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HINTERGRUND
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Bohrlöcher können gebohrt werden, um beispielsweise Kohlenwasserstoffe aufzufinden und zu erzeugen. Während eines Bohrvorgangs kann es erwünscht sein, die Eigenschaften von angetroffenen Formationen, Formationsfluiden und/oder Formationsgasen auszuwerten und/oder zu messen. in einigen Fällen wird ein Bohrstrang entfernt und ein Drahtleitungswerkzeug in das Bohrloch ausgefahren, um die Formation(en), das (die) Formationsgas(e) und/oder das (die) Formationsfluid(e) zu testen, auszuwerten und/oder von diesen eine Probe zu nehmen. In anderen Fällen kann der Bohrstrang mit Vorrichtungen versehen werden, um die umgebende(n) Formation(en), das (die) umgebende(n) Formationsgas(e) und/oder das (die) umgebende(n) Formationsfluid(e) zu testen und/oder von diesen eine Probe zu nehmen, ohne den Bohrstrang aus dem Bohrloch entfernen zu müssen.
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Eine Kalibrierung kann erforderlich sein, um die Genauigkeit von solchen Untertage-Formationsauswertungswerkzeugen zu verbessern. Eine Kalibrierungsprozedur kann das Anordnen des Werkzeugs in einer oder mehreren Standardumgebungen mit bekannten Eigenschaften und/oder Parametern, das Aufzeichnen von Messwerten, die durch einen oder mehrere Sensoren des Werkzeugs innerhalb der Standardumgebung aufgenommen werden, und die Herstellung eines Bezugs der Messwerte mit einem oder mehreren Referenzmesswerten beinhalten. Durch Kalibrieren eines Werkzeugs können Messdifferenzen, die durch die Toleranzen und/oder Schwankungen der Komponenten, die zum Implementieren des Werkzeugs verwendet werden, entstehen, verringert und/oder im Wesentlichen beseitigt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verstanden, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht maßstäblich gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale wegen der Deutlichkeit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1 stellt eine teilweise Querschnittsansicht eines Beispiel-Bohrstellenbohrsystems mit einem Untertagemodul dar, das gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung kalibriert werden kann.
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2 stellt eine teilweise Querschnittsansicht eines Beispiel-Bohrstellendrahtleitungssystems mit einem Untertagemodul dar, das gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung kalibriert werden kann.
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3A–3E stellen eine Beispielkalibrierungsanordnung gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar.
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4A–8B stellen weitere Beispielverbundmaterialien gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar.
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9A–9F und 10A–10F stellen Beispielnachbildungseigenschaften von Verbundmaterialien gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Selbstverständlich sieht die folgende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren von verschiedenen Merkmalen von verschiedenen Ausführungsformen vor. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen werden nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht begrenzend sein. Außerdem kann die vorlegende Offenbarung Bezugsziffern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und gibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor. Überdies kann die Ausbildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale ausgebildet sein können, die das erste und das zweite Merkmal zwischenschalten, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt stehen können.
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Um Untertagewerkzeuge genau zu kalibrieren, sollten die Toleranzen und/oder Schwankungen in einer standardisierten Kalibrierungsumgebung relativ zu jenen des kalibrierten Werkzeugs klein sein. Dies kann schwierig zu erreichen sein. Die Kalibrierungsumgebung kann ein oder mehrere Kalibrierungsmaterialien wie z. B. eine Aluminiumlegierung umfassen, die Eigenschaften aufweisen, die durch das Werkzeug gemessen werden können und die dann verwendet werden können, um das Werkzeug zu kalibrieren. Da die Kalibrierungsmaterialien, die herkömmlich verwendet werden, um Werkzeuge zu kalibrieren, von Charge zu Charge und/oder von Probe zu Probe variieren können, können unter Verwendung von solchen Materialien durchgeführte Kalibrierungen zu ungenauen Ergebnissen führen. Überdies können Kalibrierungsmaterialien mit Eigenschaftswerten, die angemessen gesteuert werden, diese Eigenschaften nicht über einen ausreichenden Bereich von Werten aufweisen. Wie hierin verwendet, ist ein Kalibrierungsmaterial ein beliebiges Material wie z. B. eine Legierung mit im Wesentlichen bekannten Eigenschaften, die durch ein Werkzeug gemessen und dann verwendet werden, um eine oder mehrere Komponenten, Vorrichtungen, Elemente und/oder Berechnungen des Werkzeugs einzustellen, festzulegen und/oder anderweitig zu kalibrieren.
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Um zumindest diese Mängel zu beseitigen, beschreibt die vorliegende Offenbarung Verbundmaterialien, die verwendet werden können, um die Eigenschaften von anderen Materialien nachzubilden und/oder nachzuahmen, und Kalibrierungsanordnungen, die unter Verwendung derselben konstruiert sind. Offenbarte Beispielverbundmaterialien kombinieren und/oder fügen zwei oder mehrere verschiedene Materialien zusammen, die jeweils gut gesteuerte und/oder gut bekannte Eigenschaften aufweisen können, um ein Verbundmaterial mit Eigenschaften mit angemessener Genauigkeit über einen gewünschten Bereich zu bilden. Das Verbundmaterial kann vielmehr durch maschinelle Bearbeitungs-, Laminierungs- und/oder Zusammenfügungsprozesse als durch die Legierungsprozesse, die in einem Hüttenwerk verwendet werden, um Legierungen zu bilden, implementiert werden. Da die zum Bilden des Verbundstoffs verwendeten Materialien aus im Wesentlichen reinen Materialien (z. B. Aluminium und/oder Titan) ausgewählt werden können, die Eigenschaften aufweisen, die von Charge zu Charge unbedeutend variieren, können die resultierenden Verbundmaterialien zuverlässig, wiederholt und/oder konsistent so ausgebildet werden, dass sie die beabsichtigten und/oder erforderlichen engen Toleranzen und kleinen Parameterschwankungen aufweisen. Der Typ und/oder die Anordnung von Materialien kann ausgewählt und/oder eingestellt werden, um ein Verbundmaterial mit einem gewünschten Bereich von Eigenschaften zu erbringen. Die hierin beschriebenen Verbundmaterialien können verwendet werden, um die Eigenschaften von verschiedenen Materialien nachzuahmen und/oder nachzubilden, einschließlich Kalibrierungslegierungen und/oder Kalibrierungsmaterialien, die verwendet werden, um Untertage-Formationsauswertungswerkzeuge zu kalibrieren.
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Verbundmaterialien gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung müssen jedoch, ob sie verwendet werden, um Kalibrierungsanordnungen zu konstruieren oder nicht, nicht ausgelegt, bestimmt und/oder ausgewählt werden, um die Eigenschaft(en) von anderen Materialien nachzuahmen und/oder nachzubilden. Beispieleigenschaften, die gemäß einem oder mehreren Aspekten dieser Offenbarung nachgebildet werden können, umfassen eine Elektronendichte, eine effektive Atomnummer und/oder einen photoelektrischen Faktor (Pe), ohne jedoch darauf begrenzt zu sein.
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Obwohl Beispielverbundmaterialien, die verwendet werden können, um die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen nachzubilden, hierin beschrieben werden, können selbstverständlich Verbundmaterialien gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausgebildet werden, die andere Typen von Materialien und/oder Legierungen, Metall und/oder dergleichen nachbilden. Ferner kann eine beliebige Anzahl und/oder (ein) beliebige(r) Typ(en) von Materialien, wie z. B. Metall(e), Legierung(en) (Metall und/oder dergleichen), Kunststoff(e), Fluid(e) und/oder Keramik(en), verwendet werden, um Verbundmaterialien gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung auszubilden. Obwohl Kalibrierungsanordnungen mit Verbundmaterialien, die verwendet werden können, um Untertage-Formationsauswertungswerkzeuge zu kalibrieren, hierin beschrieben werden, können überdies selbstverständlich Verbundmaterialien gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung zusätzlich oder alternativ verwendet werden, um Materialien in anderen Anwendungen zu ersetzen.
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1 stellt eine teilweise Querschnittsansicht eines Beispiel-Bohrstellenbohrsystems dar, das an Land und/oder auf offener See verwendet werden kann. In dem Beispiel-Bohrstellensystem von 1 wird ein Bohrloch 11 in einer oder mehreren unterirdischen Formationen F durch Dreh- und/oder Richtungsbohren ausgebildet. In dem dargestellten Beispiel von 1 ist ein Bohrstrang 12 innerhalb des Bohrlochs 11 aufgehängt und weist eine Bohrlochsohlenanordnung (BHA) 100 mit einer Bohrkrone 105 an ihrem unteren Ende auf. Ein Oberflächensystem umfasst eine Plattform- und Bohrturmanordnung 10, die über dem Bohrloch 11 angeordnet ist. Die Anordnung 10 kann einen Drehtisch 16, eine Spülstange 17, einen Haken 18 und/oder ein Drehlager 19 umfassen. Der Bohrstrang 12 kann durch den Drehtisch 16 gedreht werden, der durch nicht gezeigte Mittel angetrieben wird, die mit der Spülstange 17 am oberen Ende des Bohrstrangs 12 in Eingriff stehen. Der Beispielbohrstrang 12 kann am Haken 18, der an einem Laufblock (nicht dargestellt) befestigt sein kann, und durch die Spülstange 17 und das Drehlager 19 aufgehängt sein, was die Drehung des Bohrstrangs 12 relativ zum Haken 18 ermöglicht. Außerdem oder alternativ kann ein oberes Antriebssystem verwendet werden.
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In dem Beispiel von 1 kann das Oberflächensystem auch Bohrfluid 26 umfassen, das in der Industrie üblicherweise als Schlamm bezeichnet wird, der in einer an der Bohrstelle gebildeten Grube 27 gelagert ist. Eine Pumpe 29 kann das Bohrfluid 26 zum Inneren des Bohrstrangs 12 über eine Öffnung (nicht dargestellt) im Lager 19 zuführen, was bewirkt, dass das Bohrfluid durch den Bohrstrang 12 nach unten strömt, wie durch den Richtungspfeil 8 angegeben. Das Bohrfluid 26 kann den Bohrstrang 12 über Öffnungen in der Bohrkrone 105 verlassen und dann durch den ringförmigen Bereich zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 12 und der Wand des Bohrlochs nach oben zirkulieren, wie durch die Richtungspfeile 9 angegeben. Das Bohrfluid 26 kann verwendet werden, um die Bohrkrone 105 zu schmieren, Formationsbohrklein zur Oberfläche nach oben zu tragen, wenn es zur Grube 27 zur Rückführung zurückgeführt wird, und/oder eine Schlammkuchenschicht (nicht dargestellt) auf den Wänden des Bohrlochs 11 erzeugen.
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Die Beispiel-BHA 100 von 1 kann unter anderem irgendeine Anzahl und/oder irgendeinen (irgendwelche) Typ(en) von Untertage-Bohrlochmesswerkzeugen wie z. B. ein Modul 120 zur Bohrlochmessung während des Bohrers (LWD) und/oder ein Modul 130 zum Messen während des Bohrens (MWD), ein drehlenkbares System oder einen Schlammmotor 150 und/oder die Beispielbohrkrone 105 umfassen.
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Das Beispiel-LWD-Modul 120 von 1 ist in einem speziellen Typ von Schwerstange aufgenommen, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, und kann eine beliebige Anzahl und/oder (einen) beliebige(n) Typ(en) von Bohrlochmesswerkzeug(en), Formationsauswertungswerkzeug(en) und/oder Fluidprobennahmevorrichtung(en) enthalten. Das Beispiel-LWD-Modul 120 kann Fähigkeiten zum Messen, Verarbeiten und/oder Speichern von Informationen sowie zur Kommunikation mit dem MWD-Modul 150 und/oder direkt mit der Oberflächenausrüstung wie z. B. einem Bohrlochmess- und Steuercomputer 160 umfassen.
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Das Beispiel-MWD-Modul 130 von 1 ist auch in einem speziellen Typ von Schwerstange aufgenommen und enthält eine oder mehrere Vorrichtungen zum Messen von Eigenschaften des Bohrstrangs 12 und/oder der Bohrkrone 105. Das Beispiel-MWD-Werkzeug 130 kann auch eine Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Erzeugen von elektrischer Leistung zur Verwendung durch das Untertagesystem 100 umfassen. Beispielvorrichtungen zum Erzeugen von elektrischer Leistung umfassen einen Schlammturbinengenerator, der durch die Strömung des Bohrfluids angetrieben wird, und ein Batteriesystem, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Beispielmessvorrichtungen umfassen eine Messvorrichtung für das Gewicht an der Krone, eine Drehmomentmessvorrichtung, eine Schwingungsmessvorrichtung, eine Stoßmessvorrichtung, eine Haftgleitmessvorrichtung, eine Richtungsmessvorrichtung und eine Neigungsmessvorrichtung, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Das MWD-Modul 130 kann auch Fähigkeiten zur Kommunikation mit der Oberflächenausrüstung wie z. B. dem Bohrlochmess- und Steuercomputer 160 unter Verwendung irgendeines vergangenen, gegenwärtigen oder zukünftigen Zweiwege-Telemetriesystems, wie z. B. eines Schlammimpuls-Telemetriesystems, eines Telemetriesystems eines verdrahteten Bohrrohrs, eines elektromagnetischen Telemetriesystems und/oder eines akustischen Telemetriesystems, umfassen.
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2 stellt eine teilweise Querschnittsansicht eines Beispiel-Bohrstellen-Drahtleltungs-Formationsauswertungssystems dar, das an Land und/oder auf offener See verwendet werden kann. In der Darstellung von 2 ist ein Untertage-Drahtleitungswerkzeug 205 an einem Turm 210 im Bohrloch 11, das in der geologischen Formation F ausgebildet ist, aufgehängt. Das Beispielwerkzeug 205 von 2 wird vom Turm 210 in das Bohrloch 11 über ein Drahtleitungskabel 215 ausgefahren und kann in irgendeinem speziellen Abschnitt der geologischen Formation F angeordnet und/oder durch diese bewegt werden. Der (die) zu testenden) Abschnitt(e) des Bohrlochs 11 kann (können) unter Verwendung einer beliebigen Anzahl und/oder eines beliebigen Typs (von beliebigen Typen) von Verfahren wie z. B. Sprengladungen durchbrochen worden sein. Wenn das Beispieldrahtleitungswerkzeug 205 arbeitet, können Ausgaben einer beliebigen Anzahl und/oder eines beliebigen Typs (von beliebigen Typen) von Formationsauswertungsmodulen (von denen eines mit dem Bezugszeichen 220 bezeichnet ist) beispielsweise über Telemetrie zum Bohrlochmess- und Steuercomputer 160 gesendet werden und/oder können in einer beliebigen Anzahl und/oder (einem) beliebigen Typ(en) von Speicher(n) für den anschließenden Abruf und/oder die anschließende Verarbeitung gespeichert werden.
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Die Beispielmodule 120, 130 und/oder 220 von 1 und 2 können eine beliebige Anzahl und/oder (einen) beliebige(n) Typ(en) von Formationsauswertungssensor(en), Modul(en) und/oder Werkzeug(en) implementieren, einschließlich eines Dichtemesswerkzeugs, eines Messwerkzeugs für den photoelektrischen Faktor, eines Neutronenporositätswerkzeugs, eines Werkzeugs mit gepulsten Neutronen, eines akustischen Werkzeugs, eines elektromagnetischen Werkzeugs und/oder eines Magnetresonanzwerkzeugs, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Die Beispielwerkzeuge 120, 130 und/oder 220 können unter Verwendung von irgendeinem der Legierungsnachbildungsverbundstoffe und/oder irgendeiner der Kalibrierungsanordnungen, die hierin beschrieben sind, kalibriert werden und/oder können unter Verwendung von Kalibrierungslegierungen kalibriert werden.
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Obwohl ein Bohrstrang und Drahtleitungswerkzeuge 120, 130 und 220 in 1 und 2 gezeigt sind, können die hierin beschriebenen Verbundmaterialien verwendet werden, um eine beliebige Anzahl und/oder (einen) beliebige(n) Typ(en) von zusätzlichen oder alternativen Werkzeugen ungeachtet des Beförderungstyps und/oder des Gliederungsverfahrens zu kalibrieren. Andere Beispielwerkzeuge umfassen ein Messdrahtwerkzeug, ein Speicherprotokollierungswerkzeug und ein Werkzeug zur Bohrlochvermessung während der Auslösung, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Außerdem oder alternativ können Werkzeuge vom Klotztyp und/oder Dorntyp auch mit den hierin offenbarten Verbundmaterialien kalibriert werden. Diese Listen sollen nicht allumfassend sein, sondern sollen darstellen, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, um eine breite Vielfalt von Werkzeugen zu kalibrieren.
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3A–3E stellen eine Beispielkalibrierungsanordnung 300 dar, die verwendet werden kann, um irgendeines der Beispieluntertagewerkzeuge 120, 130 und 220 von 1 und 2 zu kalibrieren. Obwohl irgendeines der Beispieluntertagewerkzeuge 120, 130 und 220 unter Verwendung der Beispielkalibrierungsanordnung 300 von 3A–3E kalibriert werden kann, wird für eine leichte Erörterung das Werkzeug von 3A–3E als Beispieluntertagewerkzeug 305 bezeichnet. Die Beispielkalibrierungsanordnung 300 von 3A–3E umfasst einen Kalibrierungseinsatz 310 und eine Kalibrierungsbasis und/oder einen Kalibrierungsblock 315. Der Beispielkalibrierungseinsatz 310 von 3 kann ein oder mehrere Verbundmaterialien und/oder Verbundmaterialbereiche umfassen, von denen einer mit dem Bezugszeichen 320 bezeichnet ist, der dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere Eigenschaften einer Kalibrierungslegierung und/oder eines Kalibrierungsmaterials nachzuahmen und/oder nachzubilden.
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3A stellt eine Ansicht der Beispielkalibrierungsanordnung 300 in auseinandergezogener Anordnung dar. 3C ist eine Querschnittsdraufsicht der Beispielkalibrierungsanordnung 300 entlang der Linie 3C-3C von 3B und 3E. 3D ist eine Seitenquerschnittsansicht der Beispielkalibrierungsanordnung 300 entlang der Linie 3D-3D von 3B. 3E ist eine weitere Seitenquerschnittsansicht der Beispielkalibrierungsanordnung 300 entlang der Linie 3E-3E von 3B, 3C und 3D.
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Der Beispielkalibrierungsblock 315 von 3A–3E ist bemessen, ausgebildet und/oder maschinell bearbeitet, um den Kalibrierungseinsatz 310 aufzunehmen und/oder zu empfangen. Der Beispielkalibrierungsblock 315 kann auch dazu konfiguriert sein, das Beispieluntertagewerkzeug 305 von Signalen zu isolieren, die in der Umgebung vorhanden sind, und/oder zu verhindern, dass Signale, die durch das Untertagewerkzeug 305 während der Kalibrierung übertragen und/oder ausgestrahlt werden, von der Kalibrierungsanordnung 300 in die umliegende Umgebung ausstrahlen. Die Verwendung des Kalibrierungsblocks 315 kann auch ermöglichen, dass der Kalibrierungseinsatz 310 dünner ist als es ansonsten erforderlich sein könnte. Der Kalibrierungsblock 315 kann aus Aluminium ausgebildet sein.
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Der Beispielkalibrierungseinsatz 310 von 3A–3E weist eine innere Oberfläche 325 auf, die so konfiguriert und/oder geformt ist, dass sie einen speziellen Untertagewerkzeugtyp aufnimmt. Die innere Oberfläche 325 ist so bemessen, ausgebildet und/oder maschinell bearbeitet, dass sie einem speziellen Typ, einer speziellen Form und/oder einem speziell bemessenen Untertagewerkzeug 305 entspricht. Der Beispielkalibrierungseinsatz 310 weist eine äußere Oberfläche 330 auf, die so konfiguriert ist, dass sie der Form und/oder Kontur des Kalibrierungsblocks 315 entspricht. Folglich ermöglicht der Beispielkalibrierungseinsatz 310, dass der allgemein ausgebildete Kalibrierungsblock 315 während der Kalibrierung irgendeiner Anzahl und/oder irgendeines Typs (von irgendwelchen Typen) von Untertagewerkzeugen 305 mit verschiedenen Abmessungen und/oder Formen verwendet wird. Mit anderen Worten, Kalibrierungseinsätze 310 mit unterschiedlich konturiertem oder geformtem Inneren können verwendet werden, um zu ermöglichen, dass unterschiedlich geformte Werkzeuge 305 unter Verwendung desselben Kalibrierungsblocks 315 kalibriert werden. Die Verwendung von Kalibrierungseinsätzen 310 ermöglicht auch, dass verschiedene Messungen und/oder Sensoren des Untertagewerkzeugs 305 oder von anderen Werkzeugen unter Verwendung desselben Kalibrierungsblocks 315 kalibriert werden. Der Beispielkalibrierungseinsatz 310 von 3A–3E kann aus einem im Wesentlichen reinen Metall wie z. B. Aluminium, einer Legierung, einer Kalibrierungslegierung, einem Kalibrierungsmaterial ausgebildet sein und/oder kann einen oder mehrere der Beispiel-Verbundmaterialbereiche 320 enthalten. Die Verwendung einer Legierung und/oder eines Verbundmaterials kann einen breiteren Bereich von Materialeigenschaften als ein im Wesentlichen reines Metall ermöglichen.
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Das Beispieluntertagewerkzeug 305 von 3A–3E umfasst eine Signalquelle und/oder einen Sender S. Das Beispieluntertagewerkzeug 305 umfasst auch einen Detektor und/oder Sensor SS mit kurzem Abstand und einen Detektor und/oder Sensor LS mit langem Abstand, der weiter von der Quelle S entfernt ist als der Sensor SS. Die Beispielguelle S kann Gammastrahlen senden und die Sensoren SS und LS können Gammastrahlen detektieren. Unter Verwendung einer beliebigen Anzahl und/oder eines beliebigen Typs (von beliebigen Typen) von Verfahren, Algorithmus (Algorithmen) und/oder Berechnung(en) können die scheinbare Dichte, die Schüttdichte und/oder der photoelektrische Faktor der Kalibrierungsanordnung 300 unter Verwendung von Gammastrahlmessungen, die durch die Sensoren SS und LS aufgenommen werden, bestimmt werden. Obwohl ein spezielles Untertagewerkzeug 305 mit der Quelle S und den Sensoren SS und LS in 3A–3E dargestellt ist, sollte ersichtlich sein, dass Kalibrierungsanordnungen gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, um Untertagewerkzeuge mit einer beliebigen Anzahl und/oder (einem) beliebigen Typ(en) von zusätzlichen und/oder alternativen Quellen und/oder Sensoren zu kalibrieren.
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Da, wie vorstehend erörtert, im Wesentlichen reine Metalle und Legierungen Nachteile zum Kalibrieren von Untertagewerkzeugen aufweisen können, umfasst der Beispielkalibrierungseinsatz 310 von 3A–3E den (die) Beispiel-Verbundmaterialbereich(e) 320. Obwohl in dem 3A–3E dargestellten Beispiel der (die) Verbundmaterialbereich(e) 320 in unmittelbarer Nähe zu den Sensoren SS und LS angeordnet ist (sind), können zusätzlich und/oder alternativ größere Abschnitte des Kalibrierungseinsatzes 310 Verbundmaterialien umfassen. Die Verbundmaterialbereiche 320 können beispielsweise so bemessen sein, dass sie sich über die Abmessungen der Sensoren SS und LS hinaus erstrecken, um eine Fehlausrichtung des Untertagewerkzeugs 305 und des Kalibrierungseinsatzes 310 auszugleichen. Obwohl die Beispielverbundmaterialien und/oder der (die) Beispielverbundmaterialbereich(e) 320 von 3A–3E im Wesentlichen identisch sind, kann die Kalibrierungsanordnung 300 überdies eine beliebige Anzahl und/oder (einen) beliebige(n) Typ(en) von zusätzlichen und/oder alternativen Verbundmaterialien und/oder Verbundmaterialbereichen umfassen.
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Der Beispielkalibrierungseinsatz 310 von 3A–3E umfasst im Wesentlichen reines Aluminium, in das mehrere im Wesentlichen reine Titanstifte und/oder Zylinder, von denen einer mit dem Bezugszeichen 335 bezeichnet ist, eingesetzt, eingeklebt und/oder eingepresst sind. Wie gezeigt, können die Beispieltitanstifte 335 in einer rechteckigen Matrix mit im Wesentlichen gleichen Abständen angeordnet sein, um ein Verbundmaterial oder einen Verbundmaterialbereich auszubilden. Der Durchmesser und Abstand der Titanstifte 335 können so ausgewählt werden, dass die Eigenschaft(en) eines speziellen Materials und/oder einer speziellen Legierung nachgebildet wird (werden) und/oder ein Verbundmaterial mit einer oder mehreren gewünschten Kalibrierungseigenschaften implementiert wird. Außerdem können der Durchmesser und/oder Abstand der Stifte so ausgewählt werden, dass die Beispielsensoren SS und LS die Stiftmatrix 320 vielmehr als Verbundmaterial als ihre Einzelkomponenten erfassen. Ein Beispielverbundmaterial 320 umfasst Titanstifte mit einem Durchmesser von 5/16'', die etwa 0,424 Zoll von Mitte zu Mitte voneinander beabstandet sind.
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Obwohl in 3A–3E nicht gezeigt, kann die Beispielkalibrierungsanordnung 300 eine beliebige Anzahl und/oder (einen) beliebige(n) Typ(en) von zusätzlichen Elementen umfassen, die den Kalibrierungseinsatz 310 innerhalb des Kalibrierungsblock 315 positionieren und/oder festhalten, das Untertagewerkzeug 305 innerhalb des Kalibrierungseinsatzes 310 positionieren und/oder festhalten und/oder das Tragen oder anderweitige Transportieren des Kalibrierungseinsatzes 310 erleichtern. Ferner kann ein Material (z. B. eine Abdeckung) auf dem Kalibrierungseinsatz 310 und dem Untertagewerkzeug 305 angeordnet werden, um die Anwesenheit von Wasser und/oder Feuchtigkeit zwischen dem Kalibrierungseinsatz 310 und dem Untertagewerkzeug 305 zu verringern und/oder im Wesentlichen zu verhindern. Solches Wasser und/oder solche Feuchtigkeit könnten zu einer ungenauen Kalibrierung führen. Es können auch Sperren an beiden Enden des Kalibrierungsblocks 315 vorhanden sein, um zu verhindern, dass irgendwelches Wasser, das den Kalibrierungsblock 315 umgeben kann, zwischen und/oder auf den Kalibrierungseinsatz 310 und/oder das Untertagewerkzeug 305 einsickert.
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Der Beispielkalibrierungseinsatz 310 von 3A–3E kann aus einem Rohling und/oder Block aus im Wesentlichen reinem Aluminium durch Bohren von rechteckigen Gittern von Löchern, in die die Beispieltitanstifte 335 gepresst und/oder eingesetzt werden, ausgebildet werden. Der Aluminiumrohling mit den eingesetzten Stiften 335 kann dann gefräst und/oder maschinell bearbeitet werden, um die in 3A–3E dargestellte Geometrie auszubilden. Alternativ kann der Aluminiumrohling gefräst und/oder maschinell bearbeitet werden, bevor die Löcher gebohrt werden und/oder die Titanstifte 335 eingesetzt werden.
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Obwohl das (die) Beispielverbundmaterial(ien) und/oder der (die) Beispielverbundmaterialbereich(e) 320 von 3A–3E Stiftmatrizes umfassen, können Verbundmaterialien aus Materialien mit anderen Abmessungen und/oder Geometrien ausgebildet werden. Wie in der Draufsicht bzw. Seitenquerschnittsansicht von 4A und 4B gezeigt, können beispielsweise zylindrische Stifte in einer hexagonförmigen Anordnung angeordnet werden. Wie in der Draufsicht bzw. der Seitenquerschnittsansicht von 5A und 5B gezeigt, können vielmehr rechteckige oder quadratische Stifte als zylindrische Stifte verwendet werden.
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Wie in den Querschnittsansichten von 6A, 6B, 7A, 7B, 8A und 8B gezeigt, können Verbundmaterialien durch Einbetten von einem oder mehreren Materialien in eine Oberfläche des Kalibrierungseinsatzes 310 ausgebildet werden. In dem Beispiel von 6A und 6B sind parallele Stäbe eines ersten Materials wie z. B. Titan, von denen einer mit dem Bezugszeichen 605 bezeichnet ist, in die obere Oberfläche 610 des Kalibrierungseinsatzes 310 eingebettet. In dem Beispiel von 7A und 7B ist ein rechteckförmiges Stück 705 eines ersten Materials wie z. B. Titan in die obere Oberfläche 610 des Kalibrierungseinsatzes 310 eingebettet. In dem Beispiel von 8A und 8B ist ein Laminat von zwei Stücken 805 und 810 aus verschiedenen Materialien in die obere Oberfläche 610 des Kalibrierungseinsatzes 310 eingebettet.
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Wie in 3A–3E, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B gezeigt, kann eine beliebige Anzahl und/oder (ein) beliebige(r) Typ(en) von Materialien mit verschiedenen Abmessungen und/oder Geometrien kombiniert und/oder zusammengefügt werden, um Verbundmaterialien auszubilden. Im Allgemeinen werden Materialien, Abmessungen und/oder Geometrien auf der Basis von irgendeiner Anzahl von Kriterien ausgewählt. Beispielkriterien umfassen Herstellbarkeit, Empfindlichkeit des Untertagewerkzeugs 305 für Signale mit verschiedenen Wellenlängen, Potential für korrosive Materialwechselwirkungen, Toleranz von Materialien gegen Oberflächenbehandlungen wie z. B. Eloxierung, Verfügbarkeit von Materialien, Intoleranz gegen eine Fehlausrichtung des Untertagewerkzeugs 305 und des Kalibrierungseinsatzes 310 und/oder den Umfang, in dem das Verbundmaterial erfasst, gemessen und/oder vielmehr als Verbundstoff als seine Bestandteile charakterisiert werden kann, sind jedoch nicht darauf begrenzt. Material- und/oder Geometrieauswahlen können auf der Basis der Kenntnis von gut bekannten Materialeigenschaften identifiziert werden und können dann unter Verwendung von Modellierungs- und/oder Simulationswerkzeugen ausgewertet werden, um die Material- und/oder Geometrieauswahlen zu bestätigen und/oder einzustellen.
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Verbundmaterialien können außerdem oder alternativ unter Verwendung von anderen Materialien als Metallen und/oder Metalllegierungen ausgebildet werden. Verbundmaterialien können beispielsweise aus (einer) beliebigen Kombination(en) von Metall(en), Legierung(en), Keramik(en), Kunststoff(en) und/oder Fluid(en) wie z. B. Wasser oder Öl ausgebildet werden. Im Allgemeinen können Materialien auf der Basis des (der) Typs (Typen) von Test(s), den (die) das Untertagewerkzeug 305 durchführen soll, ausgewählt werden. Metallmaterialien können beispielsweise für Dichtemessungen geeignet sein, wasserstoffhaltige Materialien wie z. B. Kunststoffe oder Wasser können für Neutronenporositätswerkzeuge und/oder Kombinationen von Metallen und Kunststoffen für elektromagnetische und/oder akustische Werkzeuge geeignet sein.
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9A–9F stellen Beispielnachbildungseigenschaften der Beispielstiftmatrix-Verbundmaterialien 320 von 3A–3E dar. Über die x-Achse von jedem der Beispielgraphen von 9A–9F befinden sich eine Referenzaluminiumlegierung Al 7049-T73, die nachgebildet werden soll, Stiftdurchmesser von 3/16'', 4/16'' und 5/16'' und ein festes Stück aus Titan. Der Beispielgraph von 9A zeigt scheinbare Dichtewerte, die durch den Sensor SS gemessen werden, und der Beispielgraph von 9B zeigt scheinbare Dichtewerte, die durch den Sensor LS gemessen werden. 9D stellt kompensierte Dichtewerte dar, die aus den scheinbaren Dichten von 9A und 9B berechnet wurden. 9C zeigt die Differenzen zwischen den kompensierten Dichten von 9D und den scheinbaren Dichten von 9B. 9E und 9F sind photoelektrische Faktoren, die unter Verwendung des Sensors SS bzw. des Sensors LS gemessen wurden. Wie in 9A–9E gezeigt, führt ein Stiftdurchmesser von 4/16'' zu Eigenschaften, die der Referenzaluminiumlegierung im Wesentlichen entsprechen, diese nachahmen und/oder nachbilden. Da in dem Beispiel von 3A–3E ein geringfügig höherer photoelektrischer Faktor im Bereich von [5, 6] erwünscht war, wurde ein Stiftdurchmesser von 5/16'' ausgewählt und folglich kann das Beispielverbundmaterial 320 von 3A–3E gegenüber der Aluminiumlegierung Al 7049-T73, die es ersetzen soll, überlegen sein. Wie das Beispiel von 9A–F darstellt, können ein oder mehrere Materialien und/oder Geometrien eines Verbundmaterials ausgewählt und/oder ausgelegt werden, um entweder eine oder mehrere Eigenschaften eines anderen Materials nachzuahmen und/oder nachzubilden, und/oder so, dass es einen oder mehrere spezifische Eigenschaftswerte aufweist. Das heißt, ein Verbundmaterial muss nicht dazu bestimmt sein, ein anderes Material nachzuahmen, nachzubilden und/oder zu ersetzen, sondern kann so ausgelegt sein, dass es spezifische und/oder gewünschte Eigenschaften aufweist.
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10A–10F stellen Beispielnachbildungseigenschaften für die Beispiel-Verbundmaterialgeometrie von 7A und 7B dar. Über der x-Achse von jedem der Beispielgraphen von 10A–10F befinden sich die Referenzaluminiumlegierung Al 7049-T73 und die Dicken des eingesetzten Materials 705 von 0,05'', 0,1'', 0,2'', 0,3'' und 0,4''. Dieselben Werte und/oder Eigenschaften sind jeweils in
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10A–10F wie in 9A–9F aufgetragen. Wie in 10A–10F gezeigt, ergibt eine Einsatzdicke von 0,1'' bis 0,2'' Materialeigenschaften, die zu jener der Referenzaluminiumlegierung im Wesentlichen ähnlich sind.
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Angesichts der vorangehenden Beschreibung und der Figuren sollte klar sein, dass die vorliegende Offenbarung Verbundmaterialien, die die Eigenschaften von anderen Materialien nachbilden und/oder nachahmen, und Kalibrierungsanordnungen unter Verwendung derselben einführt. Insbesondere führt die vorliegende Offenbarung Kalibrierungsanordnungen zur Verwendung beim Kalibrieren von Untertage-Formationsauswertungswerkzeugen mit einem ersten Körper mit einem ersten Material und mit einer ersten Geometrie, einem zweiten Körper mit einem zweiten Material, der so ausgebildet ist, dass er den ersten Körper aufnimmt, ein, wobei das erste und das zweite Material und die erste Geometrie so ausgewählt sind, dass eine Kalibrierungseigenschaft der Kalibrierungsanordnung im Wesentlichen einer entsprechenden Kalibrierungseigenschaft eines dritten Materials entspricht.
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Die vorliegende Offenbarung führt ferner Verfahren ein, einschließlich des Auswählens von ersten und zweiten Materialien, des Auswählens einer Geometrie, des maschinellen Bearbeitens des ersten Materials auf die Geometrie, um einen ersten Körper auszubilden, des maschinellen Bearbeitens des zweiten Materials, um einen zweiten Körper auszubilden, um den ersten Körper aufzunehmen, und des Zusammenfügens des maschinell bearbeiteten ersten und zweiten Körpers, um ein Verbundmaterial auszubilden, wobei das Verbundmaterial eine Kalibrierungseigenschaft aufweist, die im Wesentlichen einer entsprechenden Kalibrierungseigenschaft eines dritten Materials entspricht, wobei die Eigenschaft eine Dichte von Elektronen, eine effektive Atomnummer und/oder einen photoelektrischen Faktor umfasst und das dritte Material anders ist als das erste und das zweite Material.
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Die vorliegende Offenbarung führt überdies Verfahren ein, einschließlich des Übertragens eines Signals von einem Untertagewerkzeug, des Empfangens des Signals an einem Sensor des Untertagewerkzeugs durch ein Verbundmaterial, das aus zwei oder mehr anderen Materialien durch maschinelle Bearbeitung und/oder Zusammenfügung ausgebildet ist, wobei das Verbundmaterial derart konfiguriert ist, dass der Sensor dazu konfiguriert ist, eine Eigenschaft des Verbundmaterials zu messen, die im Wesentlichen ähnlich zu der für ein Kalibrierungsmaterial gemessenen ist; und des Einstellens einer Ausgabe des Sensors auf der Basis der gemessenen Eigenschaft des Verbundmaterials.
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Das Vorangehende umreißt Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass der Fachmann auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann auf dem Gebiet sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zum Entwerfen oder Modifizieren von anderen Prozessen und Strukturen zur Ausführung derselben Zwecke und/oder zum Erreichen derselben Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen verwenden kann. Der Fachmann auf dem Gebiet sollte auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Substitutionen und Veränderungen hier durchführen kann, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Die Zusammenfassung am Ende dieser Offenbarung ist im Einklang mit 37 CFR. § 1.72(b) vorgesehen, um dem Leser zu ermöglichen, den Charakter der technischen Offenbarung schnell zu ermitteln. Sie wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht verwendet wird, um den Schutzbereich oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder zu begrenzen.
