatriz 420 dentro do pó compacto 400. Como aqui usado, substancialmente contínua descreve a extensão do material da nanomatriz por todo o pó compacto 400, de modo que ele se estende entre e envolve substancialmente todas as partículas dispersas 414. Substancialmente contínua é usado para indicar que continuidade

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15/34 completa e ordem regular da nanomatriz em torno de cada partícula dispersão 414 não são requeridas. Por exemplo, defeitos na camada de revestimento 216 através do núcleo de partícula 214 em algumas partículas de pó 212 podem formar ponte dos núcleos de partículas 214 durante sinterização do pó compacto 400, assim, causando descontinuidades localizadas resultando dentro da nanomatriz celular 416, ainda que nas outras porções do pó compacto a nanomatriz seja substancialmente contínua e mostra a estrutura aqui descrita. Conforme aqui usado, celular é usado para indicar que a nanomatriz define uma rede de compartimentos ou células interconectadas, em geral se repetindo, de material de nanomatriz 420 que envolvem e também interconectam as partículas dispersas 414. Interconectam as partículas dispersas 414. Como aqui usado, nanomatriz é usado para descrever o tamanho ou a escala da matriz, particularmente a espessura da matriz entre partículas dispersas adjacentes 414. As camadas de revestimento metálico que são sinterizadas juntas para formar a nanomatriz são em si camadas de revestimento da espessura de nanoescala. Uma vez que a nanomatriz na maioria das localizações, outras que não a interseção de mais de duas partículas dispersas 414, de um modo geral, compreende a interdifusão e a ligação de duas camadas de revestimento 216 de partículas de pó 212 adjacentes tendo espessuras de nanoescala, a matriz formada também tem uma espessura de nanoescala (por exemplo, aproximadamente duas vezes a espessura da câmara de revestimento conforme aqui escrito) e é, assim, descrita como uma nanomatriz. Ainda, o uso do termo partículas dispersas 414 não tem a conotação do constituinte menor de pó compacto 400, mas antes se refere ao constituinte ou constituintes majoritários, quer em peso, quer em volume. O uso do termo partícula dispersa é destinado a transportar a distribuição descontínua e distinta de material de núcleo de partícula 418 dentro do pó compacto 400.

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16/34 [00024] O pó compacto 400 pode ter qualquer forma ou tamanho desejados, incluindo a de uma barra ou tarugo cilíndrico que pode ser usando ou de outro modo usado para formar artigos úteis de fabricação, incluindo várias ferramentas e componentes de furo de poço. Os processos de sinterização e prensagem usados para formar pó compacto 400 e deformar as partículas de pó 212, incluindo núcleos de partículas 214 e camadas de revestimento 216, para proporcionar a forma e o tamanho macroscópico desejados e de densidade total de pó compacto 400, bem como sua microestrutura. A microestrutura de pó compacto 400 inclui uma configuração equiaxial de partículas dispersas 414 que são dispersas completamente e incorporadas dentro da nanomatriz celular, substancialmente contínua 416 de camadas de revestimento sinterizadas. Essa microestrutura é um pouco análoga a uma microestrutura de grão equiaxial com uma fase de limite de grão contínua, exceto que ela não requer o uso de constituintes de liga tendo propriedades termodinâmicas de equilíbrio de fase que são capazes de produzir essa estrutura. Antes, essa estrutura de partículas dispersas equiaxiais e nanomatriz celular 416 de camadas de revestimento metálico sinterizadas 216 podem ser produzidas usando constituintes onde condições de equilíbrio de fase termodinâmicas não produzirão uma estrutura equiaxial. A morfologia equiaxial das partículas dispersas 414 e da rede celular 416 de camadas de partículas resulta da sinterização e da deformação das partículas de pó 212 à medida que elas sao compactadas e passam por interdifusão e deformação para encher os espaços interpartículas 215 (figura 2). As temperaturas e as pressões de sinterização podem ser selecionadas para assegura que a densidade do pó compacto 400 alcança a densidade teórica substancialmente total. Em uma modalidade exemplificativa, conforme ilustrado nas figuras 2 e 4, as partículas dispersas 414 são formadas de núcleos de partículas 214 dispersos na nanomatriz celular 416 de ca

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17/34 madas de revestimento metálico sinterizadas 216 e a nanomatriz 416 inclui uma ligação metalúrgica de estado sólido 417 ou camada de ligação 419, conforme ilustrado esquematicamente na figura 5, estendendo-se entre as partículas dispersas 414 por toda a nanomatriz celular 416 que é formada em uma temperatura de sinterização (Ts), onde Ts é menor do que Tc e TP Conforme indicado, a ligação metalúrgica de estado sólido 417 é formada no estado sólido por interdifusão de estado sólido entre as camadas de revestimento 216 de partículas de pó adjacentes 212 que são comprimidas em contato de toque durante os processos de compactação e sinterização usados para formar pó compacto 400, conforme aqui descrito. Como tal, as camadas de revestimento sinterizadas 216 de nanomatriz celular 416 incluem uma camada de ligação de estado sólido 419 que tem uma espessura (t) definida pela extensão da interdifusão dos materiais de revestimento 220 das camadas de revestimento 216, que, por sua vez, serão definidas pela natureza das camadas de revestimento 216, incluindo se são camadas de revestimento simples ou de múltiplas camadas, quer tenha sido selecionadas para promover ou limitar essa interdifusão e outros fatores, como aqui descrito, bem como as condições de sinterização e de compactação, incluindo o tempo, a temperatura e a pressão de sinterização usados para formar o pó compacto 400.

[00025] À medida que a nanomatriz 416 é formada, incluindo a ligaçao 417 e a camada de ligaçao 419, a composição química ou distribuição de fase, ou ambas, de camadas de revestimento metálico 216 podem mudar. A nanomatriz 416 também tem uma temperatura de fusão (TM). Como aqui usado, TM inclui a temperatura mais baixa em que a fusão ou a liquefação incipientes ou outras formas de fusão parcial ocorrerá dentro da nanomatriz 416, independente de se o material de nanomatriz 420 compreende um metal puro, uma liga com múltiplas fases, cada uma tendo diferentes temperaturas de fusão ou um com

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18/34 posto, incluindo um composto compreendendo uma pluralidade de camadas de vários materiais de revestimento, tendo diferentes temperaturas de fusão ou uma combinação das mesmas ou de outro modo. À medida que as partículas dispersas 414 e materiais de núcleos de partículas 418 são formados em conjunto com a nanomatriz 416, a difusão de constituintes de camadas de revestimento metálico 216 nos núcleos de partículas 214 também é possível, o que pode resultar em mudanças na composição química ou distribuição de fase, ou ambas, de núcleos de partículas 214. Como um resultado, as partículas dispersas 414 e os materiais de núcleos de partículas 418 podem ter uma temperatura de fusão (TDP) que é diferente de Tp. Como aqui usado, TDP inclui a temperatura mais baixa em que fusão ou liquefação incipientes ou outra formas de fusão parcial ocorrerão dentro de partículas dispersas 214, independente de se o material de núcleos de partículas 218 compreende um metal puro, uma liga com múltiplas fases, cada uma tendo diferentes temperaturas de fusão ou um composto ou de outro modo. O pó compacto 400 é formado em uma temperatura de sinterização (Ts), onde Ts é menor do que Tc, TP, TM e TDP.

[00026] As partículas dispersas 414 podem compreender qualquer um dos materiais aqui descritos para núcleos de partículas 214, ainda que a composição química de partículas dispersas 414 possa ser diferente, devido aos efeitos da difusão, conforme aqui descrito. Em uma modalidade exemplificativa, as partículas dispersas 414 são formadas de núcleos de partículas 214 compreendendo materiais tendo um potencial de oxidação padrão maior do que ou igual ao de Zn, incluindo, Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos podem incluir várias ligas binárias, terciárias e quaternárias ou outras combinações desses constituintes, conforme aqui divulgado em conjunto com núcleos de partículas 214. Desses materiais, aqueles tendo partículas dispersas 414 compreendendo Mg e a nanomatriz 416 formada dos

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19/34 materiais de revestimento metálico aqui descritos são particularmente úteis. As partículas dispersas 414 e o material de núcleos de partículas 418 de Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, também podem incluir um elemento de terras raras ou uma combinação de elementos de terras raras, conforme aqui divulgado, em conjunto com núcleos de partículas 214.

[00027] Em outra modalidade exemplificativa, as partículas dispersas 414 são formadas de núcleos de partículas 214 compreendendo metais que são menos ativos eletroquimicamente do que Zn ou materiais não metálicos. Materiais não metálicos adequados incluem cerâmicas, vidros (por exemplo, microesferas de vidro ocas) ou carbono, ou uma combinação dos mesmos, conforme aqui descrito.

[00028] As partículas dispersas 414 de pó compacto 400 podem ter qualquer tamanho de partícula adequado, incluindo tamanhos médios de partículas aqui descritos para núcleos de partículas 214.

[00029] As partículas dispersas 414 podem ter qualquer forma adequada, dependendo da forma selecionada para os núcleos de partículas 214 e as partículas de pó 212, bem como o método usado para sinterizar e compactar pó 210. Em uma modalidade exemplificativa, as partículas de pó podem ser esferoidais ou substancialmente esferoidais e as partículas dispersas 414 podem incluir uma configuração de partícula equiaxial, conforme aqui descrito.

[00030] A natureza da dispersão de partículas dispersas 414 pode ser afetada pela seleção do pó 210 ou pós 210 usados para fazer partículas compactas 400. Em uma modalidade exemplificativa, um pó 210 tendo uma distribuição unimodal de tamanhos de partículas de pó 212 pode ser selecionado para formar pó compacto 220 e produzirá uma dispersão unimodal substancialmente homogênea de tamanhos de partículas dispersas 414 dentro da nanomatriz celular 416, conforme ilustrado de um modo geral na figura 4. Em outra modalidade

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20/34 exemplificativa, uma pluralidade de pós 210 tendo uma pluralidade de partículas de pó com núcleos de partículas 214 que têm os mesmos materiais de núcleo 218 e diferentes tamanhos de núcleos e o mesmo material de revestimento 220 podem ser selecionados e misturados uniformemente, conforme aqui descrito, a fim de proporcionar um pó 210, tendo uma distribuição modal homogênea de tamanhos de partículas de partículas dispersas 414 dentro da nanomatriz celular 416. Similarmente, em outra modalidade exemplificativa, uma pluralidade de pós 210 tendo uma pluralidade de núcleos de partículas 214 que podem ter os mesmos materiais de núcleo 218 e diferentes tamanhos de núcleos e o mesmo material de revestimento 220 podem ser selecionados e distribuídos de maneira não uniforme para proporcionar uma distribuição multimodal, não homogênea, de tamanhos de partículas de pó e podem ser usados para formar pó compacto 400 tendo uma dispersão multimodal não homogênea de tamanhos de partículas de partículas dispersas 414 dentro da nanomatriz celular 416. A seleção da distribuição de tamanho de núcleo de partícula pode ser usada para determinar, por exemplo, o tamanho de partícula e o espaçamento interpartículas das partículas dispersas 414 dentro da nanomatriz celular 416 de pós compactos 400 feitos de pó 210.

[00031] A nanomatriz 416 é uma rede celular, substancialmente contínua, de camadas de revestimento metálico 216 que são sinterizadas uma com a outra. A espessura da nanomatriz 416 dependerá da natureza do pó 210 ou pós 210 usados para formar o pó compacto 400, bem como a incorporação de qualquer segundo pó 230, particularmente as espessuras das camadas de revestimento associadas com essas partículas. Em uma modalidade exemplificativa, a espessura da nanomatriz 416 é substancialmente uniforme por toda a microestrutura de pó compacto 400 e compreende cerca de duas vezes a espessura das camadas de revestimento 216 de partículas de pó 212.

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Em outra modalidade exemplificativa, a rede celular 416 tem uma espessura média substancialmente uniforme entre partículas dispersas 414 de cerca de 50 nm a cerca de 5000 nm.

[00032] A nanomatriz 416 é formada por sinterização de camadas de revestimento metálico 216 de partículas adjacentes uma à outra por meio de interdifusão e criação de camada de ligação 419 como aqui descrito. As camadas de revestimento metálico 216 podem ser estruturas de camada única ou de múltiplas camadas e podem ser selecionadas para promover ou inibir a difusão, ou ambos, dentro da camada ou entre as camadas de camada de revestimento metálico 216 ou entre a camada de revestimento metálico 216 e núcleo de partícula 214 ou entre a camada de revestimento metálico 216 e a camada de revestimento metálico 216 de uma partícula de pó adjacente, a extensão da interdifusão de materiais de revestimento metálico 216, durante a sinterização pode ser limitada ou extensiva, dependendo da espessura de revestimento, do material ou materiais de revestimento selecionados, das condições de sinterização e de outros fatores. Dada à complexidade potencial da interdifusão e da interação dos constituintes, a descrição da composição química resultante p de nanomatriz 416 e do material de nanomatriz 420 pode ser compreendida simplesmente como sendo uma combinação dos constituintes de camadas de revestimento 216 que também podem incluir um ou mais constituintes de partículas dispersas 414, dependendo da extensão da interdifusão, se houver, que ocorre entre as partículas dispersas 414 e a nanomatriz 416. Similarmente, a composição química de partículas dispersas 414 e do material de núcleos de partículas 418 pode ser simplesmente compreendida como sendo uma combinação dos constituintes de núcleo de partícula 214 que também podem incluir um ou mais constituintes de nanomatriz 416 e material de nanomatriz 420, dependendo da extensão da interdifusão, se houver, que ocorre entre as partículas

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22/34 dispersas 414 e a nanomatriz 416.

[00033] Em uma modalidade exemplificativa, o material de nanomatriz 420 tem uma composição química e o material de núcleos de partículas 418 tem uma composição química que é diferente daquela do material da nanomatriz 420 e as diferenças nas composições químicas podem ser configuradas para proporcionar uma taxa de dissolução 216 de uma pdp selecionável e controlável, incluindo uma transição selecionável de uma taxa de dissolução muito baixa até uma taxa de dissolução muito rápida, em resposta a uma mudança controlada em uma propriedade ou condição do furo de poço próximo ao compacto 400, incluindo uma mudança de propriedade em fluido de furo de poço que está em contato com o pó compacto 400, como aqui descrito. A nanomatriz 416 pode ser formada de partículas de pó 212 tendo camadas de revestimento de camada única ou de múltiplas camadas 216. Essa flexibilidade de desenho proporciona um grande número de combinações de materiais, particularmente no caso de camadas de revestimento de múltiplas camadas 216, que podem ser utilizadas para moldar a nanomatriz celular 416 e a composição de material de nanomatriz 420 pelo controle da interação dos constituinte de camada de revestimento, dentro de uma dada camada, bem como entre uma camada de revestimento 216 e o núcleo de partícula 214 com o qual está associada ou uma camada de revestimento 216 de uma partícula de pó adjacente 212. Diversas modalidades exemplificativas que demonstram essa flexibilidade são proporcionadas abaixo.

[00034] Conforme ilustrado na figura 5, em uma modalidade exemplificativa, pó compacto 400 é formado de partículas de pó 213 onde a camada de revestimento 216 compreende uma camada única e a nanomatriz resultante 416 entre as adjacentes da pluralidade de partículas dispersas 414 compreende a camada de revestimento metálico única 216 de outra das partículas de pó 212 adjacentes. A espessura

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23/34 (t) da camada de ligaçao 419 é determinada pela extensão da interdifusão entre as camadas de revestimento metálico únicas 216 e pode envolver toda a espessura da nanomatriz 416 ou apenas uma porção da mesma.

[00035] Em uma modalidade exemplificativa de pó compacto 400, formada usando um pó 210 de camada única, o pó compacto 400 pode incluir partículas dispersas 414 compreendendo Mg, Al, Zn ou Mn ou uma de suas combinações, conforme aqui descrito e a nanomatriz 416 pode incluir Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, carboneto ou nitreto ou uma combinação de qualquer um dos materiais antes mencionados, incluindo combinações onde o material de nanomatriz 420 de nanomatriz celular 416, incluindo a componente de limpeza 419, tem uma composição química e o material de núcleo 418 de partículas dispersas 414 tem uma composição química que é diferente da composição química do material de nanomatriz 416. A diferença na composição química do material da nanomatriz 420 e o material de núcleo 418 pode ser usada para proporcionar dissolução selecionável e controlável em resposta a uma mudança em uma propriedade de um furo de poço, incluindo um fluido de furo de poço, conforme aqui descrito. Em uma outra modalidade exemplificativa de um pó compacto 400 formado de um pó 210, tendo uma configuração de camada única, partículas dispersas 414 incluem Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos e a nanomatriz celular 416 inclui Al ou Ni ou uma combinação dos mesmos.

[00036] Conforme ilustrado na figura 6, em outra modalidade exemplificativa, pó compacto 400 é formado de partículas de pó 212 onde a camada de revestimento 216 compreende uma camada de revestimento de múltiplas camadas 216 tendo uma pluralidade de camadas de revestimento e a nanomatriz 416 resultante entre as adjacentes da pluralidade de partículas dispersas 414 compreende a pluralidade de

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24/34 camadas (t), compreendendo a camada de revestimento 216 de uma partícula 212, uma camada de ligação 419 e a pluralidade de camadas compreendendo a camada de revestimento 216 de outra das partículas de pó 212. Na figura 6, isso é ilustrado com uma camada de revestimento metálico de duas camadas 216, mas será compreendido que a pluralidade de camadas de camada de revestimento metálico de múltiplas camadas 216 pode incluir qualquer número desejado de camadas. A espessura (t) da camada de ligação 419 é, mais uma vez, determinada pela extensão da interdifusão entre a pluralidade de camadas das respectivas camadas de revestimento 216 e pode envolver toda a espessura da nanomatriz 416 ou apenas uma porção da mesma. Nesta modalidade, a pluralidade de camadas compreendendo cada camada de revestimento 216 pode ser usada para controlar a interdifusão e a formação da camada de ligação 419 e espessura (t).

[00037] Os pós compactos sinterizados e forjados 400, que incluem partículas dispersas 4124, compreendendo Mg e nanomatriz 416, compreendendo vários materiais de nanomatriz, conforme aqui descrito, têm demonstrado uma combinação excelente de resistência mecânica e baixa densidade que exemplificam os materiais leves, de alta resistência aqui divulgados. Exemplos de pós compactos 400que têm partículas dispersas de Mg puro 414 e várias nanomatrizes 416 formadas de pós 210, tendo núcleos de partículas de Mg puro 214 e várias camadas de revestimento metálico de camada única e de múltiplas camadas 216, que incluem Al. Ni, W ou AbO3 ou uma combinação dos mesmos. Esses pós compactos 400 têm sido submetidos a vários testes mecânicos e outros, incluindo testes de densidade, e seu comportamento de degradação da propriedade de dissolução e mecânica também tem sido caracterizado, conforme aqui divulgado. Os resultados indicam que esse materiais podem ser configurados para proporcionar uma ampla faixa de comportamentos de corrosão ou de disso

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25/34 lução selecionáveis e controláveis de taxas muito baixas de corrosão à taxas de corrosão extremamente altas, particularmente taxas de corrosão que mais baixas e mais altas do que aquelas dos pós compactos que não incorporam a nanomatriz celular, como um compacto formado de pó de Mg puro, através dos mesmos processos de compactação e sinterização aqui descritos. Esses pós compactos 200 também podem ser configurados para proporcionar propriedades substancialmente acentuadas quando comparados com pós compactos formados de partículas de Mg puras que não incluem os revestimentos em nanoescala aqui descritos. Os pós compactos 400 que incluem partículas dispersas 414 compreendendo Mg e nanomatriz 416, compreendendo vários materiais de nanomatriz 420 aqui descritos têm demonstrado resistências à compressão em temperatura ambiente de pelo menos cerca de 37 ksi e têm demonstrado ainda resistências à compressão em temperatura ambiente acima de cerca de 50 ksi, secos e imersos em uma soluçao de KCl a 3% em 94°C (200°F). Em contraste, pós compactos formados de pós de Mg puro têm uma resistência à compressão de cerca de 20 ksi ou menos. A resistência do pó compacto de metal de nanomatriz 400 ainda pode ser aperfeiçoada pela otimização do pó 210, particularmente a percentagem em peso das camadas de revestimento metálico em nano escala 16 que sao usadas para formar a nanomatriz celular 416. A resistência do pó compacto de metal de nanomatriz 400 ainda pode ser aperfeiçoada pela otimização de pó 210, particularmente a percentagem em peso dos materiais de revestimento metálico em nanoescala 216 que sao usadas para formar a nanomatriz celular 416. Por exemplo, a variação da percentagem em peso (% em peso), isto é, a espessura, de um revestimento de alumina dentro de uma nanomatriz celular 416 formada de partículas de pó revestidas 212 que incluem uma camada de revestimento metálico de múltiplas camadas (Al/ Al2O3/ Al) 216 em núcleos de partículas de Mg

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26/34 puro 214 proporciona um aumento de 21%, quando comparado com aquele de alumina percentual em peso.

[00038] Os pós compactos 400, compreendendo partículas dispersas 414 que incluem Mg e nanomatriz 416 que inclui vários materiais de nanomatriz, conforme aqui descrito, também têm demonstrado uma resistência ao cisalhamento em temperatura ambiente de pelo menos cerca de 50,8 cm (20 ksi). Isso é em contraste com pós compactos formados de pós de Mg puro, que têm resistências ao cisalhamento em temperatura ambiente de cerca de 20,32 cm (8 ksi).

[00039] Os pós compactos 400 dos tipos aqui divulgados são capazes de alcançar uma densidade real que é substancialmente igual à densidade teórica predeterminada de um material compacto baseado na composição do pó 210, incluindo quantidades relativas de constituintes de núcleos de partículas 214 e camada de revestimento metálico 216 e também são descritos aqui como sendo pós compactos completamente densos. Os pós compactos 400 compreendendo partículas dispersas que incluem Mg e nanomatriz 416, que inclui vários materiais de nanomatriz, conforme aqui descrito, têm demonstrado densidades reais de cerca de 1,738 g/cm³ a cerca de 2,50 g/cm³, que são substancialmente iguais às densidades teóricas predeterminadas, diferindo em no máximo 4% das densidades teóricas predeterminadas.

[00040] Os pós compactos 400, conforme aqui divulgado, podem ser configurados para serem, seletiva e controlavelmente, dissolvíveis em um fluido de furo de poço em resposta a uma condição alterada em um furo de poço. Exemplos da condição alterada que podem ser explorados para proporcionar capacidade de dissolução seletiva e controlável incluem uma mudança na temperatura, mudança na pressão, mudança na taxa de fluco, mudança no pH ou mudança na composição química do fluido de furo de poço ou uma combinação das mesmas. Um exemplo de uma condição alterada compreendendo uma

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27/34 mudança na temperatura inclui uma mudança na temperatura do fluido de furo de poço. Por exemplo, os pós compactos 400, compreendendo partículas dispersas 414 que incluem Mg e nanomatriz celular 416 que inclui vários materiais de nanomatriz, conforme aqui descrito, têm taxas de corrosão relativamente baixas em uma solução de KCl a 3%, em temperatura ambiente, que oscilam de carca de 0 a cerca de 11 mg/cm²/h, quando comparadas com taxas de corrosão relativamente altas em 94°C (200°F), que oscilam de cerca de 1 a cerca de 246 mg/cm²/h, dependendo de diferentes camadas de revestimento em nanoescala 216. Um exemplo de uma condição alterada compreendendo uma mudança na composição química inclui uma mudança em uma concentração de ion de Clreto ou valor de pH, ou ambos, do fluido de furo de poço. Por exemplo, os pós compactos 400, compreendendo partículas dispersas 414 que incluem Mg e nanomatriz 416, que inclui vários revestimentos em nanoescala aqui descritos demonstram taxas de corrosão em HCl a 15%, que oscilam de cerca de 4750 mg/cm²/h a cerca de 7432 mg/cm²/h. Desse modo, a capacidade de dissolução seletiva e controlável, em resposta a uma condição alterada no furo de poço, a saber, a mudança na composição química do fluido de furo de poço de KCl para HCl, pode ser usada para se obter uma resposta característica, conforme ilustrado graficamente na figura 7, que ilustra que, em um tempo de serviço crítico predeterminado selecionado (CST), uma condição alterada pode ser imposta sobre o pó compacto 400, à medida que é aplicada em uma dada aplicação, tal como um ambiente de furo de poço, que causa uma mudança controlável em uma propriedade do pó compacto 400, em resposta a uma condição alterada no ambiente em que é aplicada. Por exemplo, em uma mudança em CST predeterminado de um fluido de furo de poço que está em contato com o pó compacto 400 de um primeiro fluido (por exemplo, KCl) que proporciona uma primeira taxa de corrosão e

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28/34 uma perda de peso ou resistência associada como uma função do tempo para um Segundo fluido de furo de poço (por exemplo, HCl) que proporciona uma segunda taxa de corrosão e perda de peso e resistência associada como uma função do tempo, em que a taxa de corrosão associada com o primeiro fluido é muito menor do que a taxa de corrosão associada com o segundo fluido. Essa resposta característica a uma mudança nas condições do fluido de furo de poço pode ser usada, por exemplo, para associar o tempo de serviço crítico com um limite de perda de dimensão ou uma resistência mínima necessária para uma aplicação particular, de modo que, quando uma ferramenta ou componente de furo de poço formado de pó compacto 400, conforme aqui divulgado, não é mais necessário para uma aplicação particular, de modo que, quando uma ferramenta ou componente de furo de poço formado de pó compacto 400, conforme aqui divulgado, não é mais necessário em serviço no furo de poço (por exemplo, a CST), a condição no furo de poço (por exemplo, a concentração de íon de cloreto de furo de poço) pode ser mudada para causar a rápida dissolução de pó compacto 400 e sua remoção do furo de poço. No exemplo descrito acima, pó compacto 400 é dissolvível, selecionavelmente, em uma taxa que oscila de cerca de 0 a cerca de 7000 mg/cm²/h. Essa faixa de resposta proporciona, por exemplo, a capacidade de remover uma esfera de 3 polegadas de diâmetro, formada desse material de um furo de poço através da alteração do fluido de furo de poço em menos de uma hora. O comportamento selecionável e controlável da capacidade de dissolução descrito acima, acoplado com as excelentes propriedades de resistência e baixa densidade aqui descritas, definem um novo material de nanomatriz de partículas dispersas usinado, que é configurado para contatar com um fluido e configurado para proporcionar uma transição selecionável e controlável de uma primeira condição de resistência para uma segunda condição de resistência que é

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29/34 menor do que um limite de resistência funcional ou uma primeira quantidade de perda de peso para uma segunda quantidade de perda de peso que é maior do que um limite de perda de peso, como uma função do tempo em contato com o fluido. O composto de nanomatriz partículas dispersas é característico dos pós compactos 400 aqui descritos, e inclui uma nanomatriz celular 416 de material de nanomatriz 420, uma pluralidade de partículas dispersas 414 incluindo material de núcleos de partículas 418 que é disperso dentro da matriz, A nanomatriz 416 é caracterizada por uma camada de ligação 419 de estado sólido, que se estende por toda a nanomatriz. O tempo em contato com o fluido descrito acima pode incluir o CST, conforme descrito acima. O CST pode inclui um tempo predeterminado que é desejado ou requerido para dissolver uma porção predeterminada do pó compacto 400, que está em contato com o fluido. O CST pode incluir, também, um tempo correspondente a uma mudança na propriedade do material usinado ou do fluido uma combinação de ambos. No caso de uma mudança de propriedade do material usinado, a mudança pode incluir uma mudança de uma temperatura do material usinado. No caso onde há uma mudança na propriedade do fluido, a mudança pode incluir a mudança em uma temperatura de fluido, pressão, taxa de fluxo, composição química ou pH ou uma combinação dos mesmos. Ambos, o material usinado e a mudança na propriedade do material usinado ou do fluido, podem ser moldados para proporcionar a características de resposta de CST desejada, incluindo a taxa de mudança da propriedade particular (por exemplo, perda de peso, perda de resistência) antes do CST (por exemplo, Estágio 1) e após o CST (por exemplo, Estágio 2), conforme ilustrado na figura 7.

[00041] Sem estar limitado pela teoria, pós compactos 400 são formados de partículas de pó revestidas 212 que incluem um núcleo de partícula 214 w material de núcleo associado 218, bem como uma ca

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30/34 mada de revestimento metálico 216 e um material de revestimento metálico associado 220 para formar uma nanomatriz celular tridimensional, substancialmente contínua 216, que inclui um material de nanomatriz 420 formado através de sinterização e da ligação de difusão associada das respectivas camadas de revestimento 216 que inclui uma pluralidade de partículas dispersas 414 dos materiais de núcleos de partículas 418. Essa estrutura única pode incluir combinações metaestáveis de materiais que seriam muito difíceis ou impossíveis de formar através de solidificação de um fundido tendo as mesmas quantidades relativas dos materiais constituintes. As camadas de revestimento e materiais de revestimento associados podem ser selecionados para proporcionar dissolução selecionável e controlável em um ambiente de fluido predeterminado, tal como um ambiente de furo de poço, onde o fluido predeterminado pode ser um fluido de furo de poço comumente usado, que é injetado no furo de poço ou extraído do furo de poço. Como será bem compreendido da presente descrição, a dissolução controlada da nanomatriz expõe as partículas dispersas dos materiais de núcleos. Os materiais de núcleo de partículas também podem ser selecionados para proporcionar dissolução selecionável e controlável no fluido de furo de poço. Alternativamente, também podem ser selecionados para proporcionar uma propriedade mecânica particular, tal como resistência à compressão ou resistência ao cisalhamento, ao pó compacto 400, sem proporcionar, necessariamente dissolução selecionável e controlável dos materiais de núcleo, uma vez que a dissolução selecionável e controlável do material de nanomatriz que circunda essas partículas, necessariamente, as liberará, de modo que elas podem ser conduzidas para longe pelo fluido de furo de poço. A morfologia microestrutural da nanomatriz celular, substancialmente contínua 416, que pode ser selecionada para proporcionar um material da fase de enrijecimento, com partículas dispersas 414, que

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31/34 podem ser selecionadas para proporcionar partículas dispersas equiaxiais 414, dota esses pós compactos com propriedades mecânicas acentuadas, incluindo resistência à compressão e resistência ao cisalhamento, uma vez que a morfologia resultante das partículas dispersas/ nanomatriz pode ser manipulada para proporcionar fornecer reforço através dos processos que são semelhantes aos mecanismos de reforço tradicionais, como a redução de tamanho de grão, o endurecimento da solução através do uso de átomos de impurezas, endurecimento por precipitação ou com a idade e mecanismos de endurecimento pelo trabalho/ resistência. A estrutura das partículas dispersas/ nanomatriz tende a limitar o movimento de deslocamento em virtude das numerosas interfaces de partículas/ nanomatriz, bem como interfaces entre camadas distintas dentro do material de nanomatriz, conforme aqui descrito. Isso é exemplificado no comportamento na fratura desses materiais. Um pó compacto 400 feito usando pó de Mg puro não revestido e submetido a uma tensão por cisalhamento suficiente para induzir falha demonstrou fratura intergranular. Em contraste, um pó compacto 400 feito usando partículas de pó 212, tendo núcleos de partículas de pó de Mg puro 214 para formar partículas dispersas 414 e camadas de revestimento metálico 216 que inclui Al para formar a nanomatriz 416 e submetido a uma tensão por cisalhamento suficiente para induzir falha demonstrou fratura transgranular e uma tensão à fratura substancialmente mais alta, conforme aqui descrito. Como esses materiais têm características de alta resistência, o material de núcleo e o material de revestimento podem ser selecionados para utilizar materiais de baixa densidade ou outros materiais de baixa densidade, tais como metais de baixa densidade, cerâmicas, vidros ou carbonos, que, de outro modo, não proporcionariam as características de resistência necessárias para uso nas aplicações desejadas, incluindo ferramentas de furo de poço e componentes.

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32/34 [00042] Os bujões 16 permitem que o alojamento 12 da disposição 10 sustente uma quantidade de pressão de fluido que está relacionada com um operação para a qual a disposição foi fabricada. Em uma modalidade, o(s) bujão(ões) 16 são configurados para conter uma alta pressão associada com uma operação de ajuste de um vedador (não mostrado).

[00043] Em uso e para fins de ilustração, a utilização de uma sequência exemplificativa de eventos, incluindo uma operação de ajuste de vedador, uma operação de frac e produção, a disposição aqui divulgada funciona no furo. Embora as disposições da técnica anterior funcionassem com a válvula 18 em uma posição fechada, a presente disposição funciona com uma ou mais válvulas 18 em uma posição aberta. Como o(s) bujão(ões) 16 impede(m) o movimento de fluido através da uma ou mais aberturas 14, as operações utilizando pressão para ajustes, como o ajuste do vedador observado, a operação pode ser empreendida com a disposição 10 já em uma posição aberta. Isso se traduz na eliminação de uma etapa para deslocar a válvula 18 para uma posição aberta, após a operação de ajuste do vedador ser completada, o que, de outro modo, teria sido necessário na técnica anterior. A segunda operação observada no exemplo é uma operação de frac. Para essa operação, a uma ou mais aberturas 14 devem ser patentes e a válvula 18 deve estar em uma posição que permite que a pressão de fluido se comunique entre a tubulação e o espaço anular, de modo que a pressão da tubulação é comunicada para a formação para fratura da mesma, Uma vez que no cenário exemplificativo introduzido a(s) válvula(s) 18 já está aberta, nenhuma intervenção mecânica é necessária. Antes, tudo o que é necessário é a redução do(s) bujão(ões) 16. Em cada caso dos materiais considerados, quer o tempo de exposição aos fluidos do furo de poço ou a aplicação específica de um reagente, tal como um ácido, é o progenitor da redução e/ ou dis

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33/34 solução do(s) bujão(ões) 16, o resultado final é que o(s) bujão(ões) cessará de ser um impedimento para a pressão da tubulação alcançar a formação. Dessa maneira, a operação de frac é facilitada e não requer uma etapa de intervenção mecânica separada. Subsequente à operação de frac na modalidade exemplificativa, a produção através da tubulação é esperada. Claramente, a produção através da coluna de tubulação não é suportada, se uma abertura for deixada no alojamento 12. Para remediar essa situação, uma etapa de intervenção mecânica será empreendida e a válvula 18 fechada. Embora a modalidade descrita utilize uma etapa separada, ela usa apenas uma etapa separada, não as duas etapas separadas da técnica anterior que eram usadas para alcançar os objetivos do cenário exemplificativo.

[00044] Como alguém de habilidade na técnica perceberá, uma única etapa pode custar centenas de milhares de dólares. A eliminação de uma etapa, portanto, é um benefício substancial para a técnica.

[00045] A disposição é empregada em um método para a realização de uma série de operações fundo de poço com um número reduzido de etapas de intervenção mecânica através da movimentaçao da disposição até a profundidade alvo e realização uma operação de fundo de poço, tal como a pressurização ascendente na coluna de tubulações para efetuar o ajuste de um vedador, uma ou mais da exposição pelo menos do(s) bujão(ões) 16 aos fluidos de fundo de poço (naturais ou introduzidos) e migrando um fluido de disoolução (tal como, mas não limitado ao mesmo, um ácido) pelo menos para o(s) bujão)ões) 16 a fim de reduzir ou eliminar o(s) bujão(ões) 16; a pressurização na coluna de tubulações para efetuar outra operação fundo de poço que envolve o espaço anular da coluna de tubulações, movimentando uma ferramenta de intervenção mecânica até a profundidade alvo e fechando a uma ou mais válvulas 18, assim, preparando a coluna de tubulações para outra operação não envolvendo a comunicação da

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34/34 pressão de tubulação para o espaço anular.

[00046] Embora um ou mais modalidades tenham sido mostradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem afastamento do espírito e do escopo da invenção. Em consequência, deve ser compreendido que a presente invenção foi descrita à guisa de ilustrações e não de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Disposição de controle de fluxo (10) compreendendo:

um alojamento (12) definindo uma ou mais aberturas (14) nele;

uma estrutura de válvula (18) alinhável e desalinhável com a uma ou mais aberturas (14) no alojamento (12); e um ou mais bujões (16), cada um em uma ou mais das uma ou mais aberturas (14), cada bujão (16) sendo reduzível por uma ou mais dentre exposições aos fluidos de fundo de poço e aos fluidos de dissolução aplicados, caracterizada pelo fato de que o um ou mais bujões são formados de um material dissolvível, incluindo:

uma nanomatriz celular (416) substancialmente contínua;

uma pluralidade de partículas dispersas (414), incluindo um material de núcleo de partícula (418) que compreende Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, e uma camada de revestimento metálico (216) disposta em cada uma da pluralidade de partículas dispersas (414); e uma camada de ligação de estado sólido (419) que se estende por toda a nanomatriz celular (416) entre as partículas dispersas (414), a camada de ligação de estado sólido (419) formada por uma interdifusão de estado sólido entre camada de revestimento (216) de partículas adjacentes (414).
2. Disposição de controle de fluxo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de válvula (18) é uma luva deslizante.
3. Disposição de controle de fluxo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de válvula inclui um ou mais orifícios (20).
4. Disposição de controle de fluxo (10), de acordo com a

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2/3 reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o um ou mais bujões (16) compreendem um material reduzível mediante exposição aos fluidos naturais de fundo de poço.
5. Disposição de controle de fluxo (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o um ou mais bujões (16) compreendem um material reduzível mediante exposição aos fluidos de fundo de poço introduzidos .
6. Disposição de controle de fluxo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que os fluidos de fundo de poço introduzidos incluem ácido.
7. Método para a realização de uma série de operações de fundo de poço com um número reduzido de etapas de intervenção mecânica caracterizado pelo fato de que compreende:

movimentação de disposição (10) como definida na reivindicação 1 até uma profundidade-alvo;

realização de uma operação de fundo de poço, requerendo que o alojamento (12) tenha permeabilidade radial do fluido limitada;

redução do bujão (16);

realização de uma operação de fundo de poço requerendo comunicação de pressão de fluido através de uma ou mais aberturas; e intervenção mecânica para fechar a estrutura de válvula (18), assim, tornando a uma ou mais aberturas (14) da disposição radialmente impermeável.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a realização de uma operação de fundo de poço com o alojamento (12) de fluido radialmente restrito está ajustando um vedador (22).
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a redução é a dissolução completa.

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10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a realização de uma operação de fundo de poço, requerendo comunicação de pressão de fluido através da uma ou mais aberturas (14), é o fracionamento.
11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a intervenção mecânica é o deslocamento de uma luva.