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Technischer Bereich
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Es wird eine in eine Form gebrachte
Beschickung bzw. Formladung, bzw. Hohlladung beschrieben, die zur
Verwendung in einem Perforationsgerät für ein unterirdisches Bohrloch
geeignet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein verbessertes
Futter aus einer in eine Form gebrachten Beschickung, das aus einem
pulverförmigen
Schwermetall und einem Bindemittel umfassenden Material mit einem
hohen Mengenanteil an Wolfram oder einem ähnlichen Schwermetall aufgebaut
ist.
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Hintergrund der Erfindungen
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Der Ausbau einer unterirdischen Gas-
oder Öl-Quelle
beginnt typischerweise mit dem Bohren eines Lochs in die Erde, das
dann mit miteinander verbundenen Längenstücken eines Metallrohrs mit
relativ großem
Durchmesser ausgekleidet wird. Die so gebildete Ausfütterung
wird allgemein mit der Innenseite des Bohrlochs über eine Zement-Schicht verbunden,
um dem Bohrloch Standfestigkeit zu geben und einen Weg zu schaffen,
um Flüssigkeiten
an die Oberfläche
zu befördern.
Herkömmlicherweise
werden die Ausfütterung
und der Zement anschließend mit
chemischen Mitteln perforiert, üblicherweise
mit explosiven Stoffen, und zwar an einer oder mehreren Stellen
der umgebenden Formation, von der Fluide zu extrahieren gewünscht ist.
Im allgemeinen erstrecken sich die Perforationen über eine
gewisse Entfernung in die Formation. Eines der mit diesem Stand der
Technik aufs engste verbundenen Probleme ist, die Tiefe des Eindringens
in die Formation maximal zu gestalten.
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In Form gebrachte Explosivmittel-Beschickungen,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind, haben allgemein eine
im wesentlichen zylindrische oder konische Form und werden in verschiedenen Anordnungen
in Perforations-Werkzeugen in unterirdischen Bohrlöchern verwendet.
Allgemein wird ein zum Einschieben in ein Bohrloch angepaßtes rohrförmiges Tiefbohr-Werkzeug
dazu verwendet, um eine Mehrzahl geformter Beschickungen an einen
Ort unterhalb der Erdoberfläche
zu transportieren, an dem der Perforationsschritt wünschenswerterweise durchgeführt werden
soll. Bei Detonation der geformten Beschickungen treten schnell-fliegende
Sprengstoff-Formkörper
aus den Form-Beschickungen mit erheblicher Geschwindigkeit aus und
perforieren die Bohrloch-Ausfütterung
und die umgebende Formation.
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Futter aus geformten Beschickungen
wurden allgemein in dem Bemühen
entworfen, die Penetrations-Tiefe zu maximieren. Es wurden verschiedene Metalle
verwendet. Feste Metall-Futter haben den Nachteil, dass sie Metall-Fragmente
in die Formation einführen
und damit die Effektivität
der Perforation beeinträchtigen.
Es wurden manchmal verpresste Pulver-Metall-Futter verwendet. Derartige
Futter zerkleinern sich bei Detonation der Form-Beschickung, was
die mit den Metall-Fragmenten verbundenen Probleme vermeidet. Es
ist im Stand der Technik bekannt, dass Schwermetalle besonders geeignet
zur Verwendung in Futtern sind. Allgemein ist das Schwermetall mit
einem oder mehreren anderen Metallen mit geeigneten charakteristischen
Bindungseigenschaften zur Bildung starrer Ausfütterungen durch sehr hohe Verpressung
der Metallpulver kombiniert. Eines der Hauptprobleme im Stand der
Technik war der Versuch, den Schwermetall-Gehalt der Futter zu erhöhen. Solche
Versuche sind in dem US-Patent Nr. 5,656,791 und in dem US-Patent
Nr. 5,814,758 beschrieben, die durch diese In-Bezugnahme für alle Zwecke
in die vorliegende Beschreibung übernommen
werden.
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Der Erfolg des Standes der Technik,
verpresste Futter unter Einschluss von pulverförmigen Schwermetallen herzustellen,
war durch das Bemühen
beschränkt
geeignete Bindemittel unter den elementaren Metallen und Legierungen
zu identifizieren. Frühere
Versuche im Stand der Technik haben den Wolfram-Gehalt auf etwa
80% erhöht.
Die vorliegende Erfindung macht Gebrauch von Bindemittel-Materialien in Kombination
mit Wolfram-Pulver zur Herstellung eines verbesserten, verpressten
Futters aus einer in Form gebrachten Beschickung mit einem Wolfram-Gehalt, der höher ist
als derjenige, wie er früher
im Stand der Technik bekannt war.
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Zusammenfassung der Erfindungen
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Die Erfindungen stellen eine eine
Form aufweisende Beschickungs-Vorrichtung zur Verwendung in einem
unterirdischen Bohrloch bereit. Allgemein ziehen die Erfindungen
eine verbesserte Ausfütterung
für eine
eine Form aufweisende Beschickung in Betracht, die aus einer kombinierten
Mischung eines hohen Mengenanteils von pulverförmigem Schwermetall und einem
ausgewählten
Bindemittel-Metall aufgebaut ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung
wird eine Mischung aus pulverförmigem
Wolfram und einem pulverförmigen
Metall-Bindemittel zu einer starren, geformten Beschickungs-Ausfütterung
mit einem Wolfram-Gehalt im Bereich von zwischen etwa 90 bis 99,98
Gew.-% gebildet.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung ist eine Fütterung,
die einen Wolfram-Gehalt
in einem Bereich von zwischen etwa 90% bis 99,98% (bezogen auf das
Gewicht) aufweist, aus einem mit einem Bindemittel-Metall beschichteten
Schwermetall-Pulver aufgebaut, das zu einem starren Körper geformt wird.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Fütterung für eine geformte Beschickung
aus einer Mischung aus pulverförmigem
Wolfram und einem pulverförmigen
Metall-Bindemittel
aufgebaut, das mit einem mit einem Bindemittel-Metall beschichteten
Schwermetall-Pulver gemischt und zu einem im wesentlichen konischen
starren Körper
geformt ist. Die resultierende Ausfütterung weist einen Wolfram-Metall-Gehalt
in einem Bereich zwischen etwa 93% bis 99,98% auf, bezogen auf das
Gewicht.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die beigefügten Figuren werden in die
Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil davon, um einige Beispiele
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Diese Figuren dienen
zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindungen
zu erläutern.
Die Figuren dienen nur dem Zweck des Veranschaulichens bevorzugter
und alternativer Beispiele davon, wie die Erfindung durchgeführt und
eingesetzt werden kann, und sollen nicht als die Erfindungen auf
nur die veranschaulichten und beschriebenen Beispiele beschränkend verstanden
werden. Die verschiedenen Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus einer Betrachtung der Figuren offensichtlich,
in denen zeigen:
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1 eine
seitliche Aufriss-Ansicht eines Beispiels einer um die Achse symmetrischen
geformten Beschickung in Übereinstimmung
mit der Erfindung; und
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2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von 1, die ein Beispiel einer Ausführungsform
einer geformten Beschickung in Übereinstimmung
mit den Erfindungen zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegenden Erfindungen werden
unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, die eines oder mehrere
Beispiele davon zeigen, wie die Erfindungen durchgeführt und
verwendet werden können. In
diesen Figuren werden Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten
verwendet, um gleiche oder entsprechende Teile zu zeigen. Die Figuren
sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht
gezeichnet, und die relativen Proportionen bestimmter Teile wurden übertrieben,
um besser die Einzelheiten und Merkmale der Erfindung zu veranschaulichen.
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Die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Erfindung
sind allgemein in den 1 und 2 gezeigt. Eine konisch symmetrisch
geformte Beschickung 10 ist gezeigt. Die geformte Beschickung
ist größenmäßig für ein Tiefbohr-Werkzeug
angepaßt,
wie es allgemein zum Perforieren unterirdischer Bohrlöcher und
Formationen verwendet wird. Typischerweise wird eine Mehrzahl von
geformten Beschickungen in einem im wesentlichen Helix-artigen Muster
der Tiefbohr-Werkzeug-Anordnung angeordnet. Die genaue Größe und Form
der geformten Beschickungen oder die Konfiguration des Tiefbohr-Werkzeugs
sind für die
Erfindung nicht kritisch. Die geformte Beschickung 10 ist
in eine Hülle 12 eingeschlossen.
Allgemein ist die Hülle 12 im
wesentlichen zylindrisch oder konisch. Im Rahmen der vorliegenden
Beschreibung und in den Patentansprüchen wird der Begriff „konisch" in der Weise verwendet,
dass er sich auf Formen bezieht, die im wesentlichen konisch sind
oder die Form eines Kegelstumpfs oder abgeschnittenen Kegels aufweisen.
Erneut wird festgestellt, dass die genaue Form der Hülle für die Erfindung
nicht kritisch ist. Bei der Verwendung wird das Tiefbohr-Werkzeug (nicht gezeigt)
an einem unterirdischen Ort angeordnet, an dem eine Perforation
der Bohrloch-Ausfütterung
und/oder der Formation erwünscht
ist; diese wird mit „Target 14" bezeichnet.
Die geformte Beschickung weist eine Schnauze/Mündung 16 auf, die in Richtung
auf das Target 14 orientiert ist, und ein gegenüberliegendes
geschlossenes Ende 18. Es wird nun vornehmlich auf 2 Bezug genommen. Die Beschickung 10 ist
im Querschnitt gezeigt, der offenbart, dass das geschlossene Ende 18 eine
relativ kleine Öffnung 20 aufweist,
die mit einer Zündschnur 22 verbunden
ist. Die Zündschnur 22 ist
typischerweise betätigbar
mit einem Zündkreislauf-System (nicht
gezeigt) verbunden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die
Beschickung 10 enthält
eine vorbestimmte Menge an hochexplosivem Material 24, wie es allgemein
in diesem technischen Bereich bekannt ist, beispielsweise RDX, HMX,
HNS, CL-20, NONA, BRX, PETN oder PYX. Eine im wesentlichen konische
Ausfütterung 26 ist
innerhalb der Hülle 12 zwischen
dem hochexplosiven Material 24 und der Mündung 16 angeordnet,
vorzugsweise in der Art, dass das hochexplosive Material 24 das
Volumen zwischen der Hülle 12 und
der Ausfütterung 26 füllt. Die
Ausfütterung
ist typischerweise an der Hülle
mit Kleber (nicht gezeigt) befestigt, es kann jedoch auch ein Befestigungsring
oder eine Feder verwendet werden. Bei Detonation des hochexplosiven
Materials 24 zerfällt
die Ausfütterung 26,
und das Material der Ausfütterung
wird durch die Schnauze/Mündung
16 in das Target 14 getrieben. Wie Fachleuten in diesem technischen
Bereich bekannt ist, ist es für
die Ausfütterung
vorteilhaft, bei Detonation des hochexplosiven Materials zu zerfallen
und die höchstmögliche Masse und
Geschwindigkeit zu haben.
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Es wird weiter vornehmlich auf 2 Bezug genommen. Die Ausfütterung 26 wird
vorzugsweise so konstruiert, dass man ein pulverförmiges Schwermetall
und ein pulverförmiges
Metall-Bindemittel-Material unter sehr hohem Druck unter Bildung
eines starren Körpers
verpresst. Der Prozess des verpressenden Formens der Ausfütterung
aus pulverförmigen
Schwermetall und pulverförmigem
Metall-Bindemittel
wird von Fachleuten in diesem technischen Bereich verstanden. Andere
Verfahren der Herstellung, beispielsweise Schritte des Sinterns,
können
ebenfalls angewendet werden. Das pulverförmige Schwermetall ist vorzugsweise
Wolfram, kann jedoch auch ein anderes Metall oder eine Mischung
von Metallen sein. Metalle mit hoher Dichte, hoher Duktilität und dem
Vermögen,
eine hohe akustische Geschwindigkeit zu erreichen, sind bevorzugt.
Metalle, die aus der Gruppe Wolfram, Tantal, Hafnium und Kupfer
gewählt
sind, sind besonders geeignet. Obwohl andere Metalle verwendet werden
können,
sind Kosten oft ein Haupt-Faktor. Vorzugsweise liegt die Prozent-Menge
an Schwermetall, vorzugsweise an Wolfram, in der Ausfütterung
innerhalb des Bereichs von etwa 99,0% bis 99,98%, bezogen auf das
Gewicht. Gegebenfalls könne
auch Prozent-Mengen innerhalb eines Bereichs von etwa 90,0% bis
99,98% verwendet werden.
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Das Bindemittel-Metall wird gewählt aufgrund
seines Vermögens,
unter hohen Graden der Kompression zu verbinden. Typischerweise
werden Metalle verwendet, die aus der Gruppe Kupfer, Blei, Zink,
Zinn und Bismuth gewählt
sind. Die Prozent-Menge an pulverförmigem Bindemittel-Metall, vorzugsweise
an Blei, in der Mischung liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs
von etwa 0,02% bis 1,0%, bezogen auf das Gewicht, obwohl Prozent-Mengen
innerhalb eines Bereichs von etwa 0,02% bis 10,0% verwendet werden
können.
Gegebenfalls können
Mischungen aus Bindemittel-Metallen oder Legierungen verwendet werden,
wie beispielsweise diejenigen, die relativ hohe Mengen an Zinn oder
Zink enthalten.
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Gegebenenfalls kann die Ausfütterung 26 auch
etwa 0,02% bis 1,0%, bezogen auf das Gewicht, eines presserleichternden
Zusatzes bzw. Gleitmittels enthalten. Pulverförmiger Graphit ist ein bevorzugtes
Gleitmittel, wie es im Stand der Technik bekannt ist, obwohl auch Öle verwendet
werden können.
Einige Öle
wie beispielsweise Leinsamenöl
oder Tungöl
oder andere ungesättigte
organische Verbindungen, wie sie beispielsweise in dem US-Patent
Nr. 4,794,990 offenbart sind, das durch die In-Bezugnahme in seiner
Gesamtheit für
alle Zwecke in die vorliegende Beschreibung übernommen wird, werden als hilfreich
beim Verhindern von Korrosion der Ausfütterung angesehen.
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Die derzeitig am meisten bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung macht Gebrauch von einer Ausfütterung 236, die aufgebaut
ist aus einem Schwermetall-Pulver, das mit einem Bindemittel-Material überzogen
ist, also einem mit einem Bindemittel-Metall beschichteten Schwermetall-Pulver,
das unter Verpressen zu einem starren Körper geformt wird. Der Prozess
des Beschichtens des Schwermetall-Pulvers mit einem Bindemittel-Metall
wird von in diesem technischen Bereich versierten Fachleuten verstanden.
Das mit einem Bindemittel-Metall beschichtete Schwermetall-Pulver
wird dann unter sehr hohem Druck zu einem starren Körper verpresst. Derzeit
werden Wolfram und Blei als Schwermetall bzw. als Bindemittel-Metall-Überzug bevorzugt,
obwohl die oben beschriebenen alternativen Metalle verwendet werden
können.
Kombinationen von Metallen können
ebenfalls verwendet werden. Vorzugsweise liegt die Prozent-Menge
an Wolfram in der Ausfütterung
innerhalb des Bereichs von etwa 99,0% bis 99,98%, bezogen auf das
Gewicht, obwohl Prozent-Mengen innerhalb eines Bereichs von etwa 90,0%
bis 99,98% verwendet werden können.
Die Prozent-Menge an Blei in der Mischung liegt vorzugsweise innerhalb
eines Bereichs von etwa 0,02% bis 1,0%, bezogen auf das Gewicht,
obwohl Prozent-Mengen innerhalb eines Bereichs von etwa 0,2% bis
10,0% gegebenenfalls verwendet werden können.
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Eine weitere alternative Ausführungsform der
Erfindung macht Gebrauch von einer Ausfütterung 26, die aus
einer Kombination der Elemente der beiden ersten oben beschriebenen
Ausführungsformen
aufgebaut ist. Mit anderen Worten: Eine Mischung aus Schwermetall-Pulver
und pulverförmigem
Bindemittel-Metall kann in Kombination mit einem Bindemittel-Metall überzogenen
Schwermetall-Pulver verwendet werden, um daraus die Ausfütterung 26 aufzubauen.
Dieselben Mengenverhältnisse
und Schwankungen der Komponenten, die im Zusammenhang mit den beiden
ersten Ausführungsformen
beschrieben wurden, können
auch bei dieser weiteren Ausführungsform
eingesetzt werden.
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Die Erfindung hat viele Vorteile,
die mit dem Anheben der Prozent-Menge an Schwermetall in der Ausfütterung
auf höhere
Werte verbunden sind, als sie im Stand der Technik bekannt waren.
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Die oben gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen
sind nur beispielhaft. Viele Einzelheiten werden häufig im
Stand der Technik gefunden, wie beispielsweise: Art der hochexplosiven
Stoffe, Größe und Form
der mit einer Form versehenen Beschickungen und Konfiguration der
Tiefbohr-Werkzeug-Anordnungen. Daher sind viele derartige Einzelheiten
hier weder gezeigt noch beschrieben. Es wird nicht beansprucht,
dass alle diese Einzelheiten, Teile, Elemente oder Schritte, die
beschrieben und gezeigt wurden, im Rahmen der vorliegenden Erfindung
erfunden wurden. Trotz der Tatsache, dass zahlreiche charakteristische
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindungen in der obigen
Beschreibung beschrieben wurden, zusammen mit Einzelheiten der Struktur
und Funktion der Erfindungen, ist die Offenbarung nur veranschaulichend,
und Änderungen
können
im einzelnen durchgeführt
werden, insbesondere im Zusammenhang mit Form, Größe und Anordnung
der Teile, die im Rahmen der Prinzipien der Erfindungen in dem vollen
Umfang liegen, der durch die Breite allgemeine Bedeutung der Begriffe
angegeben ist, die in den nachfolgenden Ansprüchen verwendet werden.
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Die restriktive Beschreibung und
die Figuren der speziellen, oben angegebenen Beispiele geben nicht
an, was eine Verletzung dieses Patents wäre, sondern liefern wenigstens
eine Erläuterung
dazu, wie Erfindungen durchgeführt
und von dieser Gebrauch gemacht werden kann. Die Grenzen der Erfindungen
und die Schranken des Patentschutzes werden gemessen an und definiert
durch die folgenden Patentansprüche.
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Zusammenfassung
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Hohlladungs-Vorrichtung mit einem
verbesserten Futter für
eine geformte Beschickung bzw. Hohlladung, das aus einer Kombination
aus pulverförmigem
Schwermetall und Metall-Bindemittel
aufgebaut ist. Pulverförmiges
Schwermetall und Metall-Bindemittel ist unter sehr hohem Druck zu
einem starren Futter für
eine geformte Beschickung ausgebildet. Das Metall-Bindemittel kann
in pulverförmiger Form
vorliegen oder kann dazu verwendet werden, die pulverförmigen Schwermetallpartikel
vor der Formgebung zu überziehen.
Das Futter kann auch einen relativ kleinen Prozentsatz eines anderen
Materials enthalten, um die Schmierung oder Korrosionsbeständigkeit
zu verbessern.