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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Einlagenmaterialien zur Verwendung für die Herstellung von Hohlladungen, die für verschiedene Anwendungen verwendet werden, darunter ohne Einschränkung Kohlenwasserstoffproduktion, Gebäudeabriss und andere Anwendungen.
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Hintergrund
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Bei der Kohlenwasserstoffproduktion werden Hohlladungen verwendet, um hydraulische Kommunikationsdurchgänge, als Perforationen bezeichnet, in einem in die Erde gebohrten Bohrloch zu schaffen. Die Perforationen werden benötigt, da die Bohrlochverrohrung typischerweise zusammen mit dem Bohrloch zementiert wird. Die zementierte Verrohrung isoliert die verschiedenen vom Bohrloch penetrierten Formationen hydraulisch.
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Hohlladungen umfassen typischerweise ein Gehäuse, eine Menge an Gesteinssprengstoffen und eine Einlage. Die Einlage kann verschiedene geometrische Formen wie Halbkugeln, Scheiben und Konen haben. Eine der häufigeren Formen ist im Allgemeinen konisch und wird durch Komprimieren von gepulvertem Metall geformt. Die Hauptbestandteile des gepulverten Metalls zur tiefen Penetration von Ladungen sind typischerweise Kupfer und Wolfram, mit geringeren Mengen an formbaren Materialien wie Blei oder Tantal, die als Bindemittel dienen.
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Es sind Versuche unternommen worden, durch die Verwendung von Mischungen aus gepulverten Metallen zur Bildung der Einlagen Einlagenentwürfe und Penetrationstiefen zu verbessern, wobei die gepulverten Metalle eine höhere Dichte als traditionelle Kupfer-/Wolfram-Einlagen haben, aber noch größere Penetrationstiefen, die über die durch die oben beschriebenen erreichten hinausgehen, sind nach wie vor wünschenswert. Ansätze zur Erhöhung der Dichte einer Einlage umfassten Verfahren zum Herauspressen darin enthaltener Hohlräume unter Anwendung höherer Presskräfte und durch Anwendung wiederholter Pressschritte und Annealing zwischen Schritten. Jedoch können diese Ansätze das Zerstoßen von Partikeln und Kaltverfestigung zur Folge haben, was zu unerwünschten metallurgischen Ergebnissen führt.
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Daher ist ein Bedarf nach einer Hohlladung entstanden, die bei Verwendung zur Perforation eines Bohrlochs verbesserte Penetrationstiefen erzielt. Es ist auch ein Bedarf nach einer solchen Hohlladung mit einer Einlage entstanden, die gepulverte Materialmischungen mit höherer Dichte und/oder höherer akustischer Impedanz umfasst, um verbesserte Penetrationstiefen zu erreichen.
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US 2010 / 0 154 670 A1 betrifft eine Auskleidung für eine Hohlladung, die eine hochleistungsfähige pulverisierte Metallmischung verwendet, um verbesserte Eindringtiefen während der Perforation eines Bohrlochs zu erreichen. Die pulverförmige Hochleistungsmetallmischung enthält pulverförmiges Wolfram und pulverförmiges Metallbindemittel. Das pulverförmige Metallbindemittel kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Tantal, Molybdän, Blei, Kupfer und einer Kombination davon besteht. Diese Mischung wird unter Druck zu einer im Wesentlichen konisch geformten Auskleidung geformt.
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US 2002 / 0 129 726 A1 betrifft eine Hohlladungsvorrichtung mit einer verbesserten Auskleidung für eine Hohlladung, die aus einer Kombination von pulverisiertem Schwermetall und Metallbinder besteht. Pulverisiertes Schwermetall und Metallbindemittel werden unter sehr hohem Druck zu einer starren Formladungsauskleidung geformt. Das Metallbindemittel kann in Pulverform vorliegen oder zur Beschichtung der pulverförmigen Schwermetallteilchen vor der Formung verwendet werden. Die Auskleidung kann auch einen relativ geringen Prozentsatz anderer Materialien zur Verbesserung der Schmierung oder Korrosionsbeständigkeit enthalten.
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WO 2005 / 035 939 A1 betrifft ein Öl- und Gasbohrlochperforator mit Hohlladung, der in der Lage ist, nach der Detonation eine exotherme Reaktion auszulösen, umfasst ein Gehäuse, einen hochexplosiven Stoff und eine reaktive Auskleidung, wobei der hochexplosive Stoff zwischen der reaktiven Auskleidung und dem Gehäuse angeordnet ist. Die reaktive Einlage wird aus einer Zusammensetzung hergestellt, die in der Lage ist, eine exotherme Reaktion während der Bildung des Schneidstrahls aufrechtzuerhalten. Die Zusammensetzung kann aus jeder bekannten Formulierung ausgewählt werden, die für die Verwendung in einem Öl- und Gasbohrlochperforator geeignet ist. Typischerweise umfasst die Zusammensetzung mindestens ein Metall und mindestens ein Nichtmetall, wobei das Nichtmetall aus einem Metalloxid oder einem Nichtmetall der Gruppe III oder Gruppe IV oder mindestens zwei Metallen ausgewählt wird, um eine intermetallische Reaktion zu bilden. Typischerweise kann mindestens eines der Metalle in der Erfindung aus Al, Ce, Li, Mg, Mo, Ni, Nb, Pb, Pd, Ta, Ti, Zn oder Zr ausgewählt werden. Die Auskleidungszusammensetzung kann vorzugsweise eine gepresste partikelförmige Zusammensetzung sein, so dass das Material unter Druck verfestigt wird, um die gewünschte Form der Auskleidung zu bilden. Zur Unterstützung der Verfestigung kann auch ein Bindemittel hinzugefügt werden.
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GB 2 476 993 A betrifft ein Material, das in einer linearen Hohlladung verwendet wird und Teilchen umfasst, die in einer Polymermatrix dispergiert sind. Die Teilchen enthalten mindestens ein Metall und sind in der Polymermatrix mit einer Dichte von mindestens 0,6 der Dichte des mindestens eines Metalls gepackt.
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US 2009 / 0 151 949 A1 betrifft eine Vorrichtung, die in einem Bohrloch verwendet werden kann, umfassend ein Perforationssystem, das so ausgelegt ist, dass es im Bohrloch abgefeuert werden kann. Das Perforationssystem umfasst eine Komponente, die eine Legierung enthält, die ein negatives Korrosionspotenzial aufweist und nicht in der Lage ist, zu passivieren oder sich selbst zu schützen, während sie in dem Bohrloch eingesetzt wird. Das Bauteil ist so beschaffen, dass es sich in Reaktion auf den Abschuss des Perforationssystems zersetzt und im Wesentlichen keine Trümmer bildet.
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US 2012 / 0 085 585 A1 betrifft einen Verbundwerkstoff, der eine Vielzahl von harten Teilchen umfasst, die von einem Matrixmaterial umgeben sind, das eine Vielzahl von Nanopartikeln umfasst. Erdbohrwerkzeuge, die das Verbundmaterial enthalten, und Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials werden ebenfalls offenbart. Ein polykristallines Material mit einem Katalysatormaterial, das Nanopartikel in Zwischenräumen zwischen miteinander verbundenen Kristallen des polykristallinen Materials enthält, und Verfahren zur Herstellung des polykristallinen Materials werden ebenfalls offenbart.
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WO 2004 / 048 880 A1 betrifft bicyclische heterocyclische Gruppen der allgemeinen Formel worin R<a>, R, R<c>, R<d> und X wie in Anspruch 1 definiert sind, die Tautomere, die Stereoisomere, die Mischungen und die Salze davon, insbesondere die physiologisch akzeptablen Salze davon mit anorganischen oder organischen Säuren, die wertvolle pharmakologische Eigenschaften haben, insbesondere eine hemmende Wirkung auf die durch Tyrosinkinasen vermittelte Signaltransduktion, ihre Verwendung zur Behandlung von Krankheiten, insbesondere von Tumorerkrankungen, sowie von benigner Prostatahyperplasie (BPH), Lungen- und Atemwegserkrankungen, und ihre Herstellung.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGEN
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiter Einlagenmischungen, die durch Hinzufügung wesentlicher Mengen von Partikeln in Nanogröße, die Duktilität aufweisen oder Duktilität fördern, um das Zersplittern der Einlage während des Pressens zu verhindern, hergestellt werden. Diese Materialien auf Nanopartikelebene umfassen Wolfram, Kupfer, Tantal, Bismut, Blei und Nickel. Mischungen aus Nanopartikelmaterialien können ebenfalls verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiter Einlagenmischungen, die durch Hinzufügung von Partikeln in Nanogröße, die reaktive Qualitäten zum Herstellen einer sekundären Reaktion im Perforationstunnel aufweisen, hergestellt werden. Diese Materialien umfassen Aluminium, Zink, Magnesium, Niobium, Zirkonium und Titan.
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Figurenliste
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Die Zeichnung ist in die Patentschrift integriert und bildet einen Teil davon, um zumindest eine Ausführungsform und ein Beispiel der vorliegenden Erfindung darzustellen. Zusammen mit der schriftlichen Beschreibung dient die Zeichnung dazu, die Grundgedanken der Erfindung zu erläutern. Die Zeichnung dient lediglich dem Zweck der Darstellung zumindest eines bevorzugten Beispiels von zumindest einer Ausführungsform der Erfindung und ist nicht als die Erfindung nur auf das/die dargestellte(n) und beschriebene(n) Beispiel oder Beispiele einschränkend auszulegen. Die verschiedenen Vorteile und Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch Betrachtung der Zeichnung ersichtlich, wobei:
- 1 eine Querschnittsansicht einer für Bohrlochperforationsvorgänge verwendete Hohlladung ist;
- 2 eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts von üblichem Einlagenmaterial ist; und
- 3 eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts von Einlagenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Hohlladungen umfassen typischerweise ein Gehäuse, eine Menge an Gesteinssprengstoffen und eine Einlage. Die Einlage kann verschiedene geometrische Formen wie Halbkugeln, Scheiben und Konen haben. Eine der häufigeren Formen ist im Allgemeinen konisch und wird durch Komprimieren von gepulvertem Metall geformt. Die Hauptbestandteile des gepulverten Metalls zur tiefen Penetration von Ladungen sind typischerweise Kupfer und Wolfram, mit geringeren Mengen an formbaren Materialien wie Blei oder Tantal, die als Bindemittel dienen.
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Im Einsatz wird die Perforation durch Detonation des Sprengstoffs hergestellt, was die Einlage zum Einsturz bringt. Die einstürzende Einlage stößt mit sehr hoher Geschwindigkeit von der Hohlladung einen Strahl heißes Metall aus. Der Strahl ist bevorzugt in einem plasmatischen Zustand. Der Strahl kann das Gehäuse (falls vorhanden), den Zement (falls vorhanden) und die Formation penetrieren, wodurch sich eine Perforation bildet.
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Die Penetrationstiefe der Perforation in die Formation hängt wesentlich vom Entwurf der Hohlladung ab, und insbesondere von den mit der Einlage assoziierten Charakteristika. Die Physik der Penetrationsmechanik zeigt, dass die Einlagendichte ein wichtiger Parameter ist und allgemein die Perforationsleistung einer Hohlladung desto größer ist, je dichter die Einlage ist. Die Produktionsrate von Fluiden durch solche Perforationen wird durch den Durchmesser der Perforationen und die Penetrationstiefe der Perforationen bestimmt. Die Produktionsrate erhöht sich, wenn sich entweder der Durchmesser oder die Penetrationstiefe der Perforationen erhöht. Die Penetrationstiefe der Perforationen hängt unter anderem von den Materialeigenschaften der Einlage ab. Basierend auf der Physik der Penetrationsmechanik und unterstützender Testdaten ist festgestellt worden, dass die Penetrationstiefe auch von der Schallgeschwindigkeit der Metallmischung der Einlage abhängt. Folglich ist es die akustische Impedanz (das Produkt der Dichte und der Schallgeschwindigkeit) der Metallmischung der Einlage, die die Penetrationstiefe der Perforationen bestimmt. Daher sollten zur Optimierung der Penetrationstiefe die akustische Impedanz und die Dichte des Einlagenmaterials berücksichtigt werden.
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Ansätze zur Erhöhung der Dichte einer Einlage umfassten Verfahren zum Herauspressen der Hohlräume unter Anwendung höherer Presskräfte und durch Anwendung wiederholter Pressschritte und Annealing zwischen Schritten. Wenn diese Ansätze angewandt werden, kann dies jedoch das Zerstoßen von Partikeln und Kaltverfestigung zur Folge haben, was zu unerwünschten metallurgischen Ergebnissen führt.
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Es sind Versuche unternommen worden, die Einlagenentwürfe durch Verwendung von Mischungen aus gepulverten Metallen mit einer höheren Dichte als die traditionelle Kupfer-/Wolfram-Einlage zu verbessern. Zum Beispiel sind Versuche unternommen worden, eine Einlage unter Verwendung einer Mischung aus gepulvertem Graphit, Wolfram, Kupfer, Blei, Nickel, Aluminium, Tantal und Molybdän zu entwerfen. Diese Mischung erzielt eine höhere Penetrationstiefe als typische Kupfer-Blei-Einlagen. Siehe zum Beispiel die gepulverten Einlagenmaterialmischungen, die im
US-Patent 7,811,354 , im Eigentum der Halliburton Energy Services, Inc., beschrieben werden, das durch Verweis vollständig für alle Zwecke in dieses Dokument einbezogen ist.
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Diese gepulverten Metalle sind in verschiedenen Partikelgrößen erhältlich, allgemein in Größen über 5 Mikrometer, und sie werden miteinander vermischt, um maßgefertigte Mischungen mit bestimmten Partikelgrößenverteilungen im Mikrometerbereich zu erhalten. Der Begriff „gepulvert“ (und seine Ableitungen) wie in diesem Dokument verwendet bedeutet in Bezug auf ein Material wie Metall oder Bindemetall oder die Materialgröße, dass die Partikel größer als Nanopartikel sind und allgemein eine Größe von 5 Mikrometern (5000 Nanometer (nm)) oder mehr haben. Ähnlich kann der Begriff „Schüttpartikel“ oder ähnliches verwendet werden, um Partikel dieser Größenspanne zu bezeichnen.
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Sofern der Kontext nichts anderes erfordert, bezieht sich „Partikel“ wie in diesem Dokument verwendet auf einen Körper mit einer begrenzten Masse und ausreichend Kohäsion, sodass er als eine Einheit betrachtet werden kann, aber relativ geringe Maße hat. Ein Partikel kann abhängig vom Kontext jede Größe von der molekularen Skala bis hin zu makroskopisch haben.
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Der Begriff „Nanopartikel“ oder „Partikel in Nanogröße“ (oder Ableitungen) wie in diesem Dokument verwendet bezeichnet Partikel mit einem oder mehreren Maßen in der Ordnung von etwa 1-2000 Nanometern (nm). Manchmal werden solche Partikel als ultrafeine Partikel oder feine Partikel bezeichnet. Diese Partikel werden so ausgewählt, dass sie in die Hohlräume zwischen den Schüttpartikeln oder gepulverten Partikeln passen. Die Eigenschaften einiger konventioneller Materialien ändern sich in der Form von Nanopartikeln im Vergleich zu Schüttpartikeln.
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Wenn solche Materialien im Mikrometerbereich verwendet werden, um eine Einlage zu bilden, bleiben nach der Bildung Hohlräume oder Leerräume, was dazu führt, dass die Gesamtdichte der Einlage geringer als die theoretische Dichte der Materialien in der Mischung ist. Zum Beispiel hat eine typisch gepresste Einlage für eine Hochleistungshohlladung typischerweise eine Gesamtdichte im Bereich von etwa 13,6-14,2 g/cc, aber die theoretische Dichte ist in Wirklichkeit näher an 16,2 g/cc.
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Theoretisch „fehlen“ dem Leerraum in der obigen beispielhaften Einlage weitere 2,0-2,6 c/cc an Material von ähnlicher Dichte, oder er könnte diese enthalten. Würde der Leerraum mit Nanopartikeln derselben Dichte wie die Einlage gefüllt, könnte in diesem speziellen Beispiel eine Schüttdichteerhöhung von 1 bis etwa 20 Prozent (theoretisch) erreicht werden. In diesem Beispiel kann das Gewicht der Einlage durch Hinzufügung von Nanopartikeln bei einer gegebenen Einlagengröße (Volumen) um bis zu etwa 20 % erhöht werden, wobei die Nanopartikel bis zu etwa 20 Gew.-% der Einlage umfassen. Dies ist nur ein Beispiel basierend auf einer typischen Ladungseinlage. Ein Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Einlagenmaterialien mit verschiedenen Bestandspartikeln verschiedene potenzielle Bereiche an Nanopartikeln (nach Gewicht, nach Volumen usw.) bereitstellen, die eingesetzt werden können.
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Die in diesem Dokument offenbarte vorliegende Erfindung umfasst Einlagenmaterialmischungen für Hohlladungseinlagen, die durch Hinzufügung wesentlicher Mengen an Nanopartikeln zum Füllen der Hohlräume, die andernfalls in üblichen Mischungen aus gepulverten Materialien auftreten würden, hergestellt werden und Einlagen mit höheren Dichten und/oder höherer akustischer Impedanz erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Hohlladungsvorrichtung bereit. Die vorliegende Erfindung umfasst aus Mischungen aus Materialien gebildete Einlagen, die Partikel in Nanogröße, oder Nanopartikel, beinhalten. Genauer auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um auf gleiche oder entsprechende Teile Bezug zu nehmen, wird in 1 ein Querschnitt einer Hohlladung 10 gezeigt, die bei der Bohrlochperforation gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Hohlladung 10 hat ein allgemein zylindrisch geformtes Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 kann aus Stahl oder anderem geeigneten Material geformt sein. Im Gehäuse 12 ist eine Menge an Gesteinssprengstoffpulver 14 angeordnet. Das Gesteinssprengstoffpulver 14 kann aus vielen ausgewählt werden, die im Stand der Technik zur Verwendung in Hohlladungen bekannt sind, wie zum Beispiel die folgenden, die unter Handelsbezeichnungen verkauft werden, wie zum Beispiel HMX, HNS, RDX und PYX. In der dargestellten Ausführungsform wird Gesteinssprengstoffpulver 14 unter Einsatz eines von einer Sprengschnur 16 bereitgestellten Sprengsignals zum Detonieren gebracht. Zwischen der Sprengschnur 16 und dem Gesteinssprengstoffpulver 14 kann ein Booster-Sprengstoff (nicht gezeigt) verwendet werden, um das Sprengsignal effektiv von der Sprengschnur 16 auf das Gesteinssprengstoffpulver 14 zu übertragen.
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Eine Einlage 18 ist ebenfalls im Gehäuse 12 angeordnet, sodass der Gesteinssprengstoff 14 das Volumen zwischen dem Gehäuse 12 und der Einlage 18 im Wesentlichen füllt. Die Einlage 18 der vorliegenden Erfindung wird durch Pressen einer gepulverten Metallmischung unter sehr hohem Druck gebildet. Nach dem Pressverfahren wird die Einlage 18 zu einem allgemein konisch geformten starren Körper, der sich im Wesentlichen wie eine feste Masse verhält.
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Wenn im Einsatz das Gesteinssprengstoffpulver 14 unter Verwendung der Sprengschnur 16 zum Detonieren gebracht wird, bringt die Kraft der Detonation die Einlage 18 zum Einstürzen, was dazu führt, dass die Einlage 18 in Form eines Strahls, der sich mit sehr hoher Geschwindigkeit zum Beispiel in Richtung einer Bohrlochverrohrung bewegt, aus dem Gehäuse 12 ausgestoßen wird. Der Strahl penetriert die Bohrlochverrohrung, den Zement und die Formation und bildet dadurch eine Perforation.
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2 stellt eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer üblichen Einlage 18 dar, die durch Zusammenpressformationsverfahren unter Verwendung von gepulverten Metallbestandteilen gebildet wird. In 2 sind die Bestandsmaterialien Wolfram, Kupfer, Blei und Graphit. Es sind Hohlräume 40 von verschiedenen Größen zwischen den Schüttmaterialpartikeln zu erkennen, die die Dichte der Einlage verringern und die potenzielle Penetrationstiefe der Hohlladung negativ reduzieren.
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Theoretisch könnte die Einlage 18 vollständig aus Wolfram hergestellt werden. Dies ist aufgrund von Herstellungsschwierigkeiten jedoch nicht praktisch, da Wolframpartikel so hart sind, dass sie sich, Partikel gegen Partikel, nicht leicht verformen, um eine Einlage mit struktureller Integrität zu bilden. Anders gesagt zerbröckelt eine vollständig aus Wolfram gefertigte Einlage leicht und ist zu zerbrechlich für die Verwendung in der Hohlladung 10. Es sind Versuche unternommen worden, solche Einlagen durch Hinzufügung eines formbaren Materials wie Blei oder Zinn als Bindemittel zu stärken. Diese Materialien haben im Vergleich zu Wolfram geringe Dichten. Daher ist die sich ergebende Penetrationstiefe einer aus einer Kombination aus Wolfram und entweder Blei oder Zinn als Bindemittel gefertigten Einlage nicht optimal.
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3 stellt eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Einlage 18 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Einlage 18 der vorliegenden Erfindung verwendet Partikel in Nanogröße 60, die zwischen die Schüttmaterialpartikel 50 passen, um die Einlagendichte zu erhöhen. Wie in 3 dargestellt, werden die Hohlräume 40 (oder der Leerraum) im Material reduziert.
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Die Mischung aus gepulvertem Metall, die verwendet wird, um zusammenpressend einen starren Einlagenkörper der vorliegenden Erfindung zu bilden, umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mischung aus gepulvertem Metall, gepulverten Bindematerialien und einer ausgewählten Menge an Nanopartikelmaterial. Zum Beispiel kann das gepulverte Metall Wolfram, Kupfer oder eine Kombination davon umfassen. Es können andere im Stand der Technik bekannte oder bekannt werdende Materialien verwendet werden.
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Das gepulverte Metallbindemittel kann Tantal, Molybdän, Blei, Kupfer oder eine Kombination davon umfassen. Es können andere im Stand der Technik bekannte oder bekannt werdende Bindematerialien verwendet werden.
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Metallnanopartikel, die verwendet werden können, um die Dichte oder das Gewicht einer Einlage zu erhöhen, umfassen Wolfram, Kupfer, Tantal, Bismut, Blei, Nickel und Kombinationen davon. Reaktive Nanopartikel, die in der Einlage eingesetzt werden können, umfassen Aluminium, Zink, Magnesium, Zirkonium, Titan und Kombinationen davon. Das in der Einlage verwendete Nanopartikelmaterial kann ein einzelner Bestandteil (z. B. Blei) oder eine Mischung aus Bestandteilen (z. B. Blei, Zink und Wolfram) sein, wobei die Bestandteile Nanopartikel sind.
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In bestimmten Ausführungsformen der Mischungen liegt das gepulverte Metall (z. B. Wolfram) im Bereich von etwa 50 bis 98 Gewichtsprozent; liegt das gepulverte Metallbindemittel im Bereich von etwa 1 bis 49 Gewichtsprozent; und liegt das Nanopartikelmaterial im Bereich von 1-49 Gewichtsprozent. Die Mischung kann zusätzlich ein Schmiermittel enthalten, typischerweise Graphit und/oder Öl, welches auch wirken kann, um die Oxidation der Metalle zu verringern. Bei Verwendung der Mischungen der vorliegenden Erfindung zum Bilden einer Hohlladungseinlage durch Zusammenpressen wird die erwartete Penetrationstiefe der Hohlladung im Vergleich zu Penetrationstiefen, die durch Hohlladungen von ähnlicher Größe mit Einlagen aus im Stand der Technik bekannten Zusammensetzungen erreicht werden, verbessert.
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Verfahren zur Anwendung der in diesem Dokument offenbarten Erfindungen können gemäß den einem Fachmann bekannten Verfahren variieren. Insbesondere können solche Einlagen gemäß in diesem Dokument offenbarten Verfahren wie folgt verwendet werden. Verfahren zur Bildung einer Einlage zur Verwendung in einer Hohlladung, umfassend: Vermischen von gepulvertem Metall, gepulvertem Metallbindemittel und einer ausgewählten Menge an Nanopartikelmaterial zum Herstellen einer Mischung; und Formen der Mischung zu einem im Wesentlichen konischen starren Körper durch Zusammenpressen. Dieses Verfahren kann zusätzlich jede Kombination, in jeder Reihenfolge, der folgenden Schritte und/oder Zustände umfassen, nämlich: wobei das Nanopartikelmaterial Metall ist; wobei das Nanopartikelmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Tantal, Bismut, Blei, Nickel und Kombinationen davon besteht; wobei das Nanopartikelmaterial eine Mischung aus Nanopartikelbestandteilen ist; wobei die Mischung ungefähr 50-98 Gewichtsprozent gepulvertes Wolfram, 1-49 Gewichtsprozent gepulvertes Metallbindemittel, 1-49 Gewichtsprozent Nanopartikelmaterial umfasst; wobei das gepulverte Bindemittelmetall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Blei, Molybdän, Tantal, Kupfer, Aluminium und Kombinationen davon besteht; wobei das Nanopartikelmaterial aus einer Gruppe aus reaktiven Materialien ausgewählt ist, die aus Aluminium, Zink, Niobium, Magnesium, Zirkonium, Titan und Kombinationen davon besteht; und wobei die Mischung weiter ein Schmiermittel umfasst.
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Weitere Verfahren umfassen ein Verfahren zum Penetrieren einer unterirdischen Formation von einem sich dadurch erstreckenden Bohrloch, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Positionieren einer Vielzahl von Hohlladungen im Bohrloch, wobei jede der Hohlladungen ein Gehäuse, eine Menge an im Gehäuse positioniertem Gesteinssprengstoff und eine im Gehäuse positionierte Einlage aufweist, sodass die Menge an Gesteinssprengstoff zwischen dem Gehäuse und der Einlage positioniert ist, und wobei die Einlage ein aus einer Mischung aus gepulvertem Metall, gepulvertem Metallbindemittel und einer ausgewählten Menge an Nanopartikelmaterial hergestellter starrer Körper ist; Detonieren der Menge an in jeder Hohlladung positioniertem Gesteinssprengstoff; Ausstoßen eines im Wesentlichen aus der Einlage hergestellten Strahls aus jeder Hohlladung mit hoher Geschwindigkeit; und Penetrieren der Formation, wodurch Perforationen entstehen, die sich in die Formation erstrecken. Bei solchen Verfahren kann das Nanopartikelmaterial eine Mischung aus zwei oder mehr Nanopartikelbestandteilen sein, kann Metall sein, und kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Wolfram, Kupfer, Tantal, Bismut, Blei, Nickel und Kombinationen davon besteht. Weiter kann das Verfahren angewandt werden, wobei die Mischung etwa 50-98 Gewichtsprozent gepulverten Wolfram, 1-49 Gewichtsprozent gepulvertes Metallbindemittel und 1-49 Gewichtsprozent Nanopartikelmaterial umfasst. Weiter können solche Verfahren einen oder mehrere der folgenden Zustände oder Schritte umfassen, in jeder Reihenfolge: wobei das gepulverte Bindemetall aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Blei, Molybdän, Tantal, Kupfer, Aluminium und Kombinationen daraus besteht; wobei das Nanopartikelmaterial aus einer Gruppe aus reaktiven Nanopartikelmaterialien ausgewählt ist, die aus Aluminium, Niobium, Zink, Magnesium, Zirkonium, Titan und Kombinationen davon besteht; wobei die Mischung weiter ein Schmiermittel umfasst; den Schritt des Positionierens einer Menge des reaktiven Nanopartikelmaterials in den Perforationen; den Schritt des Reagierens der reaktiven Nanopartikelmaterialien in der Perforation mit In-situ-Fluid. Die reaktiven Nanopartikelmaterialien werden in die Formation ausgestoßen oder anderweitig bewegt, spezifischer in den oder entlang der Penetrationen, die sich durch die Formation erstrecken. Die reaktiven Nanopartikel reagieren dann bei Vorhandensein eines entsprechenden reaktiven Fluids oder Materials. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das entsprechende reaktive Fluid ein Fluid am Ort der Formation. Alternativ kann ein entsprechendes reaktives Fluid vor, während oder nach der Penetration durch Injektion, Pumpen usw. eingeführt werden. Das/die entsprechende(n) Fluid(e) kann/können Kohlenwasserstoffe, Lauge, Wasser usw. sein.
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Während diese Erfindung mit einem Bezug auf illustrative Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist diese Beschreibung nicht zur Auslegung in einschränkender Weise gedacht. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der illustrativen Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden einem Fachmann unter Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich. Es ist daher vorgesehen, dass die beigefügten Patentansprüche solche Modifikationen und Ausführungsformen einschließen.
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Während Zusammensetzungen und Verfahren in Form von verschiedene Komponenten und Schritte „umfassend“, „enthaltend“ oder „einschließend“ beschrieben werden, können die Zusammensetzungen und Verfahren auch „im Wesentlichen aus“ den verschiedenen Komponenten und Schritten „bestehen“ oder daraus „bestehen“. Die Wörter „umfassen“, „haben“, „einschließen“ wie in diesem Dokument verwendet und alle grammatischen Variationen davon sollen alle eine offene, nicht einschränkende Bedeutung haben, die keine zusätzlichen Elemente oder Schritte ausschließt.
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Daher sind die vorliegenden Erfindungen gut zum Ausführen der Zwecke und Erreichen der erwähnten Ziele und Vorteile sowie derjenigen, die diesen inhärent sind, geeignet. Während die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele der Erfindungen dargestellt und beschrieben wurde und dadurch definiert ist, stellt solch ein Verweis keine Einschränkung der Erfindungen dar, und es kann keine Einschränkung gefolgert werden. Die Erfindungen sind zu wesentlicher Modifikation, Veränderung und Äquivalenten in Form und Funktion in der Lage, wie es einem Fachmann, der den Vorteil dieser Offenbarung hat, ersichtlich wird. Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindungen sind lediglich beispielhaft und schöpfen den Umfang der Erfindungen nicht aus. Folglich sollen die Erfindungen ausschließlich durch den Geist und Umfang der angehängten Patentansprüche eingeschränkt werden, wobei Äquivalente in jeder Hinsicht vollständig zur Kenntnis genommen werden.
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Auch haben die Begriffe in den Patentansprüchen ihre offensichtliche, gewöhnliche Bedeutung, sofern nicht vom Patentinhaber ausdrücklich und eindeutig anderweitig definiert. Außerdem sind die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ wie in den Patentansprüchen verwendet in diesem Dokument so definiert, dass sie ein oder mehr als eines der Elemente, die sie vorstellen, bedeuten. Falls es einen Konflikt hinsichtlich der Verwendung eines Wortes oder Begriffs in dieser Patentschrift und einem oder mehreren Patenten oder anderen Dokumenten gibt, die durch Verweis in dieses Dokument einbezogen sein können, sollen die Definitionen, die mit dieser Patentschrift übereinstimmen, angenommen werden.
