DE102005059934A1

DE102005059934A1 - Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen

Info

Publication number: DE102005059934A1
Application number: DE102005059934A
Authority: DE
Inventors: Malte Dr. Veehmayer; Liam Mcnelis; Uwe Dr. Gessel
Original assignee: DynaEnergetics GmbH and Co KG
Current assignee: DynaEnergetics GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Einlagen für Hohlladungen aus kaltverpressten Pulvermetallmischungen, die beispielsweise im Bereich der öl- und gasfördernden Industrie zum Zweck von Tiefbohrlochsprengungen Verwendung finden.

Description

Für Hohlladungen, die im Bereich der öl- und gasfördernden Industrie zum Zweck von Tiefbohrlochsprengungen Verwendung finden, ist der Einsatz von Einlagen aus kaltverpressten Pulvermetallmischungen Stand der Technik. Unter Pulvermetallmischungen sind dabei Mischungen von Metallen und/oder Mischungen von Legierungen von Metallen in Pulverform zu verstehen. Beim Kaltverpressen werden die Pulvermetallmischungen durch Komprimieren unter ausreichend hohem Druck ohne zusätzliche Wärmezufuhr in die Endform verpresst, wie in DE 196 25 897 B4 offenbart. Die Mischungsbestandteile der Pulvermetallmischung werden dazu vorher entsprechend ihren Anteilen gemischt. Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen erzeugen beim Beschuss einen Staubstrahl, dessen endballistische Eigenschaften sich von denen eines sich plastisch verformenden Jets, wie er beim Verschuss von Vollmaterialeinlagen entsteht, grundsätzlich unterscheiden. Insbesondere lassen sich mit Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen auch bei geringen Stand-Off-Distanzen, das heißt, geringen Distanzen zwischen Ladung und Ziel, große Eindringtiefen erzeugen.

Die Pulvermetallmischungen die zur Herstellung der Einlagen verwendet werden, lassen sich in weiten Bereichen variieren. Eine Mischung kann beispielsweise 10 bis 30 Gew.-% eines weichen Metalls enthalten, das als Bindemittel dient, während der restliche Anteil der Mischung aus härteren Metallen bestehen kann. Als Bindemittel wird bei den meisten handelsüblichen Einlagen Blei verwendet. Denkbar sind auch andere Metalle wie beispielsweise Wismut, Silber, Gold, Zinn, Uran, Antimon, Zink, Kobalt oder Nickel. Der Rest der Mischung besteht häufig aus Schwermetallen wie Kupfer, Bronze und/oder Wolfram in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.

Um größere Eindringtiefen zu erreichen, wird in der einschlägigen Literatur vorgeschlagen, die Dichte des Einlagenmaterials so hoch wie möglich zu wählen. Unter ökonomischen Aspekten bietet sich daher insbesondere Wolfram als Material für pulvermetallische Hohlladungseinlagen an, wie in US 5 656 791 A und DE 196 25 897 A1 vorgeschlagen. Dies führt zu Pulvermischungen aus Blei und Wolfram, deren maximale Dichte bei einem Verhältnis von 20 Gew.-% Blei zu 80 Gew.-% Wolfram erreicht wird. Bei höheren Wolframanteilen werden die Presslinge aus der Mischung instabil und lassen sich nicht mehr handhaben, geringere Wolframanteile führen zu einer Reduktion der Dichte.

Ein Problem bei Einlagen aus Mischungen aus Wolfram und Blei stellt die Bildung von „Slugs" dar. Darunter sind Reststücke des Jets zu verstehen, die die Durchschusskanäle nach dem Schuss verstopfen. In WO 2000012858 A2 und US 6 655 291 B2 wird daher vorgeschlagen, der Wolfram-Blei-Mischung Molybdän zuzusetzen, um die Slugbildung zu verringern.

Einen weiteren Nachteil reiner Wolfram-Blei-Mischungen stellt der geringe Lochdurchmesser der Einschusslöcher dar. In der Förderung von Fluiden aus porösen, geologischen Formationen ist der Lochdurchmesser des Einschusskanals aber entscheidend für den hydraulischen Widerstand bei der Förderung. Ein großer Lochdurchmesser bei gleichzeitig hoher Eindringtiefe wird daher als vorteilhaft erachtet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung von Einlagen für Hohlladungen, die einen großen Lochdurchmesser bei gleichzeitig hoher Eindringtiefe bewirken.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen. Dabei wurde gefunden, dass der Zusatz von Leichtmetallpulvern, beispielsweise Aluminium- und/oder Titanpulver, zu Wolfram-Blei-Mischungen oder Wolfram-Kupfer/Bronze-Blei-Mischungen zu einer deutlichen Steigerung des Lochdurchmessers führt, ohne große Verluste bei der Eindringtiefe zu verursachen.

Zusätzlich zu oder an Stelle von Wolfram können auch Tantal und/oder andere Schwermetalle und/oder deren Legierungen eingesetzt werden. Auch kann Wolfram bei Zusatz von Leichtmetallpulvern und höheren Anteilen von Blei in der Mischung ganz durch Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen ersetzt werden. Dabei sind Bronze und Kupfer in beliebigen Mischungsverhältnissen einsetzbar.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist im Einzelnen:
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 1 bis 46 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 16 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium und/oder Titan enthalten, sowie Blei und ein oder mehrere Stoffe ausgewählt aus: ein oder mehreren Schwermetallen und/oder deren Legierungen, bevorzugt Bronze, Kupfer, Wolfram, Tantal und/oder Molybdän, und/oder Graphit.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 14 bis 30 Gew.-% Blei, 70 bis 85 Gew.-% Wolfram und 1 bis 16, bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 14 bis 30 Gew.-% Blei, 70 bis 85 Gew.-% Wolfram und 1 bis 16, bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Titan enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 14 bis 30 Gew.-% Blei, 10 bis 50; bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% Wolfram, 30 bis 60, bevorzugt 50 bis 60 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 46, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 14 bis 30 Gew.-% Blei, 10 bis 50, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% Wolfram, 30 bis 60, bevorzugt 50 bis 60 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 46, bevorzugt 1 bis 16 , besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Titan enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 14 bis 50 Gew.-% Blei, 50 bis 80 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 36, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die 14 bis 50 Gew.-% Blei, 50 bis 80 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 36, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Titan enthalten.
Zur Vermeidung der Slugs kann diesen erfindungsgemäßen Pulvermetallmischungen zur Herstellung von Hohlladungseinlagen auch Molybdän zugesetzt werden.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die zusätzlich Graphit enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die zusätzlich zu oder an Stelle von Wolfram Tantal und/oder andere Schwermetalle und/oder deren Legierungen enthalten.
Verfahren zur Herstellung von Hohlladungseinlagen durch Kaltverpressung von Pulvermetallmischungen.
Verfahren zur Herstellung von Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen durch Mischen der Bestandteile in den entsprechenden Anteilen und anschließendes Komprimieren in die Endform unter ausreichend hohem Druck ohne zusätzliche Wärmezufuhr.
Erfindungsgemäße Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, hergestellt durch Kaltverpressung von Pulvermetallmischungen.
Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen bei Tiefbohrlochsprengungen.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, ohne sie dadurch einzuschränken:
Beispiel 1: Hohlladungseinlage 1

73,5 Gew.-% Bronze
19,5 Gew.-% Blei
7 Gew.-% Titan

Beispiel 2: Hohlladungseinlage 2

34,7 Gew.-% Bronze
19,8 Gew.-% Blei
38 Gew.-% Wolfram
7 Gew.-% Aluminium
0,5 Gew.-% Graphit

Claims

Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, dadurch gekennzeichnet, dass 1 bis 46 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 16 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium und/oder Titan enthalten, sowie Blei und ein oder mehrere Schwermetalle und/oder deren Legierungen, bevorzugt Bronze, Kupfer, Wolfram, Tantal und/oder Molybdän, sowie gegebenenfalls Graphit.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 14 bis 30 Gew.-% Blei, 70 bis 85 Gew.-% Wolfram und 1 bis 16, bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 14 bis 30 Gew.-% Blei, 70 bis 85 Gew.-% Wolfram und 1 bis 16, bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Titan enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 14 bis 30 Gew.-% Blei, 10 bis 50; bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% Wolfram, 30 bis 60, bevorzugt 50 bis 60 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 46, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 14 bis 30 Gew.-% Blei, 10 bis 50, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% Wolfram, 30 bis 60, bevorzugt 50 bis 60 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 46, bevorzugt 1 bis 16 , besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Titan enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 14 bis 50 Gew.-% Blei, 50 bis 80 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 36, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Aluminium enthalten.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie 14 bis 50 Gew.-% Blei, 50 bis 80 Gew.-% Bronze oder Kupfer oder ein Gemisch aus diesen und 1 bis 36, bevorzugt 1 bis 16, besonders bevorzugt 3 bis 11 Gew.-% Titan enthalten.
Verfahren zur Herstellung von Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 durch Kaltverpressen von Pulvermetallmischungen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile in den entsprechenden Anteilen gemischt und durch Komprimieren unter ausreichend hohem Druck ohne zusätzliche Wärmezufuhr in die Endform verpresst werden.
Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9.
Verwendung von Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Tiefbohrlochsprengungen eingesetzt werden.