NO20131664A1

NO20131664A1 - Selektivt hydraulisk bruddverktøy og tilhørende fremgangsmåte.

Info

Publication number: NO20131664A1
Application number: NO20131664A
Authority: NO
Inventors: Matthew Mccoy; Matthew Solfronk
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-01-13
Also published as: CA2841078A1; US20130025876A1; WO2013015992A2; WO2013015992A3; AU2012287346B2; CN103688014A; AU2012287346A1; CA2841078C; GB2506772A; GB201322012D0; CN103688014B; US8783365B2

Description

SELEKTIVT HYDRAULISK BRUDDVERKTØY OG TILHØRENDE FRAMGANGSMÅTE

KRYSSREFERANSE TIL RELATERTE PATENTSØKNADER

[0001] Denne søknaden krever fordelen av US patentsøknad nr. 13/193 028, inngitt 28. juli 2011, som er inkorporert her i sin helhet ved referanse.

BAKGRUNN

[0002] I bore- og kompletteringsbransjen er det vanlig å danne borehull med tanke på produksjon eller injeksjon av fluider. Borehullene brukes til leting eller utvinning av naturressurser som hydrokarboner, olje, gass, vann og C02-sekvestrering. For å bedre produksjonen og øke utvinningshastighetene fra et underjordisk borehull kan formasjonsveggene i borehullet sprekkes opp ved hjelp av trykksatt sementblanding, proppant som inneholder bruddfluid, eller andre behandlingsfluider. Sprekkene i formasjons veggen kan holdes åpne ved hjelp av støvpartiklene så snart injeksjonen av bruddfluider er ferdig.

[0003] Et konvensjonelt bruddsystem fører trykksatt bruddfluid gjennom en rørstreng som strekker seg ned gjennom borehullet som går gjennom sonene som skal oppsprekkes. Strengen kan omfatte ventiler som åpnes for å tillate bruddfluidet å dirigeres mot en målsone. For å fjernåpne ventilene fra overflaten slippes en kule ned i strengen og lander på et kulesete tilknyttet en bestemt ventil for å blokkere fluidstrømning gjennom strengen og deretter bygge opp trykk i borehullet over kulen, noe som tvinger en hylse nede i borehullet som dermed åpner en port i veggen på strengen. Når flere soner er involvert, er kulesetene av ulike størrelser med et sete lengst ned i borehullet som det minste og et sete lengst opp i borehullet som det største, slik at kuler av økende diameter slippes i rekkefølge ned i strengen for å i rekkefølge åpne ventilene fra enden nederst i borehullet til en ende øverst i borehullet. Dermed sprekkes borehullsonene opp fra bunnen og opp ved å starte med å sprekke opp en sone lengst ned i borehullet og arbeide seg opp mot en sone lengst opp i borehullet.

[0004] For å unngå uunngåelige komplikasjoner i forbindelse med å bruke kuleseter av ulik størrelse, der det minste kan hindre strømmen gjennom strømmen for mye, og tilsvarende kuler av ulik størrelse, er det foreslått å bruke deformerbare kuler og kuleseter, men hastigheten kulene tvinges gjennom kulesetene med, medfører ytterligere kompleksiteter som omfatter å håndtere ulike deformeringshastigheter hos det valgte materialet, ettersom det kanskje ikke fungerer som ønsket i borehullmiljøer. Til tross for at det gir visse fordeler framfor å bruke kuler av ulik størrelse, er rekkefølgen av bruddoperasj onene også fortsatt begrenset til å utføres fra bunnen og opp.

KORT BESKRIVELSE

[0005] Et selektivt borehullverktøy omfatter en rørkonstruksjon med en langsgående boring som gjør det mulig for fluider å passere derigjennom, og med en ventilåpning i en vegg på rørkonstruksjonen; et utvidbart kulesete som er selektivt bevegelig mellom en første størrelse som er dimensjonert til å fange en kule for å blokkere strømning gjennom rørkonstruksjonen, og en større andre størrelse som er dimensjonert til å frigi kulen gjennom rørkonstruksjonen; og et ventildeksel som er langsgående bevegelig inne i rørkonstruksjonen, der ventildekselet omfatter en oppløselig innsats.

[0006] En framgangsmåte for å operere borehullverktøyet, der framgangsmåten omfatter å kjøre borehullverktøyet ned i et borehull, der verktøyet omfatter en rørkonstruksjon med en ventilåpning dekket av et ventildeksel; å bevege ventildekselet langsgående for å avdekke ventilåpningen; å igjen dekke ventilåpningen med ventildekselet etter en operasjon gjennom ventilåpningen; og å oppløse en del av ventildekselet for å igjen eksponere ventilåpningen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0007] Følgende beskrivelser må ikke anses som begrensende på noe vis. Ved henvisning til de medfølgende tegningene har like elementer like henvisningstall:

[0008] Fig. 1 avbilder et tverrsnitt av en eksemplarisk utførelsesform av et selektivt hydraulisk bruddverktøy i en innkjøringsposisjon;

[0009] Fig. 2A-2C avbilder perspektivriss og tverrsnitt av en eksemplarisk utførelsesform av et kulesete for bruk inne i det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 1;

[0010] Fig. 3 avbilder et skjematisk riss av en eksemplarisk utførelsesform av en del av en vekslevei og vekslenål for delen av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 1;

[0011] Fig. 4 avbilder et tverrsnitt av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 1 med en kule sluppet og trykk oppbygd i seg;

[0012] Fig. 5 avbilder et skjematisk riss av delen av veksleveien og vekslenålen for delen av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 4;

[0013] Fig. 6 avbilder et tverrsnitt av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 1 med et kulesete utvidet;

[0014] Fig. 7 avbilder et skjematisk riss av delen av veksleveien og vekslenålen for delen av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 6;

[0015] Fig. 8 avbilder et tverrsnitt av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 1 med kulesetet sammentrukket;

[0016] Fig. 9 avbilder et skjematisk riss av delen av veksleveien og vekslenålen for delen av det selektive hydrauliske bruddverktøyet i fig. 8;

[0017] Fig. 10 avbilder et skjematisk riss av en bruddrekkefølge av operasjon i henhold til kjent teknikk som kan oppnås med det selektive hydrauliske bruddverktøyet;

[0018] Fig. 11 avbilder et skjematisk riss av en eksemplarisk utførelsesform av en annen bruddrekkefølge av operasjon som kan oppnås med det selektive hydrauliske bruddverktøyet;

[0019] Fig. 12 avbilder et skjematisk riss av en eksemplarisk utførelsesform av enda en bruddrekkefølge av operasjon som kan oppnås med det selektive hydrauliske bruddverktøyet;

[0020] Fig. 13 er en fotomikrograf av et pulver 310 som beskrevet her, som er plassert i et pottingmateriale og seksjonert;

[0021] Fig. 14 er en skjematisk illustrasjon av en eksemplarisk utførelsesform av en pulverpartikkel 312 som den ville framstå i et eksemplarisk snitt representert av seksjon 5-5 i figur 13;

[0022] Fig. 15 er en fotomikrograf av en eksemplarisk utførelsesform av et pulverkompakt som beskrevet her;

[0023] Figur 16 er en skjematisk illustrasjon av en eksemplarisk utførelseform av pulverkompaktet i fig. 15 laget ved hjelp av et pulver som har enlags pulverpartikler som det ville se ut tatt langs seksjon 7-7;

[0024] Fig. 17 er en skjematisk illustrasjon av en annen eksemplarisk utførelsesform av pulverkompaktet i figur 15 laget ved hjelp av et pulver som har flerlags pulverpartikler som det ville se ut tatt langs seksjon 7-7; og

[0025] Fig. 18 er en skjematisk illustrasjon av en endring i en egenskap hos et pulverkompakt som beskrevet her som en funksjon av tid og en endring i pulverkompaktets miljøforhold.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0026] Her presenteres en detaljert beskrivelse av én eller flere utførelsesformer av oppfinnelsens anordning og framgangsmåte ved hjelp av eksemplifisering og ikke begrensning ved henvisning til figurene.

[0027] Et selektivt hydraulisk bruddverktøy 100, vist i fig. 1,4, 6 og 8 og framgangsmåte beskrives her for å sprekke opp et borehull 10, skjematisk vist i fig. 10-12, i flere konfigurasjoner, inkludert «fra toppen og ned», «fra bunnen og opp», og «inn mot sentrum».

Mens tidligere verktøy og framgangsmåter har vært begrenset til en tilnærming fra bunnen og opp for å sprekke opp et borehull som vist i fig. 10 ved å starte med kuler med små diametere og arbeide seg oppover i borehullet med stadig større kuler, tilveiebringer det selektive hydrauliske bruddverktøyet 100 en enboringsløsning som gjør at en rekke bruddrekkefølger kan utføres med det.

[0028] En eksemplarisk utførelseform av det selektive hydrauliske bruddverktøyet 100 er vist i fig. 1 i en «innkjøringsposisjon» for å kjøre verktøyet 100 inn i et borehull. Selv om verktøyet 100 er beskrevet som et bruddverktøy, kan verktøyet 100 brukes til å utføre alternative operasjoner og oppgaver i et borehull. Med tanke på beskrivelse omfatter verktøyet 100 en øvre ende 102 og en nedre ende 104, selv om det må forstås at den øvre enden 102 ikke nødvendigvis er den øverste enden av verktøyet 100 og at den nedre enden 104 ikke nødvendigvis er den nederste enden i verktøyet 100, ettersom den nedre enden 104 og/eller den øvre enden 102 kan være forbundet med en annen seksjon av verktøyet 100 som omfatter ytterligere repetitive funskjoner som de vist i fig. 1 for å sprekke opp ytterligere soner, eller kan være forbundet med rør skjøter, rørforlengelser eller andre borehull verktøydeler som ikke er vist. Verktøyet omfatter et rørlegeme 106 med en boring 108 sentralt plassert i seg som løper aksialt derigjennom for strømningen av materialer så som, men ikke begrenset til, bruddfluider, produksjonsfluider osv.

[0029] Verktøyet omfatter et utvidbart kulesete 150 som gjør at en operatør kan bruke en kule i én størrelse til alle soner, og tilveiebringer dermed en enboringsoperasjon som gjør både produksjon av verktøyet 100 samt operasjon enklere. Selv om det vanligvis brukes en sfærisk kule i en slik operasjon, omfatter begrepet kule et objekt av hvilken som helst form som kan slippes ned i boringen 108 og fanges og deretter frigis fra kulesetet 150. En veksleanordning 200 med j-mekanisme tilveiebringer alternative posisjoner for kulesetet 150 å plasseres i, og gjør at kuler kan passere gjennom kulesetet 150 uten å skjære/aktivere verktøyet 100. Et ventildeksel 250 omfatter oppløselig materiale som gjør at en innsats 252 kan stenge av en oppsprukket sone og deretter oppløses, uten intervensjon, for å tillate produksjon fra sonen etter at borehullet 10 er fullført.

[0030] I en eksemplarisk utførelsesform av det utvidbare kulesetet 150 griper en patron 152 som omfatter en mengde fingre 154 inn i veksleanordningen 200. Kulesetet 150 er vist for seg selv i fig. 2A-2C. Fingrene 154 strekker seg langsgående fra en base 156 som kan være integrert festet til en fast ende 158 av fingrene 154. Det tilveiebringes åpninger 157 nær de faste endene 158 av fingrene 154 for å gi fleksibilitet til fingrene 154. De ledige endene 160 av fingrene 154 kan beveges radialt i forhold til basen 156 fra en første tilstand der de ledige endene 160 av fingrene 154 kollapser noe innover for å tilveiebringe en redusert første diameter som vist i fig. 1 og fig. 2B til en andre tilstand der de ledige endene 160 av fingrene 154 forspennes tilbake til en usammentrykket tilstand for å tilveiebringe en økt andre diameter som vist i fig. 6 og fig. 2C. Som det kan forstås, blir i operasjon av verktøyet 100 en kule 50 med en diameter som fanges i kulesetet 150 når patronen 152 er i den første tilstanden, og kan passere gjennom kulesetet 150 når patronen 152 er i den andre tilstanden, brukt i forbindelse med verktøyet 100. Kulesetet 150 omfatter videre en tunnelformet del 162 for å lede kulen 50 inn i kulesetet 150 og mot de ledige endene 160 av fingrene 154. Den tunnelformede delen 162 kan forsegles i forhold til en ventilhylse 254 av ventildekselet 250 ved hjelp av en forsegling 256 så som en O-ring. En øvre ende 164 av den tunnelformede delen 162 omfatter en skulder 166 som støter an mot et anslag 258 på ventilhylsen 254. Nedenfor den tunnelformede delen 162 kan de ledige endene 160 av fingrene 154 også omfatte skråstilte overflater 168 som utvider seg mot den øvre enden 102 av verktøyet 100 for å akseptere kulen 50 inne i patronen 152. Når de trykkes sammen, danner de skråstilte overflatene 168 av fingrene 154 en tunnelform som mottar kulen 50 i seg. De ledige endene 160 av fingrene 154 kan trykkes sammen i den første tilstanden av den rampede overflaten 260 av ventilhylsen 254.

[0031] Selv om det er beskrevet en patron 152 for å danne det utvidbare kulesetet 150, kan en alternativ eksemplarisk utførelsesform av en utvidbar kule omfatte en splittring eller C-ring der bevegelse av veksleanordningen 200, eller en funksjon forbundet med veksleanordningen 200, mellom legemet 106 og ringen tvinge ringen til å trykkes sammen slik at den dermed reduserer en indre diameter av ringen, slik at en kule 50 hindres i å passere derigjennom før bevegelse av veksleanordningen 200 bort fra ringen åpner ringen slik at den øker ringens åpning og tillater kulen 50 å passere.

[0032] I en eksemplarisk utførelsesform av veksleanordningen 200 med j-mekanisme omfatter anordningen 200 en vekslehylse 202 som har en sentral langsgående åpning 204 for fluidstrømning, der åpningen 204 passerer gjennom boringen 108 av rørlegemet 106. Hylsen 202 omfatter også en vekslevei 206, så som en rille, som er dannet omkring en diameter av hylsen 202. En del av veksleveien 206 er vist i fig. 3, 5, 7 og 9, selv om det må forstås at veien 206 kan være dannet omkring omkretsen av hylsen 202 for at en vekslenål 208 skal passere. Veien 206 omfatter første seksjoner 210 som er forlengede langsgående øvre deler, andre seksjoner 212 som er forlengede langsgående nedre deler, to for hver første seksjon 210, og tredje seksjoner 214 som er noe utstikkende langsgående øvre deler anbrakt mellom de første seksjonene 210, der de tredje seksjonene 214 forbinder to tilstøtende andre seksjoner 212. De øvre endene 226, 228 av de første og tredje seksjonene 210, 214 er stoppunkter som forspenner vekslenålen 208 til å bli der til den flyttes derfra med forsett. Vekslenålen 208 passerer gjennom de første, andre og tredje seksjonene 210,212,214 mens den er festet til en bevegelig rørseksjon 216 fanget mellom vekslehylsen 202 og en ytre midtlegemedel 110 av verktøyet 100. Flere vekslenåler 208 kan brukes for å fordele belastningen omkring legemet 106, og da vil hver vekslenål 208 plasseres i enten en første, andre eller tredje seksjon 210, 212, 214 ved relativt samme tid som de andre nålene 208 avhengig av verktøyets 100 stadium. En kompresjonsfjær 218 omgir vekslehylsen 202 og er plassert nedenfor vekslenålen 208 for å forspenne vekslenålen 208 i forhold til vekslehylsen 202, og et fjærelement 220 ovenfor vekslenålen 208 og den bevegelige rørseksjonen 216 omgir også vekslehylsen 202. Den øvre enden 222 av fjærelementet 220 støter an mot den indre rørkonstruksjonen 172 som omfatter den rampede overflaten 170. Fjærelementet 220 og kompresjonsfjæren 218 kan omfatte en rekke vekslende stablede sprengskiver. Selv om det er avbildet på en annen måte kan dessuten kompresjonsfjæren 218 og fjærelementet 220 være en fjær av en hvilken som helst form som fungerer i kompresjon.

[0033] Den ytre midtlegemedelen 110 av verktøyet 100 er forbundet med en nederlegemedel 112 av verktøyet 100. Nederlegemedelen 112 av verktøyet 100 omfatter en sinket seksjon 114 som omfatter en øvre overflate 116 som kontakter en nedre ende 224 av kompresjonsfjæren 218. Den sinkede delen 114 av nederlegemedelen 112 er festet til en nedre ende 118 av midtlegemedelen 110, der midtlegemedelen er sinket for å passe og overlappe den sinkede seksjonen 114 av nederlegemedelen 112. En nedre ende 262 av ventilhylsen 254 er festende festet til den bevegelige rørseksjonen 216 og omgir derfor fjærelementet 220, kulesetet 150 og den indre rørkonstruksjonen 172. En øverlegemedel 120 av verktøyet 100 omgir en øvre del av ventilhylsen 254. Den nedre enden 122 av øverlegemedelen 120 er forbundet med dem ytre midtlegemedelen 110. Øverlegemedelen 120 omfatter en ventilåpning 124 for å tillate at en bruddoperasjon kan finne sted ved å gjøre det mulig for bruddfluider å passere igjennom. Ventilåpningen 124 kan også brukes til passasje av produksjonsfluider eller andre borehull operasjoner. Øverlegemedelen 120 er forbundet med ventilhylsen 254 via en bruddstift 126.

[0034] I en eksemplarisk utførelsesform av ventildekselet 250 omfatter ventildekselet 250 ventilhylsen 254 som tidligere beskrevet som forbundet via en bruddstift 126 til øverlegemedelen 120 og forbundet til den bevegelige rørseksjonen 216 i den nedre enden 262 av ventilhylsen 254. En utsparing 264 for en forsegling 266 tilveiebringes i en øvre ende 268 av ventilhylsen 254, og en utsparing 270 for en forsegling 272 tilveiebringes i et midtre område av ventilhylsen 254. Ventildekselet 250 omfatter også den oppløselige innsatsen 252 laget av et oppløselig materiale, og innsatsen 252 befinner seg nedenfor forseglingen 266 som er anbrakt i den øvre enden 268 av ventilhylsen 254. I en innkjøringsposisjon som vist i fig. 1 er innsatsen 252 innstilt med ventilåpningen 124 for å hindre tilgang til hvilke som helst soner. Forseglingene 266, 272 sørger videre for at fluider som pumpes gjennom boringen 108, ikke kommer ut av verktøyet 100 før det er meningen. En ytre omkrets av den oppløselige innsatsen 252 er større enn en ytre omkrets av ventilåpningen 124, og kan ha en oval eller rektangulær slisset form, sirkulær, rektangulær eller oval form, eller en hvilken som helst annen form som trengs for en bruddoperasjon eller annen borehulloperasjon. Den oppløselige innsatsen 252 og/eller ventildekselet 250 kan omfatte inngrepsfunksjoner for å holde den oppløselige innsatsen 252 på plass inne i ventildekselet 250 til den er oppløst. Slike inngrepsfunksjoner kan omfatte, men er ikke begrenset til, et hvilket som helst antall lepper, tunger og riller, anslag, inngrepsomkretser osv. Ytterligere funksjoner så som nåler og bindingsmaterialer kan også brukes. Alternativt eller i tillegg kan materialet i den oppløselige innsatsen 252 støpes direkte inne i åpningen på ventildekselet 250, slik at den oppløselige innsatsen 252 bindes til ventildekselet 250 til den oppløselige innsatsen 252 er oppløst.

[0035] US patent publikasjon nr. 2001/0135952 (Xu, et al.) er herved inkorporert ved referanse i sin helhet. Det oppløselige materialet i innsatsen 252 kan omfatte et kontrollert elektrolytisk metallisk materiale 300, som vist i fig. 13, så som CEMTM-materiale tilgjengelig fra Baker Hughes Inc. Materialet 300 brukes som de oppløselige innsatsene 252 for å stenge av en sone etter oppsprekking og gjøre det mulig for andre soner å oppsprekkes uten at det lekker inn i tidligere soner. Etter at alle sonene er oppsprukket, kan materialet 300 oppløses ved eksponering for visse kjemikalier, og etterlate en åpning i ventilhylsen 254 slik at det blir mulig med produksjon fra alle de tidligere oppsprukkede sonene. De oppløselige innsatsene 252 inkorporerer det nedbrytelige materialet 300 i form av en barriere, blokkering eller lag som i det minste delvis blokkerer eller hindrer åpningen i ventilhylsen 254. Materiale 300 blokkerer/hindrer initielt i det minste delvis åpningen. Materialet 300 vil deretter korrodere, oppløses, brytes ned eller på annen måte fjernes på grunn av eksponering for et fluid i kontakt med det. Generelt vil begrepet «nedbrytelig» slik det brukes her, si at det er i stand til å korrodere, oppløses, brytes ned eller på annen måte fjernes eller elimineres, mens «brytes ned» eller «bryte ned» på samme måte vil beskrive at materialet korroderer, oppløses eller på annen måte fjernes eller elimineres. Alle andre former av «bryte ned» skal inneholde denne betydningen. Fluidet kan være et naturlig borehullfluid så som vann, olje osv., eller det kan være et fluid som tilsettes borehullet med det formålet å bryte ned materialet 300. Materiale 300 kan konstrueres for en rekke materialer som er nedbrytelige som angitt ovenfor, men én utførelsesform anvender spesielt et svært nedbrytelig magnesiumbasert materiale som har en selektivt tilpassbar nedbrytningshastighet og/eller flytegrense. Selve materialet omtales nærmere senere i denne beskrivelsen. Dette materialet oppviser ekstraordinær styrke mens det er intakt, og brytes likevel lett ned på en kontrollert måte og en selektivt kort tidsramme. Materialet brytes for eksempel ned i vann, vannbasert slam, borehull-saltoppløsning eller syre, ved en valgt hastighet etter ønske (som angitt ovenfor). I tillegg kan det brukes overflateujevnheter for å øke materialets 300 overflateområde som er eksponert for nedbrytningsfluidet, så som riller, rifler, nedsenkninger osv. Under nedbrytning av materialet 300 kan åpningen i ventilhylsen 254 åpnes, avblokkeres, opprettes og/eller forstørres. Ettersom materialet 300 som beskrives ovenfor, kan tilpasses slik at det brytes fullstendig ned på omkring 4 til 10 minutter, kan åpningene åpnes, avblokkeres, opprettes og/eller forstørres praktisk talt umiddelbart etter behov. Selv om åpningene i ventilhylsen 254 initielt er fullstendig blokkert av den nedbrytelige materialet 300, betraktes og omtales de fortsatt som åpninger, ettersom det er meningen at det nedbrytelige materialet 300 i de oppløselige innsatsene 252 skal fjernes.

[0036] Materialene 300 i de oppløselige innsatsene 252 som beskrevet her, er lette metalliske materialer med høy styrke. Disse lette, velgbart og kontrollerbart nedbrytelige materialene 300 med høy styrke omfatter sintrede pulverkompakter med full tetthet dannet av belagte pulvermaterialer som omfatter ulike lette partikkelkjerner og kjernematerialer med ulike nanobelegg med ett eller flere lag. Disse pulverkompaktene er laget av belagte metallpulver som omfatter ulike elektrokjemisk-aktive (f.eks. som har relativt høyere standard oksideringspotensial), lette partikkelkjerner og kjernematerialer med høy styrke, så som elektrokjemisk aktive metaller, som spres inne i en cellulær nanomatrise dannet av de ulike metalliske nanobelegg-lagene av metalliske beleggingsmaterialer, og er særlig nyttige i borehullanvendelser. Disse pulverkompaktene tilveiebringer en unik og fordelaktig kombinasjon av mekaniske styrkeegenskaper, så som trykk- og skjærfasthet, lav tetthet og velgbare og kontrollerbare korrosjonsegenskaper, særlig rask og kontrollert oppløsning i ulike borehullfluider. For eksempel kan partikkelkjernen og belegg-lagene i disse pulverne velges slik at de tilveiebringer sintrede pulverkompakter som egner seg til bruk som høystyrkeendrede materialer som har en trykkfasthet og en skjærfasthet som kan sammenliknes med ulike andre endrede materialer, inkludert karbon, rustfritt og legeringsstål, men som også har en lav tetthet sammenliknet med ulike polymerer, elastomerer, porøse keramikker med lav tetthet, og komposittmaterialer. Som enda et eksempel kan disse pulverne og pulverkompaktmaterialene konfigureres slik at de tilveiebringer en velgbar og kontrollerbar nedbrytning eller disponering som reaksjon på en endring i en miljøtilstand, så som en overgang fra en svært lav oppløsningshastighet til en svært høy oppløsningshastighet som reaksjon på en endring i en egenskap eller en tilstand i et borehull nær de oppløselige innsatsene 252 dannet av kompaktet, inkludert en egenskapsendring i et borehullfluid som er i kontakt med pulverkompaktet. De velgbare og kontrollerbare nedbrytnings- og disponeringsegenskapene som beskrives, gjør også at dimensjonsstabiliteten og styrken til de oppløselige innsatsene 252 som lages av disse materialene, kan vedlikeholdes til de ikke lenger trengs, ved hvilket tidspunkt en forhåndsbestemt miljøtilstand, så som en borehulltilstand, inkludert temperatur, trykk eller pH-verdi hos et borehullfluid, kan endres for å fremme fjerningen av dem ved hurtig oppløsning. Disse belagte pulvermaterialene og pulverkompaktene og endrede materialene som dannes av dem, samt framgangsmåtene for å lag dem, omtales videre nedenfor.

[0037] Med henvisning til fig. 13-18 kan ytterligere enkeltheter om materiale 300 sammenfattes. I fig. 13 omfatter et metallisk pulver 310 en mengde metalliske, belagte pulverpartikler 312. Pulverpartiklene 312 kan dannes for å tilveiebringe et pulver 310, inkludert frittstrømmende pulver, som kan helles eller på annen måte anbringes i alle typer former (ikke vist) med alle typer former og størrelser, og som kan brukes til å forme prekursoriske pulverkompakter og pulverkompakter 400 (fig. 15 og 16) som her beskrevet, som kan brukes som eller til bruk i produksjon av ulike produksjonsartikler, inkludert de oppløselige innsatsene 252.

[0038] Hver av de metalliske, belagte pulverpartiklene 312 av pulver 310 omfatter en partikkelkjerne 314 og et metallisk belegg 316 som er anbrakt på partikkelkjernen 314. Partikkelkjernen 314 omfatter et kjernemateriale 318. Kjernematerialet 318 kan omfatte et hvilket som helst egnet materiale for å danne partikkelkjernen 314 som tilveiebringer pulverpartikkel 312 som kan sintres slik at den danner et lett, svært sterkt pulverkompakt 400 med valgbare og kontrollerbare oppløsningsegenskaper. Egnede kjernematerialer omfatter elektrokjemisk aktive metaller med et standard oksideringspotensial større eller lik det hos Zn, inkludert Mg, Al, Mn eller Zn, eller kombinasjoner av dette. Disse elektrokjemisk aktive metallene er svært reaktive med flere vanlig borehullfluider, inkludert et hvilket som helst antall ioniske fluider eller høypolare fluider, så som de som inneholder ulike klorider. Eksempler omfatter fluider som omfatter kaliumklorid (KCI), hydrogenkloridsyre (HCI), kalsiumklorid (CaC12), kalsiumbromid (CaBr2) eller sinkbromid (ZnBr2). Kjernemateriale 318 kan også omfatte andre metaller som er mindre elektrokjemisk aktive enn Zn, eller ikke-metalliske materialer, eller en kombinasjon av dette. Egnede ikke-metalliske materialer omfatter keramikk, kompositter, glass eller karbon, eller en kombinasjon av dette. Kjernemateriale 318 kan velges slik at det tilveiebringer en høy oppløsningshastighet i et forhåndsbestemt borehullfluid, men kan også velges slik at det tilveiebringer en relativt lav oppløsningshastighet, inkludert null oppløsning, der oppløsning av nanomatrisematerialet får partikkelkjernen 314 til å undermineres raskt og frigjøres fra partikkelkompaktet ved grenseflaten mot borehullfluidet, slik at den effektive oppløsningshastigheten til partikkelkompakter laget ved hjelp av partikkelkjerner 314 av disse kjernematerialene 318 er høy, selv om selve kjernematerialet 318 kan ha en lav oppløsningshastighet, inkludert kjernematerialene 318 som kan være vesentlig uløselige i borehullfluidet.

[0039] Med hensyn til de elektrokjemisk aktive metallene som kjernematerialer 318, inkludert Mg, Al, Mn eller Zn, kan disse metallene brukes som rene metaller eller i en hvilken som helst kombinasjon med hverandre, inkludiert ulike legeringskombinasjoner av disse materialene, inkludert binære, tertiære, eller kvaternære legeringer av disse materialene. Disse kombinasjonene kan også omfatte komposittmaterialer av disse materialene. I tillegg til kombinasjoner med hverandre kan videre kjernematerialene 318 Mg, Al, Mn eller Zn omfatte andre bestanddeler, inkludert ulike legeringstillegg, for å endre én eller flere egenskaper hos partikkelkjernene 314, så som ved å forbedre styrken, senke tettheten eller endre oppløsningsegenskapene hos kjernematerialet 318.

[0040] Blant de elektrokjemisk aktive metallene er Mg, enten som et rent metall eller en legering eller et komposittmateriale, særlig nyttig, på grunn av dets lave tetthet og evne til å danne svært sterke legeringer, samt dets høye grad av elektrokjemisk aktivitet, ettersom det har et standard oksideringspotensial høyere enn Al, Mn eller Zn. Mg-legeringer omfatter alle legeringer som har Mg som en legeringsbestanddel. Mg-legeringer som kombinerer andre elektrokjemisk aktive metaller, som beskrevet her, som legeringsbestanddeler, er særlig nyttige, inkludert binære Mg-Zn-, Mg-Al- og Mg-Mn-legeringer, samt tertiære Mg-Zn-Y- og Mg-Al-X-legeringer, der X omfatter Zn, Mn, Si, Ca eller Y, eller en kombinasjon av dette. Disse Mg-Al-X-legeringene kan omfatte, etter vekt, opptil ca. 85 % Mg, opptil ca. 15 % Al og opptil ca. 5 %> X. Partikkelkjerne 314 og kjernemateriale 318, og særlig elektrokjemisk aktive metaller som omfatter Mg, Al, Mn eller Zn, eller kombinasjoner av dette, kan også omfatte en sjelden jordart eller en kombinasjon av sjeldne jordarter. Slik begrepet brukes her, omfatter sjeldne jordarter Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd eller Er, eller en kombinasjon av sjeldne jordarter. Der det er til stede, kan en sjelden jordart eller en kombinasjon av sjeldne jordarter være til stede, etter vekt, i en mengde av ca. 5 % eller mindre.

[0041] Partikkelkjerne 314 og kjernemateriale 318 har et smeltepunkt (TP). Slik TP brukes her, omfatter det den laveste temperaturen hvorved begynnende smelting eller utseigring eller andre former for delvis smelting skjer inne i kjernematerialet 318, uansett om kjernematerialet 318 består av et rent metall, en legering med flere faser som har ulikt smeltepunkt, eller et kompositt av materialer med ulikt smeltepunkt.

[0042] Partikkelkjerner 314 kan ha en hvilken som helst egnet partikkelstørrelse eller intervall av partikkelkjerner eller fordeling av partikkelkjerner. For eksempel kan partikkelkjernene 314 velges slik at de tilveiebringer en gjennomsnittlig partikkelstørrelse som representeres av en normal eller unimodal fordeling av Gauss-typen rundt et gjennomsnitt eller en snittverdi, som vist generelt i fig. 13. I et annet eksempel kan partikkelkjernene 314 velges eller blandes slik at de tilveiebringer en multimodal fordeling av partikkelstørrelser, inkludert en mengde gjennomsnittlige parikkelkjernestørrelser, så som for eksempel en homogen bimodal fordeling av gjennomsnittlige partikkelstørrelser. Utvalget av fordelingen av partikkelkjernestørrelse kan brukes til å bestemme for eksempel partikkelstørrelsen og partikkelmellomrommet 315 hos partiklene 312 i pulver 310. I en eksemplarisk utførelsesform kan partikkelkjernene 314 ha en unimodal fordeling og en gjennomsnittlig partikkeldiameter på ca. 5 nm til ca. 300 um, mer spesielt ca. 80 um til ca. 120 um, og enda mer spesielt ca. 100 nm.

[0043] Partikkelkjerner 314 kan ha en hvilken som helst egnet partikkelform, inkludert en hvilken som helst regulær eller irregulær geometrisk form, eller kombinasjon av dette. I en eksemplarisk utførelsesform er partikkelkjernene 314 vesentlig sfæroide elektrokjemisk aktive metallpartikler. I en annen eksemplarisk utførelsesform er partikkelkjernene 314 vesentlig irregulært formede keramiske partikler. I enda en eksemplarisk utførelsesform er partikkelkjernene 314 karbon- eller andre nanorørstrukturer eller hule glass-mikrosfærer.

[0044] Hver av de metalliske, belagte pulverpartiklene 312 av pulver 310 omfatter også et metallisk belegg 316 som er anbrakt på partikkelkjernen 314. Metallisk belegg 316 omfatter et metallisk beleggingsmateriale 320. Metallisk beleggingsmateriale 320 gir pulverpartiklene 312 og pulver 310 sin metalliske natur. Metallisk belegg 316 er et belegg på nanoskala. I en eksemplarisk utførelsesform kan metallisk belegg 316 ha en tykkelse på ca. 25 nm til ca. 2500 nm. Tykkelsen av metallisk belegg 316 kan variere over overflaten av partikkelkjerne 314, men vil fortrinnsvis ha en vesentlig uniform tykkelse over overflaten av partikkelkjerne 314. Metallisk belegg 316 kan omfatte et enkelt lag, som illustrert i fig. 14, eller en mengde lag som en beleggstruktur i flere lag. I et enkelt belegg-lag, eller i hvert av lagene i et flerlagsbelegg, kan det metallinske belegget 316 omfatte et enkelt kjemisk element eller bestanddel, eller kan omfatte en mengde kjemiske elementer eller bestanddeler. Der et lag omfatter en mengde kjemiske bestanddeler, kan de ha alle slags homogene eller heterogene fordelinger, inkludert en homogen eller heterogen fordeling av metallurgiske faser. Dette kan omfatte en gradert fordeling der de relative mengdene av de kjemiske bestanddelene varierer i henhold til de respektive bestanddelsprofilene på tvers av lagtykkelsen. I både enkelt- og flerlagsbelegg 316 kan hvert av de respektive lagene, eller kombinasjoner av dem, brukes til å tilveiebringe en forhåndsbestemt egenskap til pulverpatrikkelen 312 eller et sintret pulverkompakt dannet av dette. For eksempel kan den forhåndsbestemte egenskapen omfatte bindingsstyrken i den metallurgiske bindingen mellom partikkelkjernen 314 og beleggingsmaterialet 320; interdiffusjonsegenskapene mellom partikkelkjernen 314 og metallbelegget 316, inkludert enhver interdiffusjon mellom lagene i et flerlagsbelegg 316; interdiffusjonsegenskapene mellom de ulike lagene i et flerlagsbelegg 316; interdiffusjonsegenskapene mellom metallbelegget 316 hos én pulverpartikkel og det hos en tilstøtende pulverpartikkel 312; bindingsstyrken i den metallurgiske bindingen mellom metallbeleggene i tilstøtende sintrede pulverpartikler 312, inkludert de ytterste lagene i flerlagsbelegg; og den elektrokjemiske aktiviteten i belegget 316.

[0045] Metallisk belegg 316 og beleggingsmateriale 320 har et smeltepunkt (TC). Slik TC brukes her, omfatter det den laveste temperaturen hvorved begynnende smelting eller utseigring eller andre former for delvis smelting skjer inne i beleggingsmaterialet 320, uansett om beleggingsmaterialet 320 består av et rent metall, en legering med flere faser som hver har ulikt smeltepunkt, eller et kompositt, inkludert et kompositt som omfatter en mengde belegg-lag med ulikt smeltepunkt.

[0046] Metallisk beleggingsmateriale 320 kan omfatte et hvilket som helst egnet metallisk beleggingsmateriale 320 som tilveiebringer en sintrebar ytre overflate 321 som er konfigurert til å sintres til en tilstøtende pulverpartikkel 312 som også har et metallbelegg 316 og en sintrebar ytre overflate 321. I pulvere 310 som også omfatter andre eller ytterligere (belagte eller ubelagte) partikler, som beskrevet her, er den sintrebare ytre overflaten 321 på metallbelegget 316 også konfigurert til å sintres til en sintrebar ytre overflate 321 på andre partikler. I en eksemplarisk utførelsesform er pulverpartiklene 312 sintrebare ved et forhåndsbestemt sintrepunkt (TS) som er en funksjon av kjernematerialet 318 og beleggingsmaterialet 320, slik at sintring av pulverkompakt 400 utføres helt i fast form og der TS er mindre enn TP og TC. Sintring i fast form begrenser vekselvirkninger mellom partikkelkjerne 314 og metallbelegg 316 til diffusjonsprosesser i fast form og metallurgiske transportfenomen, og begrenser veksten av og gir kontroll over den resulterende grenseflaten mellom dem. Til forskjell fra dette vil for eksempel sintring i flytende fase gi hurtig interdiffusjon av materialene i partikkelkjernen 314 og metallbelegget 316, og gjøre det vanskelig å begrense veksten av og gi kontroll over den resulterende grenseflaten mellom dem, og dermed gripe inn i dannelsen av den ønskede mikrostrukturen av partikkelkompakt 400 som beskrevet her.

[0047] I en eksemplarisk utførelsesform vil kjernemateriale 318 velges slik at det tilveiebringer en kjemisk kjernesammensetning, og beleggingsmaterialet 320 velges slik at det tilveiebringer en kjemisk beleggingssammensetning, og disse kjemiske sammensetningene vil også velges slik at de er ulike hverandre. I en annen eksemplarisk utførelsesform vil kjernematerialet 318 velges slik at det tilveiebringer en kjemisk kjernesammensetning, og beleggingsmaterialet 320 velges slik at det tilveiebringer en kjemisk beleggingssammensetning, og disse kjemiske sammensetningene vil også velges slik at de er ulike hverandre i grenseflaten. Forskjeller i den kjemiske sammensetningen av beleggingsmateriale 320 og kjernemateriale 318 kan velges slik at det tilveiebringer ulike diffusjonshastigheter og velgbar og kontrollerbar oppløsning av pulverkompakter 400 som inkorporerer dem, slik at de blir velgbart og kontrollerbart oppløselige. Dette omfatter oppløsningshastugheter som avviker fra hverandre som reaksjon på et endret forhold i borehullet, inkludert en indirekte eller direkte endring i et borehullfluid. I en eksemplarisk utførelsesform er et pulverkompakt 400 dannet av pulver 310 som har kjemiske sammensetninger av kjernemateriale 318 og beleggingsmateriale 320 som lager kompakt 400, velgbart oppløselig i et borehullfluid som reaksjon på en endret borehulltilstand som omfatter en endring i temperatur, endring i trykk, endring i strømningshastighet, endring i pH eller endring i kjemisk sammensetning av borehullfluidet, eller en kombinasjon av dette. Den velgbare oppløsningsreaksjonen på den endrede tilstanden kan komme av faktiske kjemiske reaksjoner eller prosesser som fremmer ulike oppløsningshastigheter, men omfatter også endringer i oppløsningsreaksjonen tilknyttet fysiske reaksjoner eller prosesser, så som endringer i borehullfluidets trykk eller strømningshastighet.

[0048] Som illustrert i fig. 13 og 14 kan partikkelkjerne 314 og kjernemateriale 318 og metallbelegg 316 og beleggingsmateriale 320 velges slik at de tilveiebringer pulverpartikler 312 og et pulver 310 som er konfigurert for kompaktering og sintring for å tilveiebringe et pulverkompakt 400, vist i fig. 15-17, som har lav vekt (dvs. en relativt lav tetthet), høy styrke og kan fjernes velgbart og kontrollerbart fra et borehull som reaksjon på en endring i en borehullegenskap, inkludert å være velgbart og kontrollerbart oppløselig i et passende borehullfluid, inkludert ulike borehullfluider som beskrevet her. Pulverkompakt 400 omfatter en vesentlig-kontinuerlig, cellulær nanomatrise 416 i et nanomatrisemateriale 420 som har en mengde spredte partikler 414 spredt i hele den cellulære nanomatrisen 416. Den vesentlig-kontinuerlige cellulære nanomatrisen 416 og nanomatrisematerialet 420 dannet av sintrede metallbelegg 316 dannes ved å kompaktere og sintre mengden metallbelegg 316 hos mengden pulverpartikler 312. Den kjemiske sammensetningen av nanomatrisemateriale 420 kan være ulik den hos beleggingsmateriale 320 på grunn av diffusjonseffekter tilknyttet sintringen som beskrevet her. Pulvermetallkompakt 400 omfatter også en mengde spredte partikler 414 som omfatter partikkelkjernemateriale 418. Spredte partikkelkjerner 414 og kjernemateriale 418 tilsvarer og dannes av mengden partikkelkjerner 314 og kjernemateriale 318 hos mengden pulverpartikler 312 etter som metallbeleggene 316 sintres sammen slik at de danner nanomatrise 416. Den kjemiske sammensetningen av kjernemateriale 418 kan være ulik den hos kjernemateriale 318 på grunn av diffusjonseffekter tilknyttet sintring som beskrevet her.

[0049] Slik den brukes her, dekker ikke termen vesentlig-kontinuerlig cellulær nanomatrise 416 den største bestanddelen i pulverkompaktet, men betegner heller den mindre bestanddelen eller de mindre bestanddelene, enten etter vekt eller etter volum. Dette skiller seg fra de fleste sammensatte matrisematerialer, der matrisen omfatter den største bestanddelen etter vekt eller volum. Bruken av termen vesentlig-kontinuerlig cellulær nanomatrise er ment å beskrive den omfattende, regulære, kontinuerlige og sammenhengende naturen i fordelingen av nanomatrisemateriale 420 inne i pulverkompakt 400. Her brukes «vesentlig-kontinuerlig» til å beskrive utbredelsen av nanomatrisematerialet i hele pulverkompakt 400, slik at det strekker seg mellom og omslutter vesentlig alle de spredte partiklene 414. Vesentlig-kontinuerlig brukes til å indikere at fullstendig kontinuitet og regulær ordning av nanomatrisen rundt hver spredte partikkel 414 ikke er påkrevet. For eksempel kan defekter i belegget 316 over partikkelkjerne 314 på noen pulverpartikler 312 gjøre at det dannes bro mellom partikkelkjernene 214 under sintring av pulverkompaktet 400, slik at det fører til lokale diskontinuiteter inne i den cellulære nanomatrisen 416, selv om nanomatrisen i de andre delene av pulverkompaktet er vesentlig kontinuerlig og oppviser strukturen beskrevet her. «Cellulær» brukes her til å indikere at nanomatrisen definerer et nettverk av generelt gjentakende, sammenhengende avdelinger eller celler av nanomatrisemateriale 420 som omfatter og også forbinder de spredte partiklene 414. «Nanomatrise» brukes her til å beskrive matrisens størrelse eller skala, spesielt matrisens tykkelse mellom tilstøtende spredte partikler 414. De metalliske beleggene som sintres sammen for å danne nanomatrisen, er selv belegg med nanoskalatykkelse. Ettersom nanomatrisen de fleste steder, utenom grenseflaten mellom flere enn to spredte partikler 414, generelt omfatter interdiffusjonen og bindingen mellom to belegg 316 fra tilstøtende pulverpartikler 312 med nanoskalatykkelse, har matrisen som dannes også nanoskalatykkelse (f.eks. omtrent to ganger beleggtykkelsen som beskrives her) og beskrives dermed som en nanomatrise. Videre dekker ikke termen spredte partikler 414, slik den brukes her, den mindre bestanddelen i pulverkompakt 400, men betegner heller den største bestanddelen eller de største bestanddelene, enten etter vekt eller etter volum. Bruken av termen spredte partikler er ment å dekke den diskontinuerlige og diskrete fordelingen av partikkelkjernemateriale 418 inne i pulverkompakt 400.

[0050] Pulverkompakt 400 kan ha en hvilken som helst ønsket form eller størrelse, inkludert den til en sylindrisk barre eller stang som kan maskineres eller på annen måte brukes til å danne nyttige produskjonsartikler, inkludert de oppløselige innsatsene 252. Pressingen som brukes til å danne foreløpig pulverkompakt, og sintrings- og presseprosesser som brukes til å danne pulverkomapkt 400 og deformere pulverpartiklene 312, inkludert partikkelkjerner 314 og belegg 316, for å tilveiebringe den fulle tettheten og ønsket makroskopisk form og størrelse hos pulverkompakt 400, samt dets mikrostruktur. Mikrostrukturen hos pulverkompakt 400 omfatter en likeakset konfigurasjon av spredte partikler 414 som er spredt i hele og innhyllet i den vesentlig-kontinuerlige, cellulære nanomatrise 416 i sintrede belegg. Denne mikrostrukturen er på en måte analog med en likeakset korn-mikrostruktur med en kontinuerlig korn-grensefase, bortsett fra at den ikke krever bruk av legeringsbestanddeler som har termodynamiske faselikevektsegenskaper som er i stand til å produsere en slik struktur. Denne likeaksede spredte partikkelstrukturen og cellulære nanomatrisen 416 av sintrede metallbelegg 316 kan derimot produseres ved hjelp av bestanddeler der termodynamiske faselikevektsforhold ikke ville produsere en likeakset struktur. Den likeaksede morfologien til de spredte partiklene 414 og det cellulære nettverket 416 hos partikkellag følger av sintring og deformering av pulverpartiklene 312 idet de kompakteres og interdiffunderes og deformeres slik at de fyller rommene 315 mellom partiklene (fig. 13). Sintringstemperaturene og -trykkene kan velges slik at de sikrer at tettheten hos pulverkompakt 400 oppnår vesentlig full teoretisk tetthet.

[0051] I en eksemplarisk utførelsesform som illustrert i fig. 16 og 17 dannes spredte partikler 414 av partikkelkjerner 314 spredt i den cellulære nanomatrisen 416 hos sintrede metallbelegg 316, og nanomatrisen 416 omfatter en metallurgisk binding 417 i fast form eller et bindingslag 419, som strekker seg mellom de spredte partiklene 414 i hele den cellulære nanomatrisen 416 som dannes ved et sintringspunkt (TS), der TS er mindre enn TC og TP. Som indikert dannes metallurgisk binding 417 i fast form ved interdiffusjon i fast form mellom beleggene 316 hos tilstøtende pulverpartikler 312 spm trykkes sammen til berøringskontakt under kompakterings- og sintringsprosessene som brukes til å danne pulverkompakt 400, som beskrevet her. Som sådan omfatter sintrede belegg 316 hos cellulær nanomatrise 416 et bindingslag 419 i fast form som har en tykkelse (t) definert av rekkevidden av interdiffusjon hos beleggingsmaterialene 320 hos beleggene 316, som i sin tur vil defineres av beleggenes 316 natur, inkludert om de er en- eller flerlagsbelegg, enten de er valgt for å fremme eller begrense slik interdiffusjon, og andre faktorer, som beskrevet her, samt sintrings- og kompakteringsforhold, inkludert sintringstiden, -temperaturen og -trykket som brukes til å danne pulverkompakt 400.

[0052] Idet nanomatrise 416 dannes, inkludert binding 417 og bindingslag 419, kan den kjemiske sammensetningen eller fasefordelingen, eller begge, hos metallbelegg 316 endres. Nanomatrise 416 har også et smeltepunkt (TM). Slik TM brukes her, omfatter det den laveste temperaturen hvorved begynnende smelting eller utseigring eller andre former for delvis smelting skjer inne i nanomatrise 416, uansett om nanomatrisematerialet 420 består av et rent metall, en legering med flere faser som hver har ulikt smeltepunkt, eller et kompositt, inkludert et kompositt som omfatter en mengde lag av ulike beleggingsmaterialer med ulikt smeltepunkt, eller en kombinasjon av dette, eller annet. Etter som spredte partikler 414 og partikkelkjernematerialer 418 dannes i forbindelse med nanomatrise 416, er det også mulig med diffusjon av bestanddeler av metallbelegg 316 inn i partikkelkjernene 314, noe som kan føre til endringer i den kjemsiske sammensetningen eller fasefordelingen, eller begge, hos partikkelkjernene 314. Som en følge av dette kan spredte partikler 414 og partikkelkjernematerialer 418 ha et smeltepunkt (TDP) ulikt TP. Slik TDP brukes her, omfatter det den laveste temperaturen hvorved begynnende smelting eller utseigring eller andre former for delvis smelting skjer inne i spredte partikler 414, uansett om partikkelkjernematerialet 418 består av et rent metall, en legering med flere faser som hver har ulikt smeltepunkt, eller et kompositt, eller annet. Pulverkompakt 400 dannes ved et sintringspunkt (TS), der TS er mindre enn TC, TP, TM og TDP.

[0053] Spredte partikler 414 kan omfatte hvilke som helst av materialene som beskrives her for partikkelkjernene 314, selv om den kjemiske sammensetningen av spredte partikler 414 kan være annerledes på grunn av diffusjonseffekter som beskrevet her. I en eksemplarisk utførelsesform dannes spredte partikler 414 av partikkelkjerner 314 som omfatter materialer som har et standard oksideringspotensial større enn eller lik Zn, inkludert Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av dette, og kan omfatte ulike binære, tertiære og kvaternære legeringer eller andre kombinasjoner av disse bestanddelene som beskrevet her i forbindelse med partikkelkjerner 314. Av disse materialene er de som har spredte partikler 414 som omfatter Mg og nanomatrisen 416 dannet av de metalliske beleggingsmaterialene 316 beskrevet her, særlig nyttige. Spredte partikler 414 og partikkelkjernemateriale 418 hos Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av dette, kan også omfatte en sjelden jordart, eller en kombinasjon av sjeldne jordarter som beskrevet her i forbindelse med partikkelkjerner 314.

[0054] I en annen eksemplarisk utførelsesform dannes spredte partikler 414 av partikkelkjerner 314 som består av metaller som er mindre elektrokjemisk aktive enn Zn eller ikke-metalliske materialer. Egnede ikke-metalliske materialer omfatter keramikker, glass (f.eks. hule glassmikrosfærer) eller karbon, eller en kombinasjon av dette, som beskrevet her.

[0055] Spredte partikler 414 av pulverkompakt 400 kan ha en hvilken som helst egnet partikkelstørrelse, inkludert de gjennomsnittlige partikkelstørrelsene beskrevet her for partikkelkjerner 414.

[0056] Spredte partikler 314 kan ha en hvilken som helst form avhengig av formen som velges for partikkelkjerner 314 og pulverpartikler 312, samt framgangsmåten som brukes til å sintre og kompaktere pulver 310. I en eksemplarisk utførelsesform kan pulverpartikler 312 være sfæroide eller vesentlig sfæroide, og spredte partikler 414 kan omfatte en likeakset partikkelkonfigurasjon som beskrevet her.

[0057] Naturen til spredningen av spredte partikler 414 kan påvirkes av utvalget av pulveret 310 eller pulverne 310 som brukes til å lage partikkelkompakt 400. I én eksemplarisk utførelsesform kan et pulver 310 som har en unimodal fordeling av pulverpartikkelstørrelser 312 velges slik at det danne rpulverkompakt 400 og vil produsere en vesentlig homogen unimodal spredning av partikkelstørrelser av spredte partikler 414 inne i cellulær nanomatrise 416, som generelt illustrert i figur 15.1 en annen eksemplarisk utførelsesform kan en mengde pulvere 310 som har en mengde pulverpartikler med partikkelkjerner 314 som har samme kjernematerialer 318 og ulike kjernestørrelser og samme beleggingsmateriale 320, velges og blandes uniformt som beskrevet her for å tilveiebringe et pulver 310 som har en homogen, multimodal fordeling av pulverpartikkelstørrelser 312, og kan brukes til å danne pulverkompakt 400 som har en homogen, multimodal spredning av partikkelstørrelser av spredte partikler 414 inne i cellulær nanomatrise 416. På liknende vis kan i enda en eksemplarisk utførelsesform en mengde pulvere 310 som har en mengde partikkelkjerner 314 som kan ha samme kjernematerialer 318 og ulike kjernestørrelser og samme beleggingsmateriale 320, velges og fordeles på en ikke-uniform måte for å tilveiebringe en ikke-homogen, multimodal fordeling av pulverpartikkelstørrelser, og kan brukes til å danne pulverkompakt 400 som har en ikke-homogen, multimodal spredning av partikkelstørrelser av spredte partikler 414 inne i cellulær nanomatrise 416. Utvalget av fordelingen av partikkelkjernestørrelse kan brukes til å bestemme for eksempel partikkelstørrelsen og partikkelmellomrommet hos de spredte partiklene 414 inne i den cellulære nanomatrisen 416 hos pulverkompakter 400 laget av pulver 310.

[0058] Nanomatrise 416 er et vesentlig-kontinuerlig, cellulært nettverk av metallbelegg 316 som sintres til hverandre. Tykkelsen av nanomatrise 416 vil avhenge av naturen til pulveret 310 eller pulverne 310 som brukes til å danne pulverkompakt 400, samt inkorporeringen av eventuelle andre pulvere, særlig tykkelsen av beleggene tilknyttet disse partiklene. I en eksemplarisk utførelsesform er tykkelsen av nanomatrise 416 vesentlig uniform i hele mikrostrukturen til pulverkompakt 400 og omfatter omkring to ganger tykkelsen av beleggene 316 hos pulverpartikler 312.1 en annen eksemplarisk utførelsesform har det cellulære nettverket 416 en vesentlig uniform gjennomsnittlig tykkelse mellom spredte partikler 414 på ca. 50 nm til ca. 5000 nm.

[0059] Nanomatrise 416 dannes ved å sintre metallbelegg 316 hos tilstøtende partikler til hverandre ved interdiffusjon og å skape et bindingslag 419 som beskrevet her. Metallbelegg 316 kan være en- eller flerlagsstrukturer, og de kan velges slik at de fremmer eller hindrer diffusjon, eller begge deler, inne i laget eller mellom lagene av metallbelegg 316, eller mellom metallbelegget 316 og partikkelkjerne 314, eller mellom metallbelegget 316 og metallbelegget 316 hos en tilstøtende pulverpartikkel, der omfanget av interdiffusjon av metallbelegg 316 under sintring kan være begrenset eller omfattende avhengig av beleggtykkelsen, beleggingsmaterialet eller -materialene som velges, sintringsforholdene og andre faktorer. Gitt den potensielle kompleksiteten av interdiffusjonen og vekselvirkningen mellom bestanddelene, kan beskrivelse av den resulterende kjemiske sammensetningen av nanomatrise 416 og nanomatrisemateriale 420 enkelt forstås å være en kombinasjon av bestanddelene i beleggene 316, som også kan omfatte én eller flere bestanddeler fra spredte partikler 414, avhengig av omfanget av interdiffusjon, om noe, som skjer mellom de spredte partiklene 414 og nanomatrisen 416. På liknende vis kan den kjemiske sammensetningen av spredte partikler 414 og partikkelkjernemateriale 418 enkelt forstås å være en kombinasjon av bestanddelene i partikkelkjerne 314, som også kan omfatte én eller flere bestanddeler fra nanomatrise 416 og nanomatrisemateriale 420, avhengig av omfanget av interdiffusjon, om noe, som skjer mellom de spredte partiklene 414 og nanomatrisen 416.

[0060] I en eksemplarisk utførelsesform har nanomatrisematerialet 420 en kjemisk sammensetning, og partikkelkjernematerialet 418 har en kjemisk sammensetning som er ulik den hos nanomatrisemateriale 420, og forskjellene i den kjemsiske sammensetningen kan konfigureres til å tilveiebringe en velgbar og kontrollerbar oppløsningshastighet, inkludert en velgbar overgang fra en svært lav oppløsningshastighet til en svært høy oppløsningshastighet, som reaksjon på en kontrollert endring i en egenskap eller tilstand i borehullet nær kompaktet 400, inkludert en egenskapendring i et borehullfluid som er i kontakt med pulverkompaktet 400, som beskrevet her. Nanomatrise 416 kan være dannet av pulverpartikler 312 som har en- og flerlagsbelegg 316. Denne designfleksibiliteten tilveiebringer en lang rekke materialkombinasjoner, særlig i tilfellet flerlagsbelegg 316, som kan brukes til å tilpasse den cellulære nanomatrisen 416 og sammensetningen av nanomatrisematerial 420 ved å kontrollere vekselvirkningen mellom beleggets bestanddeler, både innenfor et gitt lag og mellom et belegg 316 og partikkelkjernen 314 som det er tilknyttet, eller et belegg 316 og en tilstøtende pulverpartikkel 312. Flere eksemplariske utførelsesformer som demonstrerer denne fleksibiliteten, tilveiebringes nedenfor.

[0061] Som illustrert i fig. 16 er pulverkompakt 400 i en eksemplarisk utførelsesform dannet av pulverpartikler 312, der belegget 316 består av et enkelt lag, og den resulterende nanomatrisen 416 mellom tilstøtende blant mengden spredte partikler 414 består av det enkelte metallbelegget 316 hos én pulverpartikkel 312, et bindingslag 419 og det enkelte belegget 316 på en annen av de tilstøtende pulverpartiklene 312. Tykkelsen (t) av bindingslag 419 bestemmes av omfanget av interdiffusjonen mellom de enkelte metallbeleggene 316, og kan omfatte hele tykkelsen av nanomatrise 416 eller bare en del av denne. I én eksemplarisk utførelsesform av pulverkompakt 400 dannet ved hjelp av et enlagspulver 310 kan pulverkompakt 400 omfatte spredte partikler 414 som omfatter Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av dette, som beskrevet her, og nanomatrise 316 kan omfatte Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re eller Ni, eller et oksid, karbid eller nitrid av dette, eller en kombinasjon av et hvilket som helst av de førnevnte materialene, inkludert kombinasjoner der nanomatrisematerialet 420 i cellulær nanomatrise 416, inkludert bindingslag 419, har en kjemisk sammensetning, og kjernematerialet 418 til spredte partikler 414 har en kjemisk sammensetning som er ulik den kjemiske sammensetningen i nanomatrisemateriale 416. Forskjellen i den kjemiske sammensetningen av nanomatrisematerialet 420 og kjernematerialet 418 kan brukes til å tilveiebringe velgbar og kontrollerbar oppløsning som reaksjon på en endring i en egenskap i et borehull, inkludert et borehullfluid, som beskrevet her. I en ytterligere eksemplarisk utførelsesform av et pulverkompakt 400 dannet av et pulver 310 som har en enlags beleggkonfigurasjon, omfatter spredte partikler 414 Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon av dette, og den cellulære nanomatrisen 416 omfatter Al eller Ni, eller en kombinasjon av dette.

[0062] I en annen eksemplarisk utførelsesform er pulverkompakt 400 dannet av pulverpartikler 312, der belegget 316 består av et flerlagsbelegg 316 med en mengde belegg-lag, og den resulterende nanomatrisen 416 mellom tilstøtende blant mengden spredte partikler 414 består av mengden lag (t) som utgjør belegget 316 hos én partikkel 312, et bindingslag 419 og mengden lag som utgjør belegget 316 på en annen av pulverpartiklene 312. I fig. 16 er dette illustrert med et tolags metallbelegg 316, men det vil forstås at mengden lag i flerlags metallbelegg 316 kan omfatte et hvilket som helst antall lag. Tykkelsen (t) av bindingslaget 419 bestemmes igjen av omfanget av interdiffusjonen mellom mengden lag i de respektive beleggene 316, og kan omfatte hele tykkelsen av nanomatrise 416 eller bare en del av denne. I denne utførelsesformen kan mengden lag som utgjør hvert belegg 316, brukes til å kontrollere interdiffusjon og dannelse av bindingslag 419 og tykkelse (t).

[0063] Sintrede og smidde pulverkompakter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg, og nanomatrise 416 som omfatter ulike nanomatrisematerialer som her beskrevet, har vist en utmerket kombinasjon av mekanisk styrke og lav tetthet som eksemplifiserer de lette materialene med høy styrke som beskrives her. Eksempler på pulverkompakter 400 som har rene, spredte Mg-partikler 414 og ulike nanomatriser 416 dannet av pulvere 310 som har rene Mg-partikkelkjerner 314 og ulike en- og flerlags metallbelegg 316 som omfatter Al, Ni, W eller A1203, eller en kombinasjon av dette. Disse pulverkompaktene 400 har gjennomgått ulik mekanisk og annen testing, inkludert tetthetstesting, og atferden ved oppløsning og nedbrytning av mekaniske egenskaper er også beskrevet her. Resultatene indikerer at disse materialene kan konfigureres slik at de tilveiebringer en lang rekke velgbar og kontrollerbar korrosjons- og oppløsningsatferd, fra svært lave korrosjonshastigheter til ekstremt høye korrosjonshastigheter, spesielt korrosjonshastigheter som er både lavere og høyere enn de hos pulverkompakter som ikke inkorporerer den cellulære nanomatrisen, så som et kompakt dannet av rent Mg-pulver ved hjelp av samme kompakterings- og sintringsprosesser i forhold til de som omfatter rene, spredte Mg-partikler i de ulike cellulære nanomatrisene beskrevet her. Disse pulverkompaktene 400 kan også konfigureres slik at de tilveiebringer vesentlig forbedrede egenskaper sammenliknet med pulverkompakter dannet av rene Mg-partikler som ikke omfatter nanobelegget beskrevet her. Pulverkompakter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg, og nanomatrise 416 som omfatter ulike nanomatrisematerialer 420 beskrevet her, har vist trykkfasthet ved romtemperatur på minst ca. 37 ksi, og har videre vist trykkfasthet ved romtemperatur på over ca. 50 ksi, både tørt og nedsenket i en løsning på 3 % KC1 ved 200 °F. Til sammenlikning har pulverkompakter dannet av rene Mg-pulvere en trykkfasthet på ca. 20 ksi eller mindre. Styrken av nanomatrise-pulvermetallkompakt 400 kan ytterligere forbedres ved å optimere pulver 310, særlig vektprosenten i nanometallbeleggene 316 som brukes til å danne cellulær nanomatrise 416. Styrken av nanomatrise-pulvermetallkompakt 400 kan ytterligere forbedres ved å optimere pulver 310, særlig vektprosenten i nanometallbeleggene 316 som brukes til å danne cellulær nanomatrise 416. For eksempel vil en ved å variere vektprosenten (vekt%), dvs. tykkelsen, til et aluminabelegg inne i en cellulær nanomatrise 416 dannet av belagte pulverpartikler 312 som omfatter et flerlags (A1/A1203/A1) metallbelegg 316 på rene Mg-partikkelkjerner 314 tilveiebringe en økning på 21 % sammenliknet med den ved 0 vekt% alumina.

[0064] Pulverkompakter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg, og nanomatrise 416 som omfatter ulike nanomatrisematerialer som her beskrevet, har også vist en skjærfasthet ved romtemperatur på minst ca. 20 ksi. Dette i motsetning til pulverkompakter dannet av rene Mg-pulvere, som har skjærfastheter ved romtemperatur på ca. 8 ksi.

[0065] Pulverkompakter 400 av typene beskrevet her er i stand til å oppnå en faktisk tetthet som er vesentlig lik den forhåndsbestemte teoretiske tettheten til et kompaktmateriale basert på sammensetningen av pulver 310, inkludert relative mengder bestanddeler av partikkelkjerner 314 og metallisk belegg 316, og beskrives også her som fullstendig tette pulverkompakter. Pulverkompakter 400 som omfatter spredte partikler som omfatter Mg, og nanomatrise 416 som omfatter ulike nanomatrisematerialer som her beskrevet, har vist faktiske tettheter på rundt 1,738 g/cm3 til rundt 2,50 g/cm3, som er vesentlig lik de forhåndsbestemte teoretiske tetthetene og avviker med høyst 4 % fra de forhåndsbestemte teoretiske tetthetene.

[0066] Pulverkompakter 400 som beskrevet her kan konfigureres til å være selektivt og kontrollerbart løselige i et borehullfluid som reaksjon på en endret tilstand i et borehull. Eksempler på den endrede tilstanden som kan benyttes til å tilveiebringe velgbar og kontrollerbar oppløselighet, omfatter en endring i temperatur, endring i trykk, endring i strømningshastighet, endring i pH eller endring i kjemisk sammensetning av borehullfluidet, eller en kombinasjon av dette. Et eksempel på en endret tilstand som omfatter en endring i temperatur, er en endring i borehullfluidets temperatur. For eksempel har pulverkompakter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg, og cellulær nanomatrise 416 som omfatter ulike nanomatrisematerialer som beskrevet her, relativt lave korrosjonshastigheter i en 3 % KC1-løsning ved romtemperatur som strekker seg fra ca. 0 til ca. 11 mg/cm2/t, sammenliknet med relativt høye korrosjonshastigheter ved 200 °F som strekker seg fra ca. 1 til ca. 246 mg/cm2/t avhengig av ulike nanobelegg 216. Et eksempel på en endret tilstand som omfatter en endring i kjemisk sammensetning, er en endring i en konsentrasjon av kloridioner eller en pH-verdi, eller begge, i borehullfluidet. For eksempel viser pulverkompakter 400 som omfatter spredte partikler 414 som omfatter Mg, og nanomatrise 416 som omfatter ulike nanobelegg som her beskrevet, korrosjonshastigheter i 15 % HC1 som strekker seg fra ca. 4750 mg/cm2/t til ca. 7432 mg/cm2/t. Dermed kan velgbar og kontrollerbar oppløselighet som reaksjon på en endret tilstand i borehullet, nemlig endringen i borehullfluidets kjemiske sammensetning fra KC1 til HC1, brukes til å oppnå en karakteristisk reaksjon som illustrert grafisk i fig. 18, som illustrerer at det ved en valgt forhåndsbestemt kritisk servicetid (CST) kan påføres en endret tilstand på pulverkompakt 400 idet det påføres i en gitt anvendelse, så som et borehullmiljø, som forårsaker en kontrollerbar endring i en egenskap hos pulverkompakt 400 som reaksjon på en endret tilstand i miljøet der den påføres. For eksempel ved en forhåndsbestemt CST som endrer et borehullfluid som er i kontakt med pulverkompakt 400 fra et første fluid (f.eks. KC1) som tilveiebringer en første korrosjonshastighet og et tilhørende vekttap eller styrke som en funksjon av tid, til et andre borehullfluid (f.eks. HC1) som tilveiebringer en andre korrosjonshastighet og et tilhørende vekttap eller styrke som en funksjon av tid, der korrosjonshastigheten tilknyttet det første fluidet er mye mindre enn korrosjonshastigheten tilknyttet det andre fluidet. Denne karakteristiske reaksjonen på en endring i borehullfluidforhold kan for eksempel brukes til å knytte den kritiske servicetiden til en dimensjonsløs grense eller en minimumsstyrke som trengs for en viss anvendelse, slik at når et borehullverktøy eller en komponent som er dannet av pulverkompakt 400 som beskrevet her, ikke lenger trengs i borehullet (f.eks. CST), kan forholdene i borehullet (f.eks. konsentrasjonen av kloridioner i borehullfluidet) endres slik at de forårsaker en rask oppløsning av pulverkompakt 400 og dets fjerning fra borehullet. I eksempelet beskrevet ovenfor er pulverkompakt 400 velgbart oppløselig ved en hastighet som strekker seg fra ca. 0 til ca. 7000 mg/cm2/t. Dette reaksjonsområdet gir for eksempel evnen til å fjerne en kule med 3 tommer (inch) diameter dannet av dette materialet fra et borehull ved å endre borehullfluidet på mindre enn én time. Den velgbare og kontrollerbare oppløselighetsatferden beskrevet ovenfor, koplet med den utmerkede styrken og de lave tetthetsegenskapene beskrevet her, definerer et nytt endret materiale med spredt partikkel-nanomatrise som er konfigurert for kontakt med et fluid og konfigurert til å tilveiebringe en velgbar og kontrollerbar overgang fra én av en første styrketilstand til en andre styrketilstand som er lavere enn en funksjonell styrketerskel, eller en første vekttapmengde til en andre vekttapmengde som er større enn en vekttapgrense, som en funksjon av tid i kontakt med fluidet. Komposittet av spredt partikkel-nanomatrise er karakteristisk for pulverkompaktene 400 beskrevet her, og omfatter en cellulær nanomatrise 416 av nanomatrisemateriale 420, en mengde spredte partikler 414, inkludert partikkelkjernemateriale 418 som er spredt inne i matrisen. Nanomatrise 416 erkarakterisertav et bindingslag 419 i fast form som strekker seg gjennom hele nanomatrisen. Tiden i kontakt med fluidet beskrevet ovenfor kan omfatte CST som beskrevet ovenfor. CST kan omfatte en forhåndsbestemt tid som er ønskelig eller påkrevet for å oppløse en forhåndsbestemt del av pulverkompaktet 400 som er i kontakt med fluidet. CST kan også omfatte en tid som tilsvarer en endring i egenskapen til det endrede materialet eller fluidet, eller en kombinasjon av disse. Ved en endring i egenskapene hos det endrede materialet, kan endringen omfatte en endring i en temperatur hos det endrede materialet. Dersom det er en endring i egenskapene hos fluidet, kan endringen omfatte endring av en fluidtemperatur, trykk, strømningshastighet, kjemisk sammensetning eller pH, eller en kombinasjon av dette. Både det endrede materialet og endringen i egenskapen hos det endrede materialet eller fluidet, eller en kombinasjon av dette, kan tilpasses slik at det gir ønsket CST-reaksjonskarakteristikk, inkludert endringshastigheten av den aktuelle egenskapen (f.eks. vekttap, styrketap) både før CST (f.eks. trinn 1) og etter CST (f.eks. trinn 2), som vist i figur 18.

[0067] uten å være begrenset av teori dannes pulverkompakter 400 av belagte pulverpartikler 312 som omfatter en partikkelkjerne 314 og tilhørende kjernemateriale 318 i tillegg til et metallbelegg 316 og et tilhørende metallsk beleggingsmateriale 320 for å danne en vesentlig-kontinuerlig, tre-dimensional, cellulær nanomatrise 416 som omfatter et nanomatrisemateriale 420 dannet ved sintring og den tilhørende diffusjonsbindingen av de respektive beleggene 316 som omfatter en mengde spredte partikler 414 av partikkelkjernematerialene 418. Denne unike strukturen kan omfatte metastabile kombinasjoner av materialer som ville være svært vanskelige eller umulige å danne ved størkning fra en smelte som har de samme relative mengdene av de utgjørende materialene. Beleggene og de tilhørende beleggingsmaterialene kan velges slik at de tilveiebringer velgbar og kontrollerbar oppløsning i et forhåndsbestemt fluidmiljø, så som et borehullmiljø, der det forhåndsbestemte fluidet kan være et vanlig brukt borehullfluid som enten injiseres ned i borehullet eller ekstraheres fra borehullet. Som det videre vil forstås av beskrivelsen her, eksponerer kontrollert oppløsning av nanomatrisen de spredte partiklene i kjernematerialene. Partikkelkjernematerialene kan også velges slik at de også tilveiebringer velgbar og kontrollerbar oppløsning i borehullfluidet. Alternativt kan de også velges slik at de tilveiebringer en viss mekanisk egenskap, så som trykkfasthet eller skjærfasthet, til pulverkompaktet 400, uten å nødvendigvis tilveiebringe velgbar og kontrollert oppløsning av selve kjernematerialene, ettersom velgbar og kontrollerbar oppløsning av nanomatrisematerialet som omgir disse partiklene, nødvendigvis vil frigi dem slik at de føres bort av borehullfluidet. Mikrostrukturmorfologien til den vesentlig-kontinuerlige, cellulære nanomatrisen 416, som kan velges slik at den tilveiebringer et materiale i en styrkende fase, med spredte partikler 414, som kan velges slik at de tilveiebringer likeaksede spredte partikler 414, tilveiebringer disse pulverkompaktene med forbedrede mekaniske egenskaper, inkludert trykkfasthet og skjærfasthet, ettersom den resulterende morfologien i nanomatrisen/de spredte partiklene kan manipuleres slik at de tilveiebringer styrking gjennom hele prosessen som likner på tradisjonelle styrkningsmekanismer, så som reduksjon av kornstørrelse, løsningsherding gjennom bruk av urenhetsatomer, utfelling eller aldersherding og styrke-/arbeidsherdende mekanismer. Strukturen i nanomatrisen/de spredte partiklene har en tendens til å begrense forflytning som følge av de tallrike grenseflatene mellom partikler og nanomatrise, samt grenseflater mellom diskrete lag inne i nanomatrisematerialet som beskrevet her. Dette eksemplifiseres i bruddatferden hos disse materialene. Et pulverkompakt 400 laget ved hjelp av ubelagt rent Mg-pulver og påført en skjærspenning som er tilstrekkelig til å indusere bruddpåvist oppsprekking mellom korn. I motsetning til dette har et pulverkompakt 400 som er laget ved hjelp av pulverpartikler 312 som har rene Mg-pulverpartikkelkjerner 314 for å danne spredte partikler 414 og metallbelegg 316 som omfatter Al for å danne nanomatrise 416 og påført en skjærspenning som er tilstrekkelig til å indusere bruddpåvist oppsprekking mellom korn, en vesentlig høyere bruddspenning, som beskrevet her. Ettersom disse materialene har høystyrkeegenskaper, kan kjernematerialet og beleggingsmaterialet velges slik at det benytter lavtetthetsmaterialer eller andre lavtetthetsmaterialer, så som lavtetthetsmetaller, keramikk, glass eller karbon, som ellers ikke ville tilveiebringe de nødvendige styrkeegenskapene for bruk i de ønskede anvendelsene, inkludert borehullverktøy og komponenter.

[0068] Fig. 1 viser verktøyet 100 i en innkjøringsposisjon med ventildekselet 250 i en posisjon der den oppløselige innsatsen 252 er innstilt med ventilåpningen 124 i øverlegemedelen 120 for å hindre fluider i å strømme inn i eller ut av boringen 108 gjennom ventilåpningen 124. Ventilhylsen 254 på ventildekselet 250 festes til øverlegemedelen 120 med bruddstift 126 tilstøtende ventilåpningen 124. I innkjøringsposisjonen støter et anslag 128 på øverlegemedelen 120 mellom bruddstiften 126 og ventilåpningen 124 an mot en skulder 274 på ventilhylsen 254. Også i innkjøringsposisjonen trykker den rampede overflaten 260 på ventilhylsen 254 sammen fingrene 154 på patronen 152 på kulesetet 150 innover slik at det tilveiebringer kulesetet 150 i en kulefangende posisjon, klar til mottak av en kule 50. Vekslenålen 208 posisjoneres som vist i fig.

3 inne i en andre seksjon 212 av veksleveien 206.

[0069] Fig. 4 viser verktøyet 100 ved mottak av en kule 50 inne i kulesetet 150. Når kulen 50 helt eller i det minste vesentlig blokkerer fluid gjennom boringen 108, kan trykk bygges opp ovenfor kulen 50, noe som tvinger kulen 50 og det tilhørende kulesetet 150 nedover i borehullet. På grunn av festingen av basisen 156 på kulesetet 150 til den indre rørkonstruksjonen 172 som støter an mot veksleanordningen 200, beveger også veksleanordningen 200 seg nedover i borehullet, noe som posisjonerer vekslenålen 208 som vist i fig. 5 inne i en tredje seksjon 214 av veksleveien 206, som er en frac/switch-posisjon. Ettersom ventilhylsen 254 er festende festet til øverlegemedelen 120 via bruddstiften 126, kan ikke kulesetet 150 og veksleanordningen 200 bevege seg videre nedover i borehullet før bruddstiften 126 brekker. Dersom trykk slippes ut før det når bruddverdien, vil kulesetet 150 gå tilbake til innkjøringsposisjonen, og vekslenålen 208 vil posisjoneres i den andre posisjonen 212 av veksleveien 206. Dersom trykket økes over bruddverdien, vil bruddstiften 126 brekke, og ventildekselet 250, kulesetet 150 og veksleanordningen 200 vil bevege seg nedover i borehullet og trykke sammen kompresjonsfjæren 218 og dermed eksponere ventilåpningen 124 i øverlegemedelen 120. Sonen kan deretter sprekkes opp, eller det kan utføres andre borehulloperasjoner gjennom ventilåpningen 124. På dette stadiet låses kulesetet 150 i posisjon på grunn av veksleanordningen 200 som, som vist i fig. 5, holder vekslenålen 208 i en øvre ende 228 av den tredje seksjonen 214 og ikke flytter seg derfra før trykket slippes. Patronen 152 på kulesetet 150 er fortsatt i tilstanden med begrenset diameter for å holde kulen 50 i seg. Så lenge patronen 152 er ovenfor den rampede overflaten 260, vil patronen 152 forbli i tilstanden med begrenset diameter.

[0070] Fig. 6 viser verktøyet 100 i en posisjon, så som etter at en sporingsoperasjon på den bestemte sonen er fullført, der pumpetrykket slippes ut fra boringen 108 på verktøyet 100, slik at trykket slippes fra kulesetet 150. Idet kulen 50 og kulesetet 150 får bevege seg tilbake mot en øvre posisjon, vender ventilhylsen 254 tilbake til posisjonen som vist i fig. 1, der innsatsen 252 igjen blokkerer ventilåpningen 124. Ventilåpningen 254 bringes tilbake til denne posisjonen via fjærkraften fra kompresjonsfjæren 218 som trykker på den bevegelige rørdelen 216 som ventilhylsen 254 er forbundet med. Skulderen 274 på ventilhylsen 254 støter an mot anslaget 128 på øverlegemedelen 120, slik at innsatsen 252 innstiller seg passende med ventilåpningen 124. Vekslenålen 208 veksler til den andre seksjonen 212 mellom posisjonene vist i fig. 4 og 6. Når trykk igjen påføres med kulen 50 på kulesetet 150, veksler vekslehylsen 202 slik at vekslenålen 208 innstiller seg med den første seksjonen 210 tilsvarende en «pass»-seksjon. Med vekslenålen 208 hele veien inn i den forlengede langsgående delen av den første seksjonen 210, blir fjærelementet 220 sammentrykket, og den indre rørkonstruksjonen 172 dras nedover slik at den forbundne patronen 152 dras nedover. Dermed støter ikke den tunnelformede delen 162 av kulesetet 150 an mot anslaget 258 på ventilhylsen 254, og den rampede overflaten 170 på den indre rørkonstruksjonen 172 støter ikke an mot den rampede overflaten 260 på ventilhylsen 254, slik at den ledige enden 160 av fingrene 154 ikke lenger trykkes sammen, og dermed antar de en tilstand slik at en indre diameter av patronen 152 er stor nok til å la kulen 50 passere derigjennom til en lavere sone lenger ned i borehullet.

[0071] Når det gjelder fig. 8 og 9, beveger fjærelementet 220, etter at kulen 50 har passert, vekslehylsen 202 tilbake til den andre seksjonen 212 av veien 206, og kulesetet 150 går tilbake til en tilstand med redusert diameter, som vist i fig. 1 under innkjøringsposisjonen. Til forskjell fra fig. 1 er imidlertid den oppløselige innsatsen 252 i fig. 1 vist i fig. 8 med materialet oppløst ved den valgte tiden som operatøren finner riktig, generelt etter at alle soner er oppsprukket. Når den oppløselige innsatsen 252 er oppløst, tilveiebringes åpning 253 i ventildekselet 250, og kan deretter innstilles selektivt med ventilåpningen 124 i rørlegemet 106.

[0072] Som vist i fig. 10 er bruddrekkefølgen av operasjon som for tiden er mulig med konvensjonelt utstyr, og mulig med det selektive hydrauliske bruddverktøyet, tilnæringen «fra bunnen og opp». Et skjematisk riss av et borehull 10 omfatter en øvre ende 12 nærmest en overflatelokalitet, og en nedre ende 14, lengst unna overflatelokaliteten, der overflatelokaliteten er inngangspunktet for et bunnhullsverktøy. Borehullet 10 er vist med sju målsoner for bruddoperasjoner, inkludert sone 16, 18, 20, 22, 24, 26 og 28, selv om et annet antall soner kan tilsiktes. I tilnærmingen fra bunnen og opp utføres den første bruddoperasjonen 1 i sone 28, den andre bruddoperasjonen 2 i sone 26, den tredje bruddoperasjonen 3 i sone 24, den fjerde bruddoperasjonen 4 i sone 22, den femte bruddoperasjonen 5 i sone 20, den sjette bruddoperasjonen 6 i sone 18, og den sjuende bruddoperasjonen 7 i sone 16. I rekkefølgen fra bunnen og opp sprekkes dermed den laveste/fjerneste sonen 28 først, og deretter utføres bruddoperasjonene oppover i borehullet ved å sprekke opp hver påfølgende sone. I det konvensjonelle bruddverktøyet ville den initielle oppsprekkingen muliggjøres ved å slippe en kule med liten diameter inn i verktøyet, og deretter ville baller med stadig større diameter slippes mens man jobbet seg oppover borehullet. Etter at alle sonene er oppsprukket, ville kulene strømme tilbake til overflaten sammen med produksjon.

[0073] Fig. 11 og 12 viser henholdsvis to alternative bruddrekkefølger i operasjonene som er mulige takket være det selektive hydrauliske bruddverktøyet som beskrives her, men ikke med konvensjonelle borehullverktøy. Fig. 11 viser en tilnærming fra toppen og ned, som er det motsatte av tilnærmingen fra bunnen og opp vist i fig. 10. Med andre ord utføres den første bruddoperasjonen 1 i sone 16, den andre bruddoperasjonen 2 i sone 18, den tredje bruddoperasjonen 3 i sone 20, den fjerde bruddoperasjonen 4 i sone 22, den femte bruddoperasjonen 5 i sone 24, den sjette bruddoperasjonen 6 i sone 26, og den sjuende bruddoperasjonen 7 i sone 28. I denne rekkefølgen fra toppen og ned sprekkes dermed den høyeste sonen 16 først, og deretter utføres bruddene nedover i borehullet ved å sprekke opp hver påfølgende sone. Denne rekkefølgen var ikke mulig med et konvensjonelt bruddverktøy ettersom kulen på setet ville hindre operatøren i å produsere lavere soner, og selv om kulen på setet kunne fjernes, ville sonen som akkurat var oppsprukket, bli stående åpen, og dersom et brudd ble forsøkt i en lavere sone, ville derfor all pumpingen gå tapt til den øvre sonen. I det selektive bruddverktøyet derimot, må imidlertid kulen etter at en øvre sone er oppsprukket, passere gjennom det utvidbare kulesetet for å sprekke opp lavere soner, og en enkelt kule kan brukes til å sprekke opp alle soner.

[0074] Fig. 12 viser en bruddrekkefølge av operasjon mot sentrum, der den første bruddoperasjonen 1 utføres i sone 28, den andre bruddoperasjonen 2 utføres i sone 16, den tredje bruddoperasjonen 3 utføres i sone 26, den fjerde bruddoperasjonen 4 utføres i sone 18, den femte bruddoperasjonen 5 utføres i sone 24, den sjette bruddoperasjonen 6 utføres i sone 20, og den sjuende bruddoperasjonen 7 utføres i sone 22. Dermed er bruddoperasjonen mot sentrum der hvor sonene sprekkes opp på en vekslende måte fra laveste til høyeste sone til den midterste sonen er nådd. Etter at en øvre sone er oppsprukket, må kulen føres gjennom det utvidbare kulesetet for å sprekke opp lavere soner. Etter at en øvre sone er oppsprukket, vil kulen brukes til å sprekke opp den tilsvarende lavere sonen. I den illustrerte utførelsesformen vil kulen i sone 16 deretter gå til sone 26 og sprekke opp den sonen.

[0075] Selv om det er beskrevet to ytterligere bruddrekkefølger i operasjonen, må det forstås at det selektive hydrauliske bruddverktøyet kan brukes til å sprekke opp soner i borehullet i en hvilken som helst rekkefølge som operatøren finner riktig, eller ut ifra borehullforholdene.

[0076] Selv om oppfinnelsen er beskrevet med henvisning til en eksemplarisk utførelsesform eller utførelsesformer, vil fagpersonen forstå at det kan gjøres ulike endringer og settes inn ekvivalenter for elementer i den uten at det avviker fra oppfinnelsens omfang. Dessuten kan mange modifiseringer gjøres for å tilpasse en spesiell situasjon eller et spesielt materiale til oppfinnelsens lærdom uten at det avviker fra dens essensielle omfang. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal være begrenset til den spesifikke utførelsesformen som beskrives som den best uttenkte måten å gjennomføre denne oppfinnelsen på, men at oppfinnelsen skal omfatte alle utførelsesformer som faller innenfor kravenes omfang. I tegningene og beskrivelsen er det også beskrevet eksemplariske utførelsesformer av oppfinnelsen, og selv om det kan være benyttet spesifikke termer, er de, såframt annet ikke er angitt, bare brukt i en generell og beskrivende mening, og ikke med tanke på begrensning, slik at oppfinnelsens omfang derfor ikke begrenses derved. Bruken av termene første, andre osv. betegner heller ikke noen viktighetsrekkefølge, det er heller slik at termene første, andre osv. benyttes for å skille ett element fra et annet. Videre betegner ikke bruken av termene en, et osv. noen begrensning i mengde, men betegner heller nærværet av minst ett av det nevnte objektet.

Claims

1. Selektivt borehullverktøy, som omfatter: en rørkonstruksjon med en langsgående boring som gjør det mulig for fluid å passere derigjennom, og med en ventilåpning i en vegg på rørkonstruksjonen; et utvidbart kulesete som er selektivt bevegelig mellom en første størrelse som er dimensjonert til å fange en kule for å blokkere strømning gjennom rørkonstruksjonen, og en større andre størrelse som er dimensjonert til å frigi kulen gjennom rørkonstruksjonen; og et ventildeksel som er langsgående bevegelig inne i rørkonstruksjonen, der ventildekselet omfatter en oppløselig innsats.

2. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 1, der ventildekselet samarbeider med kulesetet og er langsgående bevegelig med kulesetet som reaksjon på en trykkendring inne i rørkonstruksj onen.

3. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 1, der innsatsen dekker ventilåpningen i en første tilstand og er langsgående bevegelig inne i rørkonstruksjonen for å eksponere ventilåpningen i en andre tilstand.

4. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 3, der innsatsen igjen dekker ventilåpningen i en tredje tilstand, og der kulesetet har den første størrelsen i den første og den andre tilstanden, og den andre størrelsen i den tredje tilstanden.

5. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 4, der innsatsen oppløses i den fjerde tilstanden.

6. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 1, der det utvidbare kulesetet omfatter en patron med en mengde fingre, der den ledige enden av fingrene beveger seg fra den første størrelsen til den andre størrelsen, og en basis forbinder en fast ende av fingrene.

7. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 1, som videre omfatter en veksleanordning som er inngripbar med det utvidbare kulesetet og i stand til å låse det utvidbare kulesetet i én av den første størrelsen og den andre størrelsen.

8. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 7, der veksleanordningen omfatter en vekslehylse som har en vekslevei, en vekslenål som er bevegelig i forhold til vekslehylsen, og minst ett fjærforspennende element som virker på vekslenålen.

9. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 8, der det minst ene fjærforspennende elementet omfatter en kompresjonsfjær på én side av vekslenålen og en kompresjonsfjær på en motsatt side av vekslenålen.

10. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 8, der veksleveien omfatter en første seksjon som strekker seg oppover i borehullet for å låse kulesetet i den andre størrelsen, en andre seksjon som strekker seg nedover i borehullet og gjør det mulig for vekslenålen å bevege seg, og en tredje seksjon som strekker seg oppover i borehullet og er kortere enn den første seksjonen, for å låse kulesetet i den første størrelsen.

11. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 10, der veksleveien er en kontinuerlig vei rundt en diameter av vekslehylsen og omfatter en andre seksjon anbrakt mellom hver første seksjon og tredje seksjon.

12. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 1, som videre omfatter en bruddstift som festende forbinder ventildekselet til rørkonstruksjonen i en innkjøringstilstand av verktøyet.

13. Selektivt borehullverktøy i henhold til krav 1, der den oppløselige innsatsen omfatter et selektivt nedbrytelig materiale som omfatter et sintret pulverkompakt dannet av elektrokjemisk aktive metaller.

14. Framgangsmåte for å operere et borehullverktøy, der framgangsmåten omfatter: å kjøre borehullverktøyet ned i et borehull, der verktøyet omfatter en rørkonstruksjon med en ventilåpning dekket av et ventildeksel; å bevege ventildekselet langsgående for å avdekke ventilåpningen; å igjen dekke ventilåpningen med ventildekselet etter en operasjon gjennom ventilåpningen; og å oppløse en del av ventildekselet for å igjen eksponere ventilåpningen.

15. Framgangsmåte i henhold til krav 14, som videre omfatter å gjenta å eksponere ventilåpningen, å utføre en operasjon gjennom ventilåpningen, og igjen dekke ventilåpningen for en mengde ventilåpninger og tilhørende ventildeksler, og deretter oppløse en del av ventildekslene for å eksponere ventilåpningene.

16. Framgangsmåte i henhold til krav 15, der operasjonen er en bruddoperasjon utført på en mengde soner i borehullet, og videre omfatter å tillate inngang av produksjonsfluider gjennom ventilåpningene etter å ha oppløst en del av ventildekslene.

17. Framgangsmåte i henhold til krav 15, der en rekkefølge av operasjonene som utføres gjennom ventilåpningene, er en rekkefølge fra toppen og ned, der en første operasjon utføres gjennom en øverste ventilåpning og en siste operasjon utføres gjennom en nederste ventilåpning.

18. Framgangsmåte i henhold til krav 15, der en rekkefølge av operasjonene som utføres gjennom ventilåpningene, er en rekkefølge mot sentrum, der påfølgende operasjoner utføres skiftende gjennom ventilåpninger nede og oppe i borehullet, nærmende en midtre ventilåpning.

19. Framgangsmåte i henhold til krav 14, som ytterligere omfatter: å slippe en kule i rørkonstruksjonen inn i et utvidbart kulesete; å fange kulen inne i kulesetet; å bygge opp trykk inne i rørkonstruksjonen og tvinge kulen og kulesetet nedover i borehullet; og å slippe ut pumpetrykk; der det å bevege ventildekselet langsgående skjer ved at det bygges opp trykk inne i rørkonstruksjonen, og å igjen dekke ventilåpningen med ventildekselet skjer ved at det slippes ut pumpetrykk.

20. Framgangsmåte i henhold til krav 14, der ventildekselet er festende forbundet til rørkonstruksjonen via en skjærskrue mens borehullverktøyet kjøres ned i borehullet, og som ytterligere omfatter å skjære skruen etter at ventilåpningen er innstilt i en målsone i borehullet.