BR112013011764B1

BR112013011764B1 - método de desobstruir um assento e elemento de obturação

Info

Publication number: BR112013011764B1
Application number: BR112013011764-8A
Authority: BR
Inventors: Michael H. Johnson; Zhiyue Xu
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2021-02-23
Also published as: AU2016203091B2; GB201306862D0; NO20130496A1; CA2816744C; US8573295B2; WO2012067786A2; NO346604B1; DK201300256A; BR112013011764A2; GB2499739A; AU2011329424A1; WO2012067786A3; US20120118583A1; AU2011329424B2; GB2499739B; CA2816744A1; DK180394B1; AU2016203091A1

Abstract

método de desobstruir um assento e elemento de obturação. a presente invenção refere-se a um método de desobstruir um assento (14), incluindo dissolver pelo menos uma superfície de um elemento de obturação (10) assentado contra o assento (14), e desalojar o elemento de obturação (10) a partir do assento (14).

Description

Referência Cruzada aos pedidos Relacionados

[0001] O presente pedido reivindica os benefícios do Pedido de Patente U.S. No. 12/947048, depositado em 16 de Novembro de 2010, que é aqui incorporado por referência em sua totalidade.

[0002] O presente pedido contém o assunto relacionado ao assunto dos pedidos pendentes, que são cessionados ao mesmo cessionário do presente pedido, Baker Hughes Incorporated of Houston, Texas, que foram todos depositados em 8 de dezembro de 2009. Os pedidos abaixo relacionados se encontram aqui incorporados por referência em sua totalidade:

[0003] Pedido de patente US No. 12/633,682, Documento Legal No. MTL4-49581-US (BAO0372US), intitulado NANOMATRIX POWDER METAL COMPACT;

[0004] Pedido de patente US No. 12/633,686, Documento Legal No. OMS4-50039-US (BAO0386US), intitulado COATED METALIC POWDER AND METHOD OF MAKING THE SAME;

[0005] Pedido de patente US No. 12/633,688, Documento Legal No. MTL4-50131-US (BAO0389US), intitulado METHOD OF MAKING A NANOMATRIX POWDER METAL COMPACT; e

[0006] Pedido de patente US No. 12/633,678, Documento Legal No. MTL4-50132-US (BAO0390US) intitulado ENGINEERED POWDER COMPACT COMPOSITE MATERIAL.

ANTECEDENTES

[0007] Na indústria de perfuração e conclusão é com frequência desejável se utilizar o que é conhecido na técnica como esferas de manobra, dardos, (de modo geral elementos de obturação) para uma série de diferentes operações que requeiram eventos de elevação de pressão. Como é conhecido daqueles versados na técnica, as esferas de manobra são lançadas em momentos selecionados para assentamento em um assento de esfera de fundo de poço e criar uma vedação no mesmo. A vedação que é criada é com frequência pretendida para temporária. Após a operação para a qual a esfera de manobra foi lançada ser completada, a esfera é removida a partir do furo do poço por métodos tais como circulação reversa da esfera fora do poço. Assim procedendo, entretanto, requer que a esfera se desloque a partir do assento. Em algumas ocasiões a esfera pode se tornar emperrada no assento desse modo evitando que a mesma seja circulada fora do poço, desse modo necessitando de métodos mais onerosos e demorados de remover a esfera, tais como, através de perfurar a esfera para fora, por exemplo. Dispositivos e métodos que permitam que um operador remova a esfera sem apelar para o referido processo oneroso seriam bem recebidos na técnica.

BREVE DESCRIÇÃO

[0008] É descrito aqui um método de desobstruir um assento, incluindo dissolver pelo menos uma superfície de um elemento de obturação assentado contra o assento, e desalojar o elemento de obturação a partir do assento.

[0009] Também descrito é um elemento de obturação incluindo um corpo tendo uma superfície externa configurada para engajar assentando um assento em que pelo menos a superfície externa do elemento de obturação é configurada para se dissolver com exposição a um ambiente alvo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00010] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitantes de modo algum. Com referência aos desenhos anexos, elementos similares são numerados de modo similar:

[00011] A figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um elemento de obturação descrito aqui dentro de um elemento tubular;

[00012] A figura 2 ilustra uma vista em seção transversal de um elemento de obturação alternativo descrito aqui;

[00013] A figura 3 é uma fotomicrografia de um pó 210 como descrito aqui que foi embutido em um material de envasamento e seccionado;

[00014] A figura 4 é uma ilustração esquemática de uma modalidade exemplificativa de uma partícula de pó 12 como apareceria em uma vista seccionada exemplificativa representada pela seção 4 - 4 da figura 3;

[00015] A figura 5 é a fotomicrografia de uma modalidade exemplificativa de um compacto em pó como descrito aqui;

[00016] A figura 6 é um esquema de ilustração de uma modalidade exemplificativa de um compacto em pó produzido usando um pó tendo partículas de pó de camada única como apareceria tomada ao longo da seção 6-6 na figura 5;

[00017] A figura 7 é um esquema de ilustração de outra modalidade exemplificativa de um compacto em pó produzido usando um pó tendo partículas de pó de múltiplas camadas como apareceria tomada ao longo da seção 6-6 na figura 5;

[00018] A figura 8 é uma ilustração esquemática de uma mudança em uma propriedade de um compacto em pó como descrito aqui como uma função do tempo e uma mudança na condição do ambiente do compacto em pó.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00019] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método descrito é apresentada aqui apenas como exemplo e não como limitação com referência às figuras.

[00020] Com referência agora à figura 1, uma modalidade de uma esfera de manobra, também descrita aqui em um termo mais genérico como um elemento de obturação é ilustrada em geral em 10. Embora o elemento de obturação 10 seja ilustrado como uma esfera, outros formatos são contemplados tais como cônico, elíptico, etc. O elemento de obturação 10 é configurado para engajar assentando com um assento 14. O assento 14 ilustrado aqui inclui uma superfície cônica 18 engatada em modo de vedação com um elemento tubular 22. O engate de assentamento do elemento de obturação 10 com o assento 14 permite que o corpo 12 se vede ao assento 14 desse modo permitindo que a pressão seja aumentada contra o mesmo. O corpo 12 tem uma superfície externa 26 que é configurada para se dissolver com a exposição a um ambiente 30 que é antecipado durante posicionamento do elemento de obturação 10. A referida dissolução pode incluir corrosão, por exemplo, em aplicações em que a superfície externa 26 é parte de uma célula eletroquímica. A dissolução da superfície externa 26 permite que o corpo 12, quando ele se tornou emperrado, entalado ou alojado ao assento 14, seja desalojado e desselado a partir do mesmo. O referido desalojamento pode ser em virtude, pelo menos em parte, a uma redução no engate de fricção entre o elemento de obturação 10 e o assento 14 na medida em que o corpo 12 começa a dissolver. Adicionalmente, o desalojamento é em virtude de mudanças dimensionais do elemento de obturação 10 na medida em que o corpo 12 se dissolve inicialmente a partir da superfície externa 26.

[00021] A habilidade de desalojar o elemento de obturação 10 a partir do assento 14 é particularmente útil em casos onde o elemento de obturação 10 se tornou entalado em uma abertura 34 do assento 14. A gravidade do referido entalamento pode ser significante em casos onde o corpo 12 se tornou deformado em virtude de forças que lançam o elemento de obturação 10 contra o assento 14. A referida deformação pode fazer com que a porção 38 do corpo 12 se estende para dentro da abertura 34, desse modo aumentando o engate de fricção entre a porção 38 e a dimensão 42 da abertura 34.

[00022] Em aplicações para uso nas indústrias de perfuração de conclusão, como discutido acima, em que o elemento de obturação 10 é uma esfera de manobra a esfera será exposta a um ambiente de fundo de poço 30. O ambiente de fundo de poço 30 pode incluir altas temperaturas, altas pressões, e fluidos do furo do poço, tais como, produtos químicos cáusticos, ácidos, bases e soluções salinas, por exemplo. Ao se produzir o corpo 12 de um material 46 (isso não é mostrado em qualquer figura) que perde resistência no ambiente 30, o corpo 12 pode ser produzido para efetivamente dissolver em resposta à exposição ao ambiente de fundo de poço 30. O início da dissolução ou da desintegração do corpo 12 pode começar na superfície externa 26 na medida em que a resistência da superfície externa 26 diminui primeiro e pode se propagar para o equilíbrio do corpo 12. Possíveis escolhas para o material 46 inclui, mas não são limitadas a Magnésio, adesivos poliméricos tais como adesivo estrutural metacrilato, material dissolvível de alta resistência (discutido em detalhes posteriormente na presente especificação), etc.

[00023] O corpo 12 e a superfície externa 26 do elemento de obturação 10 na modalidade da figura 1 são ambos produzidos do material46. Como tal, a dissolução do material46 pode deixar não só o corpo 12, mas também a superfície externa 26 em pequenas peças que não são prejudiciais à operação adicional do poço, desse modo negando a necessidade, seja de bombear o corpo 12 para fora do elemento tubular 22 ou de acionar uma ferramenta dentro do furo do poço para perfurar ou triturar o corpo 12 em peças suficientemente pequenas para remover o impedimento a partir do mesmo.

[00024] Com referência agora à figura 2, uma modalidade alternativa de um elemento de obturação descrito aqui é ilustrada em 110. Diferente do elemento de obturação 10 o elemento de obturação 110 tem um corpo 112 produzido de pelo menos dois materiais diferentes. O corpo 112 inclui um núcleo 116 produzido de um primeiro material 117 e um invólucro 120 produzido de um segundo material 121. Uma vez que na presente modalidade, uma superfície externa 126 (isso não é mostrado nas figuras) que de fato entra em contato com o assento 14 está apenas no invólucro 120, apenas o segundo material 121 precisa ser dissolvível no ambiente alvo 30. De modo diferente, o primeiro material 117 pode ou não ser dissolvível no ambiente 30.

[00025] Se o primeiro material 117 não for dissolvível pode ser desejável se fazer a maior dimensão 124 do núcleo 116 menor do que a dimensão 42 do assento 14 para permitir que o núcleo 116 passe através do mesmo após a dissolução do invólucro 120. Assim procedendo, o núcleo 116 pode ser acionado, ou permitido cair, para fora da extremidade inferior do elemento tubular 22 em vez de ser bombeado para cima para remover o mesmo a partir do poço.

[00026] Como mencionado acima, materiais adicionais que podem ser utilizados com a esfera como descrito aqui são materiais metálicos leves, de alta resistência que podem ser usados em uma grande variedade de aplicações e ambientes de aplicação, incluindo o uso em vários ambientes de furo de poço para se implementar várias ferramentas de fundo de poço leves, alta resistência, de modo selecionável e controlável, descartável ou degradável ou outros componentes de fundo de poço, assim como muitas outras aplicações para uso em artigos não só duráveis mas também descartáveis ou degradáveis. Os referidos materiais degradáveis leves, de alta resistência e de modo selecionável e controlável incluem compactos de pó sinterizados amplamente densos formados a partir de materiais de pó revestidos que incluem vários núcleos de partículas leves e materiais de núcleo tendo vários revestimentos de camada simples e de múltiplas camadas em nanoescala. Os referidos compactos em pó são produzidos a partir de pós metálicos revestidos que incluem vários materiais de núcleo e núcleos de partículas eletroquímicos ativos (por exemplo, tendo potenciais de oxidação padrão relativamente leves), tais como metais eletroquimicamente ativos, que são dispersos dentro de uma nanomatriz celular formada a partir das várias camadas de revestimento metálico em nanoescala de materiais de revestimento metálico, e são particularmente úteis em aplicações de furo do poço. Os referidos compactos em pó proporcionam uma única e vantajosa combinação de propriedades de resistência mecânica, tais como compressão e resistência a cisalhamento, baixa densidade e propriedades de corrosão selecionáveis e controláveis, dissolução particularmente rápida e controlada em vários fluidos de furo do poço. Por exemplo, o núcleo de partícula e camadas de revestimento dos referidos pós podem ser selecionados para proporcionar compactos sinterizados em pó adequado para uso como materiais de alta resistência trabalhados por engenharia tendo uma resistência compressiva e resistência de cisalhamento comparável a vários outros materiais trabalhados por engenharia , incluindo carbono, aço inoxidável e ligas de aço, mas que também tem uma baixa densidade comparável a vários polímeros, elastômeros, materiais cerâmicos porosos de baixa densidade e compósitos. Ainda como outro exemplo, os referidos pós e materiais compactos em pó podem ser configurados para proporcionar uma degradação selecionável e controlável ou descarte em resposta a uma mudança em uma condição ambiental, tal como uma transição a partir de um coeficiente de dissolução muito baixo para um coeficiente de dissolução muito rápido em resposta a uma mudança em uma propriedade ou condição de um furo do poço próximo a um artigo formado a partir do compacto, incluindo uma mudança de propriedade em um fluido de furo do poço que está em contato com o compacto em pó. A degradação selecionável e controlável ou características de descartar descritas também permitem uma estabilidade dimensional e resistência dos artigos, tais como ferramentas de furo do poço ou outros componentes, produzidos a partir dos referidos materiais a serem mantidos até que os mesmos não sejam mais necessários, em cujo tempo uma predeterminada condição ambiental, tal como uma condição de furo do poço, incluindo a temperatura do fluido do furo do poço, pressão ou valor de pH, pode ser mudada ]para promover a sua remoção por rápida dissolução. Os referidos materiais de pó revestidos e compactos em pó e materiais trabalhados por engenharia formados a partir dos mesmos, assim como métodos de produção dos mesmos, são descritos adicionalmente abaixo.

[00027] Com referência à figura 3, um pó metálico 210 inclui uma pluralidade de partículas de pó revestidas metálicas 212. Partículas de pó 212 podem ser formadas para proporcionar um pó 210, incluindo pó de fluxo livre, que pode ser vertido ou de outro modo disposto em todas as maneiras de formas ou moldes (não mostrados) tendo todas as maneiras de formatos e tamanhos e que podem ser usados para configurar os compactos em pó 400 (figuras 6 e 7), como descrito aqui, que podem ser usados como, ou para uso na fabricação, de vários artigos de fabricação, incluindo várias ferramentas de furo do poço e componentes.

[00028] Cada uma das partículas de pó revestidas metálicas 212 do pó 210 inclui um núcleo de partícula 214 e uma camada de revestimento metálica 216 disposta sobre o 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 formar o núcleo de partícula 214 que proporciona partícula de pó 212 que pode ser sinterizada para formar um compacto em pó leve de alta resistência 400 tendo características de dissolução selecionáveis e controláveis. 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. Os referidos metais eletroquimicamente ativos são muito reativos com uma série de fluidos comuns de furo do poço, incluindo qualquer número de fluidos iônicos ou fluidos altamente polares, tais como os que contêm vários cloretos. Exemplos incluem fluidos que compreendem cloreto de potássio (KCl), ácido hidroclorídrico (HCl), cloreto de cálcio (CaCl2), brometo de cálcio (CaBr2) ou brometo de zinco (ZnBr2). Material de núcleo 218 pode também incluir outros metais que são menos eletroquimicamente ativos do que Zn ou materiais não metálicos, ou a combinação dos mesmos. Adequados materiais não metálicos incluem cerâmicas, compósitos, vidros ou carbono, ou a combinação dos mesmos. Material de núcleo 218 pode ser selecionado para proporcionar um alto coeficiente de dissolução em um predeterminado fluido de furo do poço, mas pode também ser selecionado para proporcionar um coeficiente de dissolução relativamente baixo, incluindo zero dissolução, onde a dissolução do material de nanomatriz faz com que o núcleo de partícula 214 seja rapidamente enfraquecido e liberado a partir do compacto de partícula na interface com o fluido de furo do poço, de modo que o coeficiente efetivo de dissolução de compactos de partícula produzidos usando núcleo de partículas 214 dos referidos materiais de núcleo 218 é alto, embora o material de núcleo 218 em si possa ter um baixo coeficiente de dissolução, incluindo materiais de núcleo 220 que podem ser substancialmente insolúveis no fluido de furo do poço.

[00029] Com relação aos metais eletroquimicamente ativos como materiais de núcleo 218, incluindo Mg, Al, Mn ou Zn, os referidos metais podem ser usados como puros metais ou em qualquer combinação um com o outro, incluindo várias combinações de ligas dos referidos materiais, incluindo ligas binárias, terciárias, ou quaternárias dos referidos materiais. As referidas combinações podem também incluir compósitos dos referidos materiais. Ademais, além das combinações um com o outro, os materiais de núcleo de Mg, Al, Mn ou Zn 18 podem também incluir outros constituintes, incluindo várias adições de ligas, para alterar uma ou mais propriedades do núcleo de partículas 214, tais como ao aprimorar a resistência, reduzir a densidade ou alterar as características de dissolução do material de núcleo 218.

[00030] Dentre os metais eletroquimicamente ativos, Mg, seja como um metal puro ou uma liga ou um material compósito, é particularmente útil, pelo fato de sua baixa densidade e habilidade para formar ligas de alta resistência, assim como o seu alto grau de atividade eletroquímica, uma vez que ela tem um potencial de oxidação padrão maior do que Al, Mn ou Zn. As ligas de Mg incluem todas as ligas que têm Mg como uma liga constituinte. Ligas de Mg que combinam outros metais eletroquimicamente ativos, como descrito aqui, os constituintes de liga são particularmente úteis, incluindo as binárias Mg-Zn, Mg-Al e Mg-Mn ligas, assim como as ligas terciárias Mg-Zn-Y e Mg-Al-X, onde X inclui Zn, Mn, Si, Ca ou Y, ou uma combinação dos mesmos. As referidas ligas de Mg-Al-X podem incluir, em peso, até cerca de 85% Mg, até cerca de 15% Al e até cerca de 5% X. Núcleo de partícula 214 e material de núcleo 218, e particularmente metais eletroquimicamente ativos incluindo Mg, Al, Mn ou Zn, ou combinações dos mesmos, pode também incluir um elemento de terra rara ou combinação de elementos de terras raras. Como usado aqui, 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 terra rara ou combinações de elementos de terras raras pode estar presente, em peso, em uma quantidade de cerca de 5% ou menos.

[00031] Núcleo de partícula 214 e material de núcleo 218 têm uma temperatura de fusão (Tp). Como usado aqui, Tp inclui a mais baixa temperatura na qual a fusão incipiente ou liquefação ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro do material de núcleo 218, independente de se o material de núcleo 218 compreende um puro metal, uma liga com múltiplas fases tendo diferentes temperaturas de fusão ou um compósito de materiais tendo diferentes temperaturas de fusão.

[00032] Núcleo de partículas 214 pode ter qualquer tamanho adequado de partícula ou fixa de tamanhos de partícula ou distribuição de tamanhos de partícula. Por exemplo, o núcleo de partículas 214 pode ser selecionado para proporcionar um tamanho médio de partícula que é representado por uma distribuição unimodal normal ou do tipo Gaussiano em torno de uma média ou meio, como ilustrado em geral na figura 3. Em outro exemplo, o núcleo de partículas 214 pode ser selecionado ou misturado para proporcionar uma distribuição multimodal de tamanhos de partícula, incluindo uma pluralidade de núcleos de tamanhos médios de partícula, tais como, por exemplo, uma distribuição bimodal homogênea de partículas de tamanho médio. A seleção da distribuição de tamanho de núcleo de partícula pode ser usada para determinar, por exemplo, o tamanho de partícula e espaçamento entre partículas 215 das partículas 212 de pó 210. Em uma modalidade exemplificativa, o núcleo de partículas 214 pode ter uma distribuição unimodal e um diâmetro médio de partícula de cerca de 5 μm a cerca de 300 μm, mais particularmente cerca de 80 μm a cerca de 120 μm, e ainda mais particularmente cerca de 100 μm.

[00033] O núcleo de partículas 214 pode ter qualquer formato adequado partícula, incluindo qualquer formato geométrico regular ou irregular, ou combinação dos mesmos. Em uma modalidade exemplificativa, o núcleo de partículas 214 é substancialmente de partículas de metal esféricas eletroquimicamente ativas. Em outra modalidade exemplificativa, o núcleo de partículas 214 é de partículas de cerâmica substancialmente irregularmente formadas. Em ainda outra modalidade exemplificativa, o núcleo de partículas 214 é de estruturas de carbono ou de outras estruturas de nanotubo ou microesferas de vidro ocas.

[00034] Cada uma das partículas de pó revestidas metálicas 212 do pó 210 também inclui uma camada de revestimento metálica 216 que é disposta no núcleo de partícula 214. A camada de revestimento metálica 216 inclui um material de revestimento metálico 220. O material de revestimento metálico 220 proporciona às partículas de pó 212 e ao pó 210 a sua natureza metálica. A camada de revestimento metálica 216 é uma camada de revestimento em nanoescala. Em uma modalidade exemplificativa, a camada de revestimento metálica 216 pode ter uma espessura de cerca de 25 nm a cerca de 2500 nm. A espessura de camada de revestimento metálica 216 pode variar sobre a superfície de núcleo de partícula 214, mas preferivelmente tem uma espessura substancialmente uniforme sobre a superfície de núcleo de partícula 214. a camada de revestimento metálica 216 pode incluir uma única camada, como ilustrado na figura 4, ou uma pluralidade de camadas como uma estrutura de revestimento de múltiplas camadas. Em um revestimento de uma única camada, ou em cada um dos revestimentos de múltiplas camadas, a camada de revestimento metálica 216 pode incluir um único elemento ou composto químico constituinte, ou pode incluir uma pluralidade de elementos ou compostos químicos. Onde uma camada inclui uma pluralidade de constituintes ou compostos químicos, os mesmos podem ter todos as maneiras de distribuição homogênea ou heterogênea, incluindo uma distribuição homogênea ou heterogênea de fases metalúrgicas. Isso pode incluir uma distribuição escalonada onde os teores relativos dos constituintes ou compostos químicos varia de acordo com os respectivos perfis dos constituintes através da espessura da camada. Em ambos os revestimentos de camada única e de múltiplas camadas 216, cada uma das respectivas camadas, ou combinações das mesmas, pode ser usada para proporcionar uma predeterminada propriedade para a partícula de pó 212 ou um compacto de pó sintetizado formado a partir do mesmo. Por exemplo, a propriedade predeterminada pode incluir a resistência a ligação da ligação metalúrgica entre o núcleo de partícula 214 e o material de revestimento 220; as características de interdifusão entre o núcleo de partícula 214 e a camada de revestimento metálica 216, incluindo qualquer interdifusão entre as camadas dos revestimentos de múltiplas camadas 216; as características de interdifusão entre as várias camadas de um revestimento de múltiplas camadas 216; as características de interdifusão entre a camada de revestimento metálica 216 de uma partícula de pó e aquela de uma partícula de pó adjacente 212; a resistência a ligação da ligação metalúrgica entre as camadas de revestimento metálicas das partículas de pó sinterizadas adjacentes 212, incluindo as camadas mais externas da camada de múltiplas camadas de revestimento; e a atividade eletroquímica da camada de revestimento 216.

[00035] A camada de revestimento metálica 216 e o material de revestimento 220 têm uma temperatura de fusão (Tc). Como usado aqui, Tc inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquefação ou outras formas de fusão parcial ocorrem dentro de 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 compósito, incluindo um compósito que compreende uma pluralidade de camadas de material de revestimento tendo diferentes temperaturas de fusão.

[00036] 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 a uma partícula de pó adjacente 212 que também tem uma camada de revestimento metálica 216 e uma superfície externa sinterizável 221. Em pós 210 que também incluem segundas partículas ou partículas adicionais (revestidas ou não revestidas) 232, como descrito aqui, a superfície externa sinterizável 221 da camada de revestimento metálica 216 é também configurada para ser sinterizada a uma superfície externa sinterizável 221 de segundas partículas 232. Em uma modalidade exemplificativa, as partículas de pó 212 são sinterizáveis a uma predeterminada temperatura de sinterização (Ts) que é uma função do material de núcleo 218 e material de revestimento 220, de modo que sinterização do compacto de pó 400 é realizada inteiramente no estado sólido e onde Ts é menos do que Tp e Tc. A sinterização no estado sólido limita as interações do núcleo de partícula 214/camada de revestimento metálica 216 aos processos de difusão de estado sólido e aos fenômenos de transporte metalúrgicos e limita o desenvolvimento de e proporciona o controle sobre a interface resultante entre os mesmos. De modo diferente, por exemplo, a introdução de sinterização de fase líquida proporciona a rápida interdifusão dos materiais de núcleo de partícula 214/camada de revestimento metálica 216 e torna difícil limitar o desenvolvimento de e proporcionar o controle sobre a interface resultante entre os mesmos, e assim interfere com a formação da microestrutura desejável do compacto de partícula 400 como descrito aqui.

[00037] Em uma modalidade exemplificativa, o material de núcleo 218 será selecionado para proporcionar uma composição química do núcleo e o material de revestimento 220 será selecionado para proporcionar uma composição química do revestimento e as referidas composições químicas serão também selecionadas para diferir uma a partir da outra. Em outra modalidade exemplificativa, o material de núcleo 218 será selecionado para proporcionar uma composição química do núcleo e o material de revestimento 220 será selecionado para proporcionar a composição química do revestimento e as referidas composições químicas também serão selecionadas para diferir uma a partir da outra em suas interfaces. Diferenças nas composições químicas de material de revestimento 220 e de material de núcleo 218 podem ser selecionadas para proporcionar diferentes coeficientes de dissolução e a dissolução selecionável e controlável de compactos em pó 400 que incorporam os mesmos os tornando dissolvíveis de modo selecionável e controlável. Isso inclui coeficientes de dissolução que diferem em resposta a uma condição mudada no furo do poço, incluindo uma mudança indireta ou direta em um fluido de furo do poço. Em uma modalidade exemplificativa, um compacto em pó 400 formado a partir de pó 210 tendo composições químicas de material de núcleo 218 e material de revestimento 220 que constituem o compacto 400 é dissolvível de modo selecionável em um fluido de furo do poço em resposta a uma mudança de condição do furo do poço que inclui uma mudança em temperatura, mudança em pressão, mudança em coeficiente de fluxo, mudança em pH ou mudança na composição química do fluido de furo do poço, ou uma combinação dos mesmos. A resposta de dissolução selecionável a uma mudança de condição pode resultar a partir de reações químicas atuais ou processos que promovem diferentes coeficientes de dissolução, mas também englobam mudanças na resposta de dissolução que estão associadas com as reações ou processos físicos, tais como mudanças na pressão de fluido de furo do poço ou no coeficiente de fluxo.

[00038] Como ilustrado nas figuras 3 e 5, o núcleo de partícula 214 e o material de núcleo 218 e a camada de revestimento metálica 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 para proporcionar um compacto em pó 400 que é leve (isto é, tendo uma densidade relativamente baixa), alta resistência e é removível de modo selecionado e controlável a partir de um furo do poço em resposta a uma mudança em uma propriedade do furo do poço, incluindo ser dissolvível de modo selecionável e controlável em um fluido apropriado de furo do poço, incluindo vários fluidos de furo do poço como descrito aqui. Compacto de pó 400 inclui uma nanomatriz celular substancialmente contínua 416 de um material de nanomatriz 420 tendo uma pluralidade de partículas dispersas 414 dispersas através da nanomatriz celular 416. A nanomatriz celular substancialmente contínua 416 e o material de nanomatriz 420 formados de camadas de revestimento metálico sinterizado 216 são formados pela compactação e sinterização da pluralidade de camadas de revestimento metálico 216 de a pluralidade de partículas de pó 212. A composição química do material de nanomatriz 420 pode ser diferente do que aquela do material de revestimento 220 em virtude dos efeitos de difusão associados com a sinterização como descrito aqui. O compacto de metal em pó 400 também inclui uma pluralidade de partículas dispersas 414 que compreendem o material de núcleo de partícula 418. Dispersos o núcleo de partículas 414 e o material de núcleo 418 correspondem a e são formados a partir de uma pluralidade de núcleos de partículas 214 e de material de núcleo 218 da pluralidade de partículas de pó 212 na medida em que as camadas de revestimento metálico 216 são sinterizadas juntas para formar a nanomatriz 416. A composição química de material de núcleo 418 pode ser diferente do que aquela do material de núcleo 218 em virtude dos efeitos de difusão associados com a sinterização como descrito aqui.

[00039] Como usado aqui, o termo nanomatriz celular substancialmente contínua 416 não tem conotação de constituinte principal do compacto em pó, mas em vez disso se refere à minoria do constituinte ou dos constituintes, se em peso ou por volume. Isso é distinguido a partir da maioria dos materiais compósitos matrizes onde a matriz compreende a maior parte do constituinte em peso ou volume. O uso do termo nanomatriz celular substancialmente contínua, pretende descrever a natureza extensiva, regular, contínua e interconnectada da distribuição do material de nanomatriz 420 dentro de compacto de pó 400. Como usado aqui, "substancialmente contínua" descreve a extensão do material de nanomatriz através de compacto de pó 400 de modo que se estende entre e envelopa substancialmente todas as partículas dispersas 414. Substancialmente contínuo é usado para indicar que a completa continuidade e a ordem regular da nanomatriz em torno de cada partícula dispersa 414 não é necessário. Por exemplo, os defeitos na camada de revestimento 216 sobre o núcleo de partícula 214 em algumas partículas de pó 212 pode causar a ligação do núcleo de partículas 214 durante a sinterização do compacto em pó 400, desse modo causando descontinuidades localizadas para resultar dentro da nanomatriz celular 416, embora em outas porções do compacto em pó a nanomatriz é substancialmente contínua e exibe a estrutura descrita aqui. Como usado aqui, "celular" é usado para indicar que a nanomatriz define uma rede de compartimentos em geral repetidos, interconectados, ou células de material de nanomatriz 420 que englobam e também interconectam as partículas dispersas 414. Como usado aqui, "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 em camadas de revestimento de espessura em nanoescala. Uma vez que a nanomatriz em muitos locais, diferente da interseção de mais do que duas partículas dispersas 414, em geral compreende a interdifusão e ligação de duas camadas de revestimento 216 a partir das partículas de pó adjacentes 212 tendo espessura de nanoescala, a matriz formada também tem uma espessura de nanoescala (por exemplo, aproximadamente duas vezes a espessura da camada de revestimento como descrito aqui) e é assim descrita como uma nanomatriz. Adicionalmente, o uso do termo partículas dispersas 414 não tem conotação de menor constituinte de compacto de pó 400, mas em vez disso se refere ao constituinte ou constituintes maiores, se em peso ou por volume. O uso do termo partícula dispersa é pretendido transportar a distribuição de material de núcleo de partícula descontínua e distinta 418 dentro de compacto de pó 400.

[00040] O compacto de pó 400 pode ter qualquer formato ou tamanho desejado, incluindo que uma bilha ou barra cilíndrica que pode ser usinada ou de outro modo usado para formar artigos de fabricação úteis, incluindo várias ferramentas de furo do poço e componentes. A sinterização e os processos de pressionar usados para formar compacto de pó 400 e deformar as partículas de pó 212, incluindo núcleo de partículas 214 e camadas de revestimento 216, para proporcionar o completo formato e tamanho de ampla densidade e formato macroscópico desejado e do compacto de pó 400 assim como a sua microestrutura. A microestrutura de compacto de pó 400 inclui uma configuração equiaxial de partículas dispersas 414 que são dispersas através de e embutidas dentro da nanomatriz celular substancialmente contínua 416 das camadas de revestimento sinterizadas. As microestruturas são relativamente análogas a uma microestrutura de grão equiaxial com uma fase contínua de limite de grão, exceto em que não requer o uso de que os constituintes de liga tenham propriedades de equilíbrio de fase termodinâmica que são capazes de produzir a referida estrutura. Em vez disso, a referida estrutura de partícula dispersa equiaxial e a nanomatriz celular 416 de camadas de revestimento metálico sinterizado 216 podem ser produzidas usando constituintes onde as condições de equilíbrio da fase termodinâmica não produzem uma estrutura equiaxial. A morfologia equiaxial das partículas dispersas 414 e rede celular 416 de camadas de partículas resulta a partir da sinterização e da deformação das partículas de pó 212 na medida em que as mesmas são compactadas e se interdifundem e se deformam para preencher os espaços entre partículas 215 (figura 3). As temperaturas de sinterização e as pressões podem ser selecionadas para garantir que a densidade de compacto de pó 400 alcance a densidade teórica substancialmente completa.

[00041] Em uma modalidade exemplificativa como ilustrado nas figuras 3 e 5, partículas dispersas 414 são formadax a partir de núcleo de partículas 214 dispersas na nanomatriz celular 416 das camadas de revestimento metálico sinterizado 216, e a nanomatriz 416 inclui uma ligação metalúrgica de estado sólido 417 ou camada de ligação 419, como ilustrado de modo esquemático na figura 6, se estendendo entre as partículas dispersas 414 através da nanomatriz celular 416 que é formada na temperatura de sinterização (Ts), onde Ts é menos do que Tc e TP. Como 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 de sinterização usados para formar compacto de pó 400, como descrito aqui. Como tal, as camadas de revestimento sinterizadas 216 de nanomatriz celular 416 incluem a 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, as quais por sua vez serão definidas pela natureza das camadas de revestimento 216, incluindo se as mesmas forem camadas simples ou múltiplas das camadas de revestimento, se as mesmas foram selecionadas para promover ou limitar a referida interdifusão, e outros fatores, como descrito aqui, assim como as condições de sinterização e de compactação, incluindo o tempo de sinterização, temperatura e pressão usados para formar o compacto de pó 400.

[00042] Na medida em que a nanomatriz 416 é formada, incluindo a ligação 417 e a camada de ligação 419, a composição química ou a distribuição de fase, ou ambas, das camadas de revestimento metálico 216 pode mudar. A nanomatriz 416 também tem uma temperatura de fusão (TM). Como usado aqui, TM inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquefação ou outras formas de fusão parcial ocorrerão 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 compósito, incluindo um compósito que compreende uma pluralidade de camadas de vários materiais de revestimento tendo diferentes temperaturas de fusão, ou uma combinação dos mesmos, ou outro. As partículas dispersas 414 e os materiais de núcleo de partícula 418 são formados em conjunto com a nanomatriz 416, a difusão dos constituintes de camadas de revestimento metálico 216 no núcleo de partículas 214 é também possível, que pode resultar em mudanças na composição química ou distribuição de fase, ou ambas, do núcleo de partículas 214. Como um resultado, as partículas dispersas 414 e os materiais de núcleo de partícula 418 podem ter uma temperatura de fusão (TDP) que é diferente do que Tp. Como usado aqui, TDP inclui a temperatura mais baixa na qual a fusão incipiente ou liquefação ou outras formas de fusão parcial irão ocorrer dentro de partículas dispersas 214, independente de se o material de núcleo de partícula 218 compreende um metal puro, uma liga com múltiplas fases cada uma tendo diferentes temperaturas de fusão ou um compósito, ou outro. Compacto de pó 400 é formado a uma temperatura de sinterização (Ts), onde Ts é menos do que TC,TP, TMe TDP.

[00043] Partículas dispersas 414 podem compreender qualquer um dos materiais descritos aqui para o núcleo de partículas 214, embora a composição química de partículas dispersas 414 possa ser diferente em virtude dos efeitos de difusão como descrito aqui. Em uma modalidade exemplificativa, as partículas dispersas 414 são formadas a partir de núcleo de partículas 214 que compreendem materiais tendo um potencial de oxidação padrão maior do que ou igual a Zn, incluindo Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação dos mesmos, pode incluir várias ligas binárias, terciárias e quaternárias ou outras combinações dos referidos constituintes como descrito aqui em conjunto com núcleo de partículas 214. Dos materiais, aqueles tendo partículas dispersas 414 que compreendem Mg e uma nanomatriz 416 formada a partir dos materiais de revestimento metálico 216 descritos aqui são particularmente úteis. As partículas dispersas 414 e o material de núcleo de partícula 418 de Mg, Al, Zn ou Mn, ou a combinação dos mesmos, pode também incluir um elemento de terra rara, ou uma combinação de elementos de terras raras como descrito aqui em conjunto com o núcleo de partículas 214.

[00044] Em outra modalidade exemplificativa, as partículas dispersas 414 são formadas a partir de núcleo de partículas 214 que compreendem metais que são menos eletroquimicamente ativos do que Zn ou materiais não metálicos. Os materiais não metálicos adequados incluem cerâmicas, vidros (por exemplo, microesferas de vidro ocas) ou carbono, ou uma combinação dos mesmos, como descrito aqui.

[00045] Partículas dispersas 414 de compacto de pó 400 podem ter qualquer tamanho de partícula adequado, incluindo as partículas de tamanho médio descritas aqui para o núcleo de partículas 214.

[00046] Partículas dispersas 414 podem ter qualquer formato adequado dependendo do formato selecionado para o núcleo de partículas 214 e partículas de pó 212, assim como o método usado para sinterizar e compactar o pó 210. Em uma modalidade exemplificativa, as partículas de pó 212 podem ser esféricas ou substancialmente esféricas e as partículas dispersas 414 podem incluir uma configuração de partícula equiaxial como descrito aqui.

[00047] A natureza da dispersão de partículas dispersas 414 pode ser afetada pela seleção do pó 210 ou pós 210 usados para fazer o compacto de partícula 400. Em uma modalidade exemplificativa, um pó 210 tendo uma distribuição unimodal de partícula de pó 212 tamanhos podem ser selecionados para formar o compacto de pó 2200 e irá produzir uma dispersão unimodal substancialmente homogênea de tamanhos de partícula das partículas dispersas 414 dentro de nanomatriz celular 416, como ilustrado em geral na figura 5. Em outra modalidade exemplificativa, uma pluralidade de pós 210 tendo uma pluralidade de partículas de pó com núcleo de partículas 214 que têm os mesmos materiais de núcleo 218 e diferentes tamanhos de núcleos e o mesmo material de revestimento 220 pode ser selecionada e uniformemente misturado como descrito aqui para proporcionar um pó 210 tendo uma distribuição multimodal homogênea de tamanhos de partícula de pó 212, e pode ser usado para formar compacto de pó 400 tendo uma, dispersão multimodal homogêneas de tamanhos de partícula das partículas dispersas 414 dentro de nanomatriz celular 416. De modo similar, em ainda outra modalidade exemplificativa, uma pluralidade de pós 210 tendo uma pluralidade de núcleo de partículas 214 que pode ter os mesmos materiais de núcleo 218 e diferentes tamanhos de núcleos e o mesmo material de revestimento 220 pode ser selecionada e distribuída em um modo não uniforme para proporcionar uma distribuição multimodal não homogênea de tamanhos de partícula de pó, e pode ser usado para formar compacto de pó 400 tendo uma, dispersão multimodal não homogênea de tamanhos de partícula das partículas dispersas 414 dentro de 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 entre as partículas das partículas dispersas 414 dentro da nanomatriz celular 416 de compactos em pó 400 produzidos a partir de pó 210.

[00048] A nanomatriz 416 é uma rede celular substancialmente contínua de camadas de revestimento metálico 216 que são sinterizadas uma à outra. A espessura de nanomatriz 416 dependerá da natureza do pó 210 ou pós 210 usados para formar o compacto de pó 400, assim como a incorporação de qualquer segundo pó 230, particularmente as espessuras das camadas de revestimento associados com as referidas partículas. Em uma modalidade exemplificativa, a espessura de nanomatriz 416 é substancialmente uniforme através da microestrutura de compacto de pó 400 e compreende cerca de duas vezes a espessura das camadas de revestimento 216 das partículas de pó 212. Em outra modalidade exemplificativa, a rede celular 416 tem uma espessura média substancialmente uniforme entre as partículas dispersas 414 de cerca de 50 nm a cerca de 5000 nm.

[00049] A nanomatriz 416 é formada por sinterização das camadas de revestimento metálico 216 das partículas adjacentes uma à outra por interdifusão e criação da camada de ligação 419 como descritos aqui. As camadas de revestimento metálico 216 pode ser uma estrutura de única camada ou múltiplas camadas, e as mesmas podem ser selecionadas para promover ou inibir a difusão, ou ambos, dentro da camada ou entre as camadas da camada de revestimento metálica 216, ou entre a camada de revestimento metálica 216 e o núcleo de partícula 214, ou entre a camada de revestimento metálica 216 e a camada de revestimento metálica 216 de uma partícula de pó adjacente, a extensão da interdifusão de camadas de revestimento metálico 216 durante a sinterização pode ser limitada ou extensiva dependente das espessuras de revestimento, do material de revestimento ou dos materiais selecionados, as condições de sinterização e outros fatores. Considerando a complexidade da interdifusão e a interação dos constituintes, a descrição da composição química resultante de nanomatriz 416 e do material de nanomatriz 420 pode ser simplesmente entendida para ser a combinação dos constituintes das camadas de revestimento 216 que podem também incluir um ou mais constituintes de partículas dispersas 414, dependente da extensão da interdifusão, se qualquer, que ocorre entre as partículas dispersas 414 e a nanomatriz 416. De modo similar, a composição química de partículas dispersas 414 e material de núcleo de partícula 418 pode ser simplesmente entendida para ser uma combinação de constituintes de núcleo de partícula 214 que podem também incluir um ou mais constituintes de nanomatriz 416 e de material de nanomatriz 420, dependente da extensão de interdifusão, se qualquer, eu ocorre entre as partículas dispersas 414 e a nanomatriz 416.

[00050] Em uma modalidade exemplificativa, o material de nanomatriz 420 tem uma composição química e o material de núcleo de partícula 418 tem uma composição química que é diferente a partir daquela do material de nanomatriz 420, e as diferenças nas composições químicas podem ser configuradas para proporcionar um coeficiente de dissolução selecionável e controlável, incluindo uma transição selecionável a partir de um coeficiente de dissolução muito lento para um coeficiente de dissolução muito rápido, em resposta a uma mudança controlada em uma propriedade ou condição do furo do poço próxima ao compacto 400, incluindo a propriedade mudança em um fluido de furo do poço que está em contato com o compacto em pó 400, como descrito aqui. A nanomatriz 416 pode ser formada a partir de partículas de pó 212 tendo uma única camada e múltiplas camadas de revestimento 216. Essa flexibilidade de configuração proporciona um grande número de combinações de material, particularmente no caso de múltiplas camadas de revestimento 216, que podem ser utilizados para produzir a nanomatriz celular 416 e a composição de material de nanomatriz 420 ao controlar a interação dos constituintes da camada de revestimento, ambos dentro de uma determinada camada, assim como entre a camada de revestimento 216 e o núcleo de partícula 214 com o qual a mesma está associada ou a camada de revestimento 216 de uma partícula de pó adjacente 212. Diversas modalidades exemplificativas que demonstram a referida flexibilidade são proporcionadas abaixo.

[00051] Como ilustrado na figura 6, em uma modalidade exemplificativa, o compacto de pó 400 é formado a partir de partículas de pó 212 onde a camada de revestimento 216 compreende uma única camada, e a nanomatriz resultante 416 entre as adjacentes da pluralidade de partículas dispersas 414 compreende a única camada de revestimento metálica 216 de uma partícula de pó 212, a camada

[00052] Como ilustrado na figura 7, em outra modalidade exemplificativa, o compacto de pó 400 é formado a partir 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 resultante 416 entre as adjacentes da pluralidade de partículas dispersas 414 compreende uma pluralidade de camadas (t) que compreendem a camada de revestimento 216 de uma partícula 212, a camada de ligação 419, e a pluralidade de camadas que compreendem a camada de revestimento 216 da outra das partículas de pó 212. Na figura 7, isso é ilustrado com uma camada dupla de camada de revestimento metálica 216, mas será entendido que a pluralidade de camadas da camada de revestimento metálica 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 englobar toda a espessura de nanomatriz 416 ou apenas uma porção das mesmas. Na referida modalidade, a pluralidade de camadas que compreendem cada camada de revestimento 216 pode ser usada para controlar a interdifusão e a formação da camada de ligação 419 e a espessura (t).

[00053] Compactos em pó sinterizados e forjados 400 que incluem partículas dispersas 414 que compreendem Mg e a nanomatriz 416 que compreendem vários materiais de nanomatriz como descrito aqui demonstraram uma excelente combinação de resistência mecânica e baixa densidade que exemplifica os materiais leves, de alta resistência descritos aqui. Exemplos de compactos em pó 400 que têm puras partículas dispersas de MG 414 e várias nano matrizes 416 formadas a partir de pós 210 tendo núcleo de partículas puras de Mg 214 e várias camadas únicas e camadas múltiplas de revestimento metálico 216 que incluem Al, Ni, W ou AI2O3, ou uma combinação dos mesmos. Os referidos compactos de pós 400 foram submetidos a vários testes mecânicos e outros testes, incluindo teste de densidade, e seus comportamentos de propriedade de degradação e propriedade de dissolução e mecânica foram também caracterizados como descrito aqui. Os resultados indicam que os referidos materiais podem ser configurados para proporcionar uma ampla faixa de comportamento de corrosão ou dissolução selecionável e controlável a partir de coeficientes de corrosão muito baixos a coeficientes de corrosão extremamente altos, particularmente coeficientes de corrosão que são não só mais baixos mas também maiores do que os dos compactos em pó que não incorporam a nanomatriz celular, tais como um compacto formado a partir de pó puro de Mg através dos mesmos processos de compactação e de sinterização em comparação aos que incluem puras partículas de MG dispersas nas várias nanomatrizes celulares descritas aqui. Os referidos compactos em pó 200 podem também ser configurados para proporcionar substancialmente propriedades aprimoradas em comparação aos compactos em pó formados a partir de puras partículas de MG que não incluem os revestimentos em nanoescala descritos aqui. Compactos em pó 400 que incluem partículas dispersas 414 que compreendem Mg e a nanomatriz 416 que compreendem os vários materiais de nanomatriz 420 descritos aqui demonstraram resistências compressivas a temperatura ambiente de pelo menos cerca de 37 ksi, e adicionalmente demonstraram resistências compressivas a temperatura ambiente em excesso de cerca de 50 ksi, ambas secas e imersas em uma solução de 3% KC1 a 93,33°C (200°F). De modo diferente, os compactos em pó formados a partir de pós de puro Mg têm uma resistência compressiva de cerca de 20 ksi ou menos. Resistência da nanomatriz do compacto de metal em pó 400 pode ser adicionalmente aprimorada por otimizar o pó 210, particularmente o percentual em peso das camadas de revestimento metálico em nanoescala 16 que são usadas para formar a nanomatriz celular 416. a Resistência da nanomatriz do compacto de metal em pó 400 pode ser adicionalmente aprimorada por otimizar o pó 210, particularmente o percentual em peso das camadas de revestimento metálico em nanoescala 216 que são usadas para formar a nanomatriz celular 416. Por exemplo, variar o percentual em peso (% em peso), isto é, a espessura, de um revestimento de alumina dentro da nanomatriz celular 416 formada a partir das partículas revestidas de pó 212 que incluem a camada de revestimento metálica de múltiplas camadas (AI/AI2O3/AI) 216 no núcleo de partículas de puro Mg 214 proporciona um aumento de 21% em comparação àquele de 0 % em peso de alumina.

[00054] Os compactos em pó 400 que compreendem partículas dispersas 414 que incluem Mg e a nanomatriz 416 que inclui vários materiais de nanomatriz como descritos aqui também demonstraram uma resistência a cisalhamento a temperatura ambiente de pelo menos cerca de 20 ksi. Isso é de modo diferente com os compactos em pó formados a partir de pós de puro Mg que têm resistências a cisalhamento a temperatura ambiente de cerca de 8 ksi.

[00055] Os compactos em pó 400 dos tipos descritos aqui são capazes de alcançar uma densidade atual que é substancialmente igual a densidade teórica predeterminada de um material compacto com base na composição de pó 210, incluindo as quantidades relativas dos constituintes de núcleo de partículas 214 e a camada de revestimento metálica 216, e são também descritas aqui como sendo compactos em pó amplamente densos. Compactos em pó 400 que compreendem partículas dispersas que incluem Mg e a nanomatriz 416 que inclui vários materiais de nanomatriz como descrito aqui demonstraram densidades atuais 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% a partir das densidades teóricas predeterminadas.

[00056] Compactos em pó 400 como descritos aqui podem ser configurados para serem dissolvíveis de modo seletivo e controlável em um fluido de furo do poço em resposta a uma mudança de condição em um furo do poço. Exemplos da mudança de condição que podem ser explorados para proporcionar capacidade de dissolução selecionável e controlável incluem uma mudança em temperatura, mudança em pressão, mudança em coeficiente de fluxo, mudança em pH ou mudança em composição química do fluido de furo do poço, ou uma combinação dos mesmos. Um exemplo de mudança de condição que compreende uma mudança em temperatura inclui uma mudança na temperatura do fluido do furo do poço. Por exemplo, compactos em pó 400 que compreendem partículas dispersas 414 que incluem Mg e nanomatriz celular 416 que inclui os vários materiais de nanomatriz como descrito aqui têm coeficientes de corrosão relativamente baixos em uma solução de 3% de KCl a temperatura ambiente que varia a partir de cerca de 0 a cerca de 11 mg/cm2/hr em comparação a coeficientes de corrosão relativamente altos a 93,33°C (200°F) que varia a partir de cerca de 1 a cerca de 246 mg/cm2/hr dependente das diferentes camadas de revestimento em nanoescala 216. Um exemplo da mudança de condição que compreende uma mudança em composição química inclui uma mudança em uma concentração de íon cloreto ou um valor de pH, ou ambos, do fluido de furo do poço. Por exemplo, compactos em pó 400 que compreendem partículas dispersas 414 que incluem Mg e nanomatriz 416 que inclui vários revestimentos em nanoescala descritos aqui demonstram coeficientes de corrosão em 15% de HCl que variam a partir de cerca de 4750 mg/cm2/hr a cerca de 7432 mg/cm2/hr. Assim, a capacidade de dissolução selecionável e controlável em resposta à mudança de condição no furo do poço, ou seja a mudança na composição química do fluido do furo do poço a partir de KCl para HCl, pode ser usada para alcançar uma resposta característica como ilustrado graficamente na figura 8, que ilustra que em um tempo de trabalho crítico selecionado predeterminado (CST) a mudança de condição pode ser imposta sobre o compacto de pó 400 na medida em que é aplicada em uma determinada aplicação, tal como um ambiente de furo do poço, que ocasiona uma mudança controlável em uma propriedade de compacto de pó 400 em resposta à mudança de condição no ambiente no qual o mesmo é aplicado. Por exemplo, uma predeterminada mudança de CST um fluido de furo do poço que está em contato com pó contato 400 a partir de um primeiro fluido (por exemplo, KCl) que proporciona um primeiro coeficiente de corrosão e uma perda de peso associada ou resistência como uma função do tempo a um segundo fluido de furo do poço (por exemplo, HCl) que proporciona um segundo coeficiente de corrosão e perda de peso associada e resistência como uma função de tempo, em que o coeficiente de corrosão associado ao primeiro fluido é muito menor do que o coeficiente de corrosão associado ao segundo fluido. Essa resposta característica a uma mudança nas condições do fluido de furo do poço pode ser usada, por exemplo, para associar o tempo de serviço fundamental com a dimensão do limite de perda ou a mínima resistência necessária para uma aplicação particular, de modo que quando uma ferramenta ou componente do furo do poço formado a partir de compacto de pó 400 como descrito aqui não é mais necessária no serviço no furo do poço (por exemplo, o CST) a condição no furo do poço (por exemplo, a concentração de íon cloreto do fluido de furo do poço) pode ser mudada para causar a rápida dissolução do compacto de pó 400 e a sua remoção a partir do furo do poço. No exemplo descrito acima, o compacto de pó 400 é dissolvível de modo selecionável a um coeficiente que varia a partir de cerca de 0 a cerca de 7000 mg/cm2/hr. Essa faixa de resposta proporciona, por exemplo, a capacidade para remover a esfera de diâmetro de 7,62 cm (3 polegadas) formada a partir do referido material a partir de um furo do poço por alterar o fluido de furo do poço em menos do que uma hora. O comportamento de capacidade de dissolução selecionável e controlável descrito acima, associado com as excelentes propriedades de resistência e de baixa densidade descritas aqui, define um novo material de partícula disperso trabalhado por engenharia de nanomatriz que é configurada para contato com um fluido e configurada para proporcionar uma transição selecionável e controlável a partir de uma primeira condição de resistência a uma segunda condição de resistência que é menor do que um limiar de resistência funcional, ou uma primeira quantidade de perda de peso a uma segunda quantidade de perda de peso que é maior do que o limite de perda de peso, como uma função de tempo em contato com o fluido. O compósito de partículas dispersas - nanomatriz é característico do compacto em pós 400 descritos aqui e inclui uma nanomatriz celular 416 de material de nanomatriz 420, uma pluralidade de partículas dispersas 414 incluindo material de núcleo de partícula 418 que é disperso dentro da matriz. A nanomatriz 416 é caracterizada por uma camada de ligação de estado sólido 419, que se estende através da nanomatriz. O tempo em contato com o fluido descrito acima pode incluir o CST como descrito acima. O CST pode incluir um predeterminado tempo que é desejado ou necessário para se dissolver uma predeterminada porção do compacto em pó 400 que está em contato com o fluido. O CST pode também incluir um tempo correspondendo a uma mudança na propriedade do material trabalhado por engenharia ou o fluido, ou uma combinação dos mesmos. No caso de uma mudança de propriedade do material trabalhado por engenharia, a mudança pode incluir uma mudança de temperatura do material trabalhado por engenharia. No caso onde há uma mudança na propriedade do fluido, a mudança pode incluir a mudança na temperatura do fluido, pressão, coeficiente de fluxo, composição química ou pH ou uma combinação dos mesmos. Não só o material trabalhado por engenharia mas também a mudança na propriedade do material trabalhado por engenharia ou o fluido, ou a combinação dos mesmos, pode ser confeccionada para proporcionar a característica de resposta do CST, incluindo o coeficiente de mudança da propriedade particular (por exemplo, perda de peso, perda de resistência) não só antes do CST (por exemplo, estágio 1) mas também após o CST (por exemplo, estágio 2), como ilustrado na figura 8.

[00057] Sem ser limitado pela teoria, compactos em pó 400 são formados a partir de partículas de pó revestidas 212 que incluem um núcleo de partícula 214 e material de núcleo associado 218 assim como a camada de revestimento metálica 216 e um material de revestimento metálico associado 220 para formar uma nanomatriz celular substancialmente contínua, tridimensional 216 que inclui um material de nanomatriz 420 formada por sinterização e a difusão associada ligando as respectivas camadas de revestimento 216 que inclui uma pluralidade de partículas dispersas 414 dos materiais de núcleo de partícula 418. A referida estrutura única pode incluir combinações metaestáveis de materiais que seriam difíceis ou impossíveis para se formar por solidificação a partir de uma fusão tendo as mesmas quantidades relativas dos materiais constituintes. As camadas de revestimento e os materiais associados de revestimento podem ser selecionados para proporcionar dissolução selecionável e controlável em um predeterminado ambiente fluido, tal como um ambiente de furo do poço, onde o predeterminado fluido pode ser um fluido de furo do poço comumente usado que é ou injetado no furo do poço ou extraído a partir do furo do poço. Como será adicionalmente entendido a partir da descrição aqui, a dissolução controlada da nanomatriz expõe as partículas dispersas dos materiais de núcleo. Os materiais de núcleo de partícula podem também ser selecionados para também proporciona dissolução selecionável e controlável no fluido de furo do poço. Alternativamente, os mesmos podem também ser selecionados para proporcionar uma propriedade mecânica particular, tais como resistência compressiva ou resistência de cisalhamento, para o compacto em pó 400, sem necessariamente proporcionar dissolução selecionável e controlável dos materiais de núcleo em si, uma vez que a dissolução selecionável e controlável do material de nanomatriz circundando as referidas partículas irá necessariamente liberar as mesmas de modo que elas são retiradas pelo fluido de furo do poço. A morfologia microestrutural da nanomatriz celular substancialmente contínua 416, que pode ser selecionada para proporcionar um material de fase de fortalecimento, com partículas dispersas 414, que pode ser selecionado para proporcionar partículas equiaxiais dispersas 414, proporciona os referidos compactos em pó com maiores propriedades mecânicas, incluindo resistência compressiva e resistência de cisalhamento, uma vez que a morfologia resultante da nanomatriz/partículas dispersas pode ser manipulada para proporcionar o fortalecimento através dos processos que estão relacionados aos mecanismos tradicionais de fortalecimento, tais como a redução do tamanho do grão, endurecimento da solução através do uso de átomos de impureza, endurecimento de precipitação ou por idade e mecanismos de resistência / trabalho de endurecimento. A estrutura de nanomatriz / partícula dispersa tende a limitar o movimento de deslocamento em virtude das numerosas interfaces de partícula de nanomatriz, assim como as interfaces entre as camadas distintas dentro do material de nanomatriz como descrito aqui. Isso é exemplificado pelo comportamento de fratura dos referidos materiais. Um compacto em pó 400 produzido usando pó de Mg puro não revestido e submetido a uma tensão de cisalhamento suficiente para induzir falha demonstrou fratura intergranular. De modo diferente, um compacto em pó 400 produzido usando partículas de pó 212 tendo núcleo de partículas de pó de MG puro 214 para formar partículas dispersas 414 e camadas de revestimento metálico 216 que inclui Al para formar nanomatriz 416 e submetida a tensão de cisalhamento suficiente para induzir falha demonstrou fratura transgranular e uma tensão de fratura substancialmente maior como descrito aqui. Pelo fato dos referidos materiais terem características de alta resistência, o material de núcleo e material de revestimento podem ser selecionados para utilizar materiais de baixa densidade ou outros materiais de baixa densidade, tais como metais, cerâmicas, vidros ou carbono de baixa densidade, que de outro modo não proporcionam as necessárias caraterísticas de resistência para uso nas aplicações desejadas, incluindo ferramentas e componentes de furo do poço.

[00058] Embora a pressente invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade ou modalidades exemplificativas, será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser produzidas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se desviar do âmbito da invenção. Ademais, muitas modificações podem ser produzidas para adaptar uma situação particular ou material aos ensinamentos da presente invenção sem se desviar a partir do âmbito essencial dos mesmos. Portanto, é pretendido que a presente invenção não seja limitada à modalidade particular descrita como o melhor modo contemplado para realizar a presente invenção, mas que a presente invenção irá incluir todas as modalidades que se insiram dentro do âmbito das reivindicações. Também, nos desenhos e na descrição, foi descrito modalidades exemplificativas da presente invenção e, embora termos específicos possam ter sido empregados, os mesmos são, a não ser que determinado o contrário, usados em um sentido genérico e descritivo apenas e não com o objetivo de limitação, o âmbito da presente invenção, portanto não sendo assim limitado. Ademais, o uso dos termos primeiro, segundo, etc. não denotam qualquer ordem ou importância, mas em vez disso os termos primeiro, segundo, etc. são usados para distinguir um elemento a partir do outro. Adicionalmente, o uso dos termos o, a, os, as, um, uma, etc., não denotam uma limitação de quantidade, mas em vez disso denotam a presença de pelo menos um dos itens referenciados.

Claims

1. Método de desobstruir um assento (14), caracterizado por compreender: dissolver pelo menos uma superfície definida por um invólucro (120) que circunda um núcleo (116) de um elemento de obturação (10,110) assentado contra o assento (14); desassentar o elemento de obturação (10,110) do assento (14); dimensionar o núcleo para ajustar através do assento (14) sem dissolver o núcleo; e passar o núcleo através do assento (14).

2. Método de desobstruir um assento (14), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dissolver inclui corroer.

3. Método de desobstruir um assento (14), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de obturação (10,110) é uma esfera.

4. Método de desobstruir um assento (14), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que desassentar inclui remover a vedação.

5. Método de desobstruir um assento (14), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que desassentar inclui desalojar.

6. Elemento de obturação (10,110) caracterizado por compreender um corpo (112) tendo uma superfície externa (126) definida por um invólucro (120) que circunda um núcleo configurado para encaixar de forma assentada um assento (14), em que o invólucro é configurado para dissolver mediante a exposição a um ambiente alvo (30), o núcleo (116) é dimensionado para permitir a passagem do núcleo (116) através do assento (14) mediante a dissolução do invólucro (120) sem a dissolução do núcleo (116).

7. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dissolução do invólucro (126) desassenta o elemento de obturação (10,110) a partir do assento (14).

8. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dissolução ocorre em um coeficiente conhecido.

9. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dissolução ocorre em um coeficiente uniforme.

10. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento de obturação (10,110) é uma esfera.

11. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ambiente alvo (30) inclui fluido de furo do poço.

12. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ambiente alvo (30) inclui temperaturas elevadas.

13. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ambiente alvo (30) inclui pressões elevadas.

14. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento de obturação (10,110) suporta as pressões de fratura antes da dissolução do invólucro.

15. Elemento de obturação (10,110) caracterizado por um corpo (112) tendo uma superfície externa (126) do corpo (112) configurada para dissolver sob exposição a um ambiente alvo (30) ao menos a superfície externa (126) do corpo (112) sendo feito de um metal compacto em pó (400), que compreende: uma nanomatriz celular (416) substancialmente contínua que compreende um material de nanomatriz (420); uma pluralidade de partículas dispersas (414) que compreendem um material de núcleo de partícula (418) que compreende Mg, Al, Zn ou Mn, ou uma combinação destes, dispersos na nanomatriz celular (416); e uma camada de ligação de estado sólido que se estende através da nanomatriz celular (416) entre as partículas dispersas (414).

16. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as partículas dispersas (414) compreendem Mg-Zn, Mg-Zn, Mg-Al, Mg-Mn, Mg-Zn- Y, Mg-Al-Si ou Mg-Al-Zn.

17. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as partículas dispersas (414) têm um tamanho médio de partícula de cerca de 5 μm a cerca de 300 μm.

18. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as partículas dispersas (414) têm um formato de partícula equiaxial.

19. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material de nanomatriz (420) compreende Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re ou Ni, ou um óxido, carbeto ou nitreto destes, ou uma combinação de qualquer um dos materiais acima mencionados, e em que o material de nanomatriz (420) tem uma composição química e o material de núcleo de partícula (418) tem uma composição química que é diferente da composição química do material de nanomatriz (420).

20. Elemento de obturação (10,110), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a nanomatriz celular (416) tem uma espessura média de cerca de 50 nm a cerca de 5000 nm.