DE102005059934A1 - Hollow charge inserts or liners made of powdered metal mixtures, for use in oil and gas extraction, contain proportion of light metals aluminum or titanium - Google Patents

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Abstract

The inserts or liners contain aluminum and/or titanium, in the following mass percentages, in order of preference: 1-46, 1-16 or 3-11 wt%. The following are also included: lead (14-30 wt%) and one or more heavy metals and/or their alloys, preferably bronze, copper, tungsten (70-85 wt%), tantalum and/or molybdenum and optionally graphite. A variety of alternative, quantified, broadly-similar formulations is presented in the disclosure. The inserts are made by cold-pressing of powdered metal mixtures. The components are mixed and compressed under a sufficiently high pressure into the final shape, without additional heating. An independent claim is included for the method of making the hollow charge inserts.

Description

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.object In the present invention, liners for shaped charges are cold-pressed Pulvermetallmischungen, for example, in the field of oil and gas-promoting Industry for the purpose of deep hole blasting.

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.For shaped charges, which are used in the field of oil and gas extraction industry for the purpose of deep borehole blasting, the use of inserts made of cold-pressed powder metal mixtures is state of the art. Under powder metal mixtures are mixtures of metals and / or mixtures of alloys of metals in powder form to understand. In cold pressing, the powder metal blends are compressed by compressing under sufficiently high pressure without additional heat input into the final mold as in DE 196 25 897 B4 disclosed. The mixture components of the powder metal mixture are mixed beforehand according to their proportions. Shaped charge deposits made of powder metal mixtures produce a dust jet during bombardment, whose end-ballistic properties are fundamentally different from those of a plastically deforming jet, as it occurs when solid material deposits are fired. In particular, with hollow charge inserts made of powder metal mixtures, even at low stand-off distances, that is to say small distances between charge and target, it is possible to produce large penetration depths.

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.The Powder metal blends used to make the inserts can be varied over a wide range. A mixture may for example contain 10 to 30 wt .-% of a soft metal, which serves as a binder while the remaining portion of the mixture may consist of harder metals. As a binder lead is used in most commercial deposits. Also conceivable are other metals such as bismuth, silver, Gold, tin, uranium, antimony, zinc, cobalt or nickel. The rest of Mixture is often from heavy metals such as copper, bronze and / or tungsten in different Mixing ratios.

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.In order to achieve greater penetration depths, it is proposed in the relevant literature to choose the density of the deposit material as high as possible. From an economic point of view, therefore, tungsten in particular lends itself as material for powder-metal shaped charge deposits, as in US Pat US 5,656,791 A and DE 196 25 897 A1 proposed. This leads to powder blends of lead and tungsten, whose maximum density is achieved at a ratio of 20 wt .-% lead to 80 wt .-% tungsten. At higher tungsten parts, the pellets from the mixture become unstable and can no longer be handled, lower tungsten fractions lead to a reduction in density.

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.One problem with tungsten and lead composite inserts is the formation of "slugs." These are remnants of the jet that clog the bullet channels after firing, in WO 2000012858 A2 and US Pat US Pat. No. 6,655,291 B2 It is therefore proposed to add molybdenum to the tungsten-lead mixture to reduce slug formation.

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.a Another disadvantage of pure tungsten-lead mixtures is the low Hole diameter of the bullet holes In the promotion of Fluids of porous, geological formations is the hole diameter of the bullet channel but crucial for the hydraulic resistance in the promotion. A big hole diameter at the same time high penetration depth is therefore advantageous considered.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung von Einlagen für Hohlladungen, die einen großen Lochdurchmesser bei gleichzeitig hoher Eindringtiefe bewirken.task the present invention was the provision of inserts for shaped charges, the one big Hole diameter at the same time cause high penetration depth.

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.According to the invention Problem solved by the features of the main claim. Preferably Embodiments can be found in the subclaims. It was found that the addition of light metal powders, such as aluminum and / or Titanium powder, tungsten-lead mixtures or tungsten-copper / bronze-lead mixtures leads to a significant increase in the hole diameter, without size To cause losses in the penetration depth.

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.In addition to or in place of tungsten also tantalum and / or other heavy metals and / or their alloys be used. Tungsten can also be added with the addition of light metal powders and higher Proportions of lead in the mix all by bronze or copper or a mixture of these are replaced. These are bronze and copper in any mixing ratios used.

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.The subject of the present invention is in detail:
Hollow charge inserts of powder metal mixtures containing 1 to 46 wt .-%, preferably 1 to 16 wt .-%, particularly preferably 3 to 11 wt .-% aluminum and / or titanium, and lead and one or more substances selected from: an or more Heavy metals and / or their alloys, preferably bronze, copper, tungsten, tantalum and / or molybdenum, and / or graphite.

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.Shaped charge liners from powder metal mixtures containing 14 to 30% by weight of lead, 70 to 85% by weight Tungsten and 1 to 16, preferably 3 to 11 wt .-% aluminum.

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.Shaped charge liners from powder metal mixtures containing 14 to 30% by weight of lead, 70 to 85% by weight Tungsten and 1 to 16, preferably 3 to 11 wt .-% titanium.

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.Shaped charge liners from powder metal mixtures containing 14 to 30 wt .-% lead, 10 to 50; preferably 10 to 30 wt .-% tungsten, 30 to 60, preferably 50 to 60 wt .-% bronze or copper or a mixture of these and 1 to 46, preferably 1 to 16, particularly preferably 3 to 11 wt .-% aluminum.

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.Shaped charge liners from powder metal mixtures comprising 14 to 30% by weight of lead, 10 to 50, preferably 10 to 30 wt .-% tungsten, 30 to 60, preferably 50 to 60 wt .-% bronze or copper or a mixture of these and 1 to 46, preferably 1 to 16, particularly preferably 3 to 11 wt .-% of titanium contain.

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.Shaped charge liners of powder metal mixtures containing 14 to 50% by weight of lead, 50 to 80% by weight Bronze or copper or a mixture of these and 1 to 36, preferably 1 to 16, more preferably 3 to 11 wt .-% aluminum.

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.Shaped charge liners of powder metal mixtures containing 14 to 50% by weight of lead, 50 to 80% by weight Bronze or copper or a mixture of these and 1 to 36, preferably 1 to 16, more preferably 3 to 11 wt .-% titanium.

Zur Vermeidung der Slugs kann diesen erfindungsgemäßen Pulvermetallmischungen zur Herstellung von Hohlladungseinlagen auch Molybdän zugesetzt werden.to Avoiding the slugs can these powder metal mixtures according to the invention molybdenum is also added for the production of hollow charge deposits become.

Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die zusätzlich Graphit enthalten.Hollow charge liners from powder metal mixtures, which additionally contain graphite.

Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, die zusätzlich zu oder an Stelle von Wolfram Tantal und/oder andere Schwermetalle und/oder deren Legierungen enthalten.Shaped charge liners from powder metal mixtures, in addition to or instead of Tungsten Tantalum and / or other heavy metals and / or their alloys contain.

Verfahren zur Herstellung von Hohlladungseinlagen durch Kaltverpressung von Pulvermetallmischungen.method for the production of hollow charge deposits by cold pressing of Powder metal mixtures.

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.method for the production of hollow charge inserts made of powder metal mixtures by mixing the ingredients in the appropriate proportions and then Compress in the final form under sufficiently high pressure without additional Heat.

Erfindungsgemäße Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen, hergestellt durch Kaltverpressung von Pulvermetallmischungen.Inventive hollow charge deposits Powder metal mixtures produced by cold pressing of powder metal mixtures.

Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen bei Tiefbohrlochsprengungen.use the hollow charge deposits according to the invention from powder metal mixtures in deep hole blasting.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, ohne sie dadurch einzuschränken:The Invention is illustrated by the following examples, without to restrict them by:

Beispiel 1: Hohlladungseinlage 1Example 1: shaped charge insert 1

  • 73,5 Gew.-% Bronze73.5% by weight bronze
  • 19,5 Gew.-% Blei19.5% by weight of lead
  • 7 Gew.-% Titan7% by weight of titanium

Beispiel 2: Hohlladungseinlage 2Example 2: shaped charge insert 2

  • 34,7 Gew.-% Bronze34.7% by weight bronze
  • 19,8 Gew.-% Blei19.8% by weight of lead
  • 38 Gew.-% Wolfram38% by weight tungsten
  • 7 Gew.-% Aluminium7 wt .-% aluminum
  • 0,5 Gew.-% Graphit0.5% by weight of graphite

Claims (11)

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.Hollow charge inserts of powder metal mixtures, characterized in that 1 to 46 wt .-%, preferably 1 to 16 wt .-%, more preferably 3 to 11 wt .-% aluminum and / or titanium, and lead and one or more heavy metals and / or their alloys, preferably bronze, copper, tungsten, tantalum and / or molybdenum, and optionally graphite. 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.Hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to Claim 1, characterized in that it contains 14 to 30% by weight of lead, 70 to 85 wt.% Tungsten and 1 to 16, preferably 3 to 11 wt.% Aluminum included. 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.Hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to Claim 1, characterized in that it contains 14 to 30% by weight of lead, 70 to 85 wt.% Tungsten and 1 to 16, preferably 3 to 11 wt.% Titanium included. 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.Hollow charge inserts of powder metal mixtures according to Claim 1, characterized in that they contain 14 to 30% by weight of lead, 10 to 50; preferably 10 to 30 wt .-% tungsten, 30 to 60, preferably 50 to 60 wt .-% bronze or copper or a Ge mixture of these and 1 to 46, preferably 1 to 16, particularly preferably 3 to 11 wt .-% aluminum. 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.Hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to Claim 1, characterized in that it contains 14 to 30% by weight of lead, 10 to 50, preferably 10 to 30 wt .-% tungsten, 30 to 60, preferably 50 up to 60% by weight of bronze or copper or a mixture of these and 1 to 46, preferably 1 to 16, particularly preferred 3 to 11 wt .-% Titanium included. 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.Hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to Claim 1, characterized in that it contains 14 to 50% by weight of lead, 50 to 80 wt .-% bronze or copper or a mixture of these and 1 to 36, preferably 1 to 16, particularly preferred 3 to 11 wt .-% Aluminum included. 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.Hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to Claim 1, characterized in that it contains 14 to 50% by weight of lead, 50 to 80 wt .-% bronze or copper or a mixture of these and 1 to 36, preferably 1 to 16, particularly preferred 3 to 11 wt .-% Titanium included. Verfahren zur Herstellung von Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 durch Kaltverpressen von Pulvermetallmischungen.Process for the production of hollow charge inserts of powder metal mixtures according to one or more of claims 1 to 7 by cold pressing of powder metal mixtures. 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.Method according to claim 8, characterized in that that the ingredients are mixed in the appropriate proportions and by compressing under sufficiently high pressure without additional heat be pressed into the final shape. Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9.Hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to one or more of claims 1 to 7, produced by a process according to claim 8 or 9. Verwendung von Hohlladungseinlagen aus Pulvermetallmischungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Tiefbohrlochsprengungen eingesetzt werden.Use of hollow charge inserts made of powder metal mixtures according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that they are used in deep hole blasting.
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