NO341042B1 - Teleskopisk element - Google Patents

Description

BAKGRUNN

I nedihulls borings- og kompletteringsfagene, blir kompletteringsstrenger konfigurert med mange varierte konstruksjonsstrategier for å fremme mange forskjellige typer egenskaper. Én type kompletteringsstreng anvender radialt teleskopiske elementer som sørger for en direkte åpningsforbindelse til formasjonsflaten fra den indre dimensjonen av kompletteringsstrengen. Slike teleskopiske elementer er nyttige for operasjoner slik som fokusert fraktureringsoperasjoner og for pro-duksjon direkte gjennom elementene.

Teleskopiske elementer ifølge tidligere teknikk har blitt utplassert ved anvendelse av mekaniske midler og trykk. Der hvor trykk er den drivende kraften bak det å flytte de teleskopiske elementene radialt utover, må åpningen i elementene innledende bli lukket for at trykk skal bygge seg opp på dem. Vanligvis har faget brukt sprengskiver siden de kan bli konfigurert til å briste ved et bestemt trykk og etterlater lite avfall. Uheldigvis er det imidlertid at selv om det ville synes som om regulert trykk ville fremme positiv og fullstendig utplassering av de teleskopiske enhetene, er dette ikke alltid tilfelle i praksis. Snarere, på grunn av uforutsigbare borehullsbetingelser, kan noen av de teleskopiske elementene ikke nødvendigvis være fullstendig utplassert før trykket kommer til terskeltrykket for sprengskivene. Dette vil resultere i at minst én av skivene brister. Fordi hele systemet er trykksatt på én gang, vil en enkelt skive som brister være tilstrekkelig til å miste alt trykket til formasjonen og følgelig ikke ha noe resterende trykk tilgjengelig for den videre utplassering av teleskopiske elementer som ikke er fullstendig utplassert før den første skiven brister. Med økende popularitet for teleskopiske elementer på grunn av fordelene de tilveiebringer hvis de er fullstendig utplassert, vil faget ta vel i mot nye konfigurasjoner som lover større pålitelighet ved utplassering.

US3390724 A omhandler en kanalformende anordning montert på et for-ingsrør i en oljebrønn. Anordningen omfatter et filter som holder igjen fine partikler, men som samtidig lar brønnfluider passere gjennom anordningen inn i foringsrø-ret.

OPPSUMMERING

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et teleskopisk element. Elementet inkluderer minst en sentral komponent og en barriere plassert innen den sentrale komponenten, barrieren har en korrosjonshastighetskurve som kan tilpasses selektivt og har strukturelle egenskaper som muliggjør inneslutningen av høyt trykk før strukturell svikt av barrieren ved korrosjon. Barrieren er konstruert av et kompaktpulver som omfatter: en hovedsakelig-kontinuerlig, cellulær nanomatriks omfattende et nanomatriksmateriale; mange dispergerte partikler omfattende et partikkelkjernemateriale som omfatter Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon derav, dispergert i den cellulære nanomatriksen; og et faststoff-bindingslag som strekker seg gjennom hele den cellulære nanomatriksen mellom de dispergerte partiklene.

Vist videre heri er et teleskopisk element. Elementet inkluderer minst en sentral komponent, og en barriere plassert innen den sentrale komponenten, barrieren har en teknisk strekkgrense for materialet som kan tilpasses selektivt.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGER

Refererer nå til tegningene hvori like elementer er nummerert likt i de mange figurene: Figur 1 er et tverrsnitts skjematisk riss av et teleskopisk element som har en barriere i en innkjørt posisjon; Figur 2 er et tverrsnitts skjematisk riss av elementet ifølge figur 1 i en utplassert posisjon; og Figur 3 er et tverrsnittsriss av elementet ifølge figur 1 i en utplassert og åpen posisjon; Figur 4 er et mikrofotografi av et pulver 210 som vist heri som har blitt innebygget i et innkapslingsmateriale og vist i snitt; Figur 5 er en skjematisk illustrasjon av en eksempelvis utførelsesform av en pulverpartikkel 212 slik den ville forekomme i et eksempelvis snittriss representert ved snitt 5-5 av figur 4; Figur 6 er et mikrofotografi av en eksempelvis utførelsesform av et kompaktpulver som vist heri; Figur 7 er en skjematisk illustrasjon av en eksempelvis utførelsesform av kompaktpulveret ifølge figur 6 tilvirket ved anvendelse av et pulver som har enkelt-lag pulverpartikler slik det ville opptre tatt langs snitt 7-7; Figur 8 er en skjematisk illustrasjon av en annen eksempelvis utførelses-form av kompaktpulveret ifølge figur 6 tilvirket ved anvendelse av et pulver som har flerlagspulverpartikler slik det ville opptre tatt langs snitt 7-7; og Figur 9 er en skjematisk illustrasjon av en forandring i en egenskap av et kompaktpulver som vist heri som en funksjon av tid og en forandring i betingelse for kompaktpulvermiljøet.

DETALJERT BESKRIVELSE

Refererer til figur 1, et teleskopisk element 10 som har en oppløselig barriere 12 er illustrert i en innkjørt posisjon. Hvert teleskopiske element omfatter minst en sentral rørformet teleskopisk komponent 14, men kan inkludere flere konsent-riske komponenter etter ønske. Som illustrert, inkluderer det teleskopiske elementet tre komponenter. Komponenten 14 inkluderer en forsegling 15 rundt den, som i én utførelsesform er en o-ring. O-ringen sikrer at komponenten 14 vil forsegle med en midtre komponent 16. Den midtre komponenten 16 er likeledes også utstyrt med en forsegling 17, som også kan være en o-ring og som er for å sikre en forsegling med en sokkel 18. Sokkelen 18 er fiksert forbundet til en kompletteringsstreng, ikke vist, ved for eksempel en gjenget forbindelse eller en sveiset forbindelse, etc. Videre, skal det bli lagt merke til at selv om de uttrekkbare komponen-tene teller tre som illustrert, er det ingen grunn til at flere komponenter ikke kan bli anvendt for å utvide en radial rekkevidde av det teleskopiske elementet 10 forut-satt at enten er sokkelen diametralt større enn vist eller det endelige indre dimen-sjon strømningsarealet for den resulterende sentrale komponenten er mindre.

Det skal bli forstått at selv om et enkelt teleskopisk element er illustrert, kan ett eller flere av disse elementene bli anvendt i ulike utførelsesformer herav. I hvert tilfelle, blir imidlertid barrieren 12 anvendt. Barriere 12 er strukturelt i stand til å motstå svært høye trykk i en lang nok tidsperiode til å sikre at alle teleskopiske elementer 10 faktisk er passende utplassert. Barrieren 12 vil så løses opp basert på eksponering for et fluid i kontakt med den. Fluidet kan være et naturlig borehull-fluid slik som vann, olje, etc. eller kan være et fluid tilsatt til borehullet for det spe-sifikke formål å løse opp barrierene 12 eller for et annet formål med et underordnet formål å løse opp barrieren 12. Barriere 12 kan være konstruert av en rekke materialer som er oppløselige men én utførelsesform anvender spesielt et oppløselig magnesiumbasert materiale med høy fasthet som har en oppløsningshastighets-kurve og/eller teknisk strekkgrense som kan tilpasses selektivt. Selve materialet er diskutert detaljert senere i denne redegjørelsen. Dette materialet utviser eksepsjo- nell fasthet mens det er intakt og vil likevel enkelt løses opp i en kontrollert og se-lektiv kort tidsramme. Materialet er oppløselig i vann, vann-basert slam, nedihulls saltløsninger eller syre, for eksempel, og kan være konfigurert for en oppløsnings-hastighet som ønsket. I tillegg, kan det bli brukt overflateirregulariteter for å øke et overflateareal av barrieren 12 som blir eksponert for oppløsningsfluidet slik som ril-ler, korrugeringer, fordypninger, etc. Etter fullstendig oppløsning av barrieren 12, blir det teleskopiske elementet etterlatt fullstendig åpent og uhindret. Fordi materialet vist over kan bli tilpasset til å løses opp fullstendig i løpet av omkring 4 til 10 minutter, er de teleskopiske elementene praktisk talt umiddelbart tilgjengelige i en uhindret tilstand. Fordi barrierene før oppløsning er eksepsjonelt sterke, kan en stor mengde trykk, for eksempel, omkring 3000 psi - omkring 5000 psi bli plassert på rørstrengen for å forårsake utplassering av de teleskopiske elementene for å sikre en fullstendig utplassering. Fordi materialet derfor vil løses opp hurtig, vil de teleskopiske elementene være relativt umiddelbart tilgjengelige for hvilken som helst funksjon som er krevet av dem.

Som introdusert over, ytterligere materialer kan bli utnyttet med ballen som beskrevet heri er lettvekts, høy-fasthet metalliske materialer er vist som kan bli brukt i en lang rekke anvendelser og anvendelsesmiljøer, inkludert bruk i ulike bo-rebrønnmiljøer for å lage ulike valgbart og styrbart engangs- eller nedbrytbare lettvekts, høy-fasthet nedihullsverktøyer eller andre nedihullskomponenter, så vel som mange andre anvendelser for bruk i både varige og engangs- eller nedbrytbare gjenstander. Disse lettvekts, høy-fasthet og valgbart og styrbart nedbrytbare materialene inkluderer fullstendig-tette, sintrede kompaktpulvere dannet fra belagte pulvermaterialer som inkluderer ulike lettvekts partikkel kjerner og kjernematerialer som har ulike enkeltlags- og flerlagsnanoskalabelegg. Disse kompaktpulvere er dannet fra belagte metalliske pulvere som inkluderer ulike elektrokjemisk-aktive (f.eks. som har relativt høyere standard oksidasjonspotensialer) lettvekts, høy-fasthet partikkelkjerner og kjernematerialer, slik som elektrokjemisk aktive metaller, som er dispergert innen en cellulær nanomatriks dannet fra de ulike nanoskala metalliske beleggingslagene av metalliske beleggingsmaterialer, og er spesielt nyttige i borebrønnanvendelser. Disse kompaktpulverene tilveiebringer en unik og fordelaktig kombinasjon av mekaniske fasthetsegenskaper, slik som trykk-og skjærfasthet, lav tetthet og valgbare og styrbare korrosjonsegenskaper, spesielt hurtig og kontrollert oppløsning i ulike borebrønnfluider. For eksempel kan partikkelkjernen og beleggingslagene av disse pulverene bli valgt for å tilveiebringe sintrede kompaktpulvere egnet for bruk som høy-fasthet ingeniørutviklede materialer som har en trykkfasthet og skjærfasthet sammenlignbar med ulike andre ingeniør-utviklede materialer, inkludert karbon, rustfri og legeringsståltyper, men som også har en lav tetthet sammenlignbar med ulike polymerer, elastomerer, lav-tetthet po-røse keramer og komposittmaterialer. Som enda et annet eksempel, kan disse pulverene og kompaktpulvermaterialene være konfigurert for å tilveiebringe en valgbar og styrbar nedbrytning eller avhending som respons til en forandring i en miljøbetingelse, slik som en overgang fra en svært lav oppløsningshastighet til en svært hurtig oppløsningshastighet som respons til en forandring i en egenskap eller betingelse for en borebrønn nærliggende en gjenstand dannet fra det kompakte, inkludert en egenskapsforandring i et borebrønnfluid som er i kontakt med kompaktpulveret. De valgbare og styrbare nedbrytnings- eller avhendingskarakte-ristikkene beskrevet tillater også at den dimensjonsmessige stabilitet og fasthet for gjenstander, slik som borebrønnverktøyer eller andre komponenter, dannet fra disse materialene blir opprettholdt inntil de ikke lenger trengs, på dette tidspunkt kan en forutbestemt miljøbetingelse, slik som en borebrønnbetingelse, inkludert borebrønnfluidtemperatur, trykk eller pH-verdi, bli forandret for å fremme deres fjerning ved hurtig oppløsning. Disse belagte pulvermaterialene og kompaktpulvere og ingeniørutviklede materialer dannet fra dem, så vel som fremgangsmåter for fremstilling av dem, er beskrevet videre under.

Refererer til FIG. 3, et metallisk pulver 210 inkluderer mange metalliske, belagte pulverpartikler 212. Pulverpartikler 212 kan være dannet for å tilveiebringe et pulver 210, inkludert frittflytende pulver, som kan bli helt eller på annen måte plassert i alle typer former eller støpeformer (ikke vist) som har alle typer fasonger og størrelser og som kan bli brukt for å forme forstadium kompaktpulvere 300 og kompaktpulvere 400 (FIG. 6 og 7), som beskrevet heri, som kan bli brukt som, eller for bruk i tilvirkning, av ulike produksjonsgjenstander, inkludert ulike borebrønn-verktøyer og komponenter.

Hver av de metalliske, belagte pulverpartikler 212 av pulver 210 inkluderer en partikkelkjerne 214 og et metallisk beleggingslag 216 plassert på partikkelkjernen 214. Partikkelkjernen 214 inkluderer et kjernemateriale 218. Kjernematerialet 218 kan inkludere et hvilket som helst egnet materiale for å danne partikkelkjernen 214 som tilveiebringer pulverpartikkel 212 som kan bli sintret for å danne et lettvekts, høy-fasthet kompaktpulver 400 som har valgbare og styrbare oppløsnings-karakteristikker. Egnede kjernematerialer inkluderer elektrokjemisk aktive metaller som har et standard oksidasjonspotensiale større enn eller lik det for Zn, inkludert som Mg, Al, Mn eller Zn eller en kombinasjon derav. Disse elektrokjemisk aktive metallene er svært reaktive med en rekke vanlige borebrønnfluider, inkludert et hvilket som helst antall ioniske fluider eller svært polare fluider, slik som de som in-neholder ulike klorider. Eksempler inkluderer fluider omfattende kaliumklorid (KCI), saltsyre (HCI), kalsiumklorid (CaCb), kalsiumbromid (CaBr2) eller sinkbromid (ZnBr2). Kjernemateriale 218 kan også inkludere andre metaller som er mindre elektrokjemisk aktive enn Zn eller ikke-metalliske materialer, eller en kombinasjon derav. Egnede ikke-metalliske materialer inkluderer keramer, kompositter, glass eller karbon, eller en kombinasjon derav. Kjernemateriale 218 kan være valgt for å tilveiebringe en høy oppløsningshastighet i et forutbestemt borebrønnfluid, men kan også være valgt for å tilveiebringe en relativt lav oppløsningshastighet, inkludert null oppløsning, hvor oppløsning av nanomatriksmaterialet forårsaker at partikkelkjernen 214 blir hurtig blottlagt og frigitt fra kompaktpartikkelen ved grenseflaten med borebrønnfluidet, slik at den effektive hastigheten for oppløsning av kom-paktpartikler dannet ved anvendelse av partikkelkjerner 214 av disse kjernematerialene 218 er høy, selv om kjernemateriale 218 i seg selv kan ha en lav oppløs-ningshastighet, inkludert kjernematerialer 220 som kan være hovedsakelig uløse-lige i borebrønnfluidet.

Med hensyn til de elektrokjemisk aktive metallene som kjernematerialer 218, inkludert Mg, Al, Mn eller Zn, kan disse metallene bli brukt som rene metaller eller i en hvilken som helst kombinasjon med hverandre, inkludert ulike legerings-kombinasjoner av disse materialene, inkludert binære, tertiære eller kvaternære legeringer av disse materialene. Disse kombinasjonene kan også inkludere kompositter av disse materialene. Videre, i tillegg til kombinasjoner med hverandre, kan Mg, Al, Mn eller Zn kjernematerialene 218 også inkludere andre bestanddeler, inkludert ulike legeringstilsetninger, for å endre én eller flere egenskaper av partik-kelkjernene 214, slik som å forbedre fastheten, senke tettheten eller endre oppløs-ningskarakteristikkene for kjernematerialet 218.

Blant de elektrokjemisk aktive metallene, er Mg, enten som et rent metall eller en legering eller et komposittmateriale, spesielt nyttig, på grunn av dets lave tetthet og evne til å danne høy-fasthet legeringer, så vel som dets høye grad av elektrokjemisk aktivitet, siden det har et standard oksidasjonspotensiale høyere enn Al, Mn eller Zn. Mg-legeringer inkluderer alle legeringer som har Mg som en legeringsbestanddel. Mg-legeringer som kombinerer andre elektrokjemisk aktive metaller, som beskrevet heri, som legeringsbestanddeler er spesielt nyttige, inkludert binære Mg-Zn, Mg-AI og Mg-Mn legeringer, så vel som tertiære Mg-Zn-Y og Mg-AI-X legeringer, hvor X inkluderer Zn, Mn, Si, Ca eller Y, eller en kombinasjon derav. Disse Mg-AI-X legeringene kan inkludere, på vektbasis, opp til omkring 85 % Mg, opp til omkring 15 % Al og opp til omkring 5 % X. Partikkelkjerne 214 og kjernemateriale 218, og spesielt elektrokjemisk aktive metaller inkludert Mg, Al, Mn eller Zn, eller kombinasjoner derav, kan også inkludere et sjeldent jordelement eller kombinasjon av sjeldne jordelementer. Som brukt heri, inkluderer sjeldne jordelementer Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd eller Er, eller en kombinasjon av sjeldne jordelementer. Når det foreligger, kan et sjeldent jordelement eller kombinasjoner av sjeldne jordelementer foreligge, på vektbasis, i en mengde på omkring 5 % eller mindre.

Partikkelkjerne 214 og kjernemateriale 218 har en smeltetemperatur (Tp). Som brukt heri, inkluderer Tp den laveste temperaturen hvor begynnende smelting eller seigring eller andre former for delvis smelting forekommer innen kjernemateriale 218, uavhengig av om kjernemateriale 218 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt av materialer som har forskjellige smeltetemperaturer.

Partikkelkjerner214 kan ha en hvilken som helst egnet partikkelstørrelse eller område av partikkelstørrelser eller fordeling av partikkelstørrelser. For eksempel kan partikkelkjemene 214 være valgt for å tilveiebringe en gjennomsnittlig par-tikkelstørrelse som er representert ved en normal eller Gauss- type unimodal fordeling omkring et gjennomsnitt eller middel, som illustrert generelt i figur 3. I et annet eksempel, kan partikkelkjerner 214 være valgt eller blandet for å tilveiebringe en multimodal fordeling av partikkelstørrelser, inkludert mange gjennomsnittlige partikkelkjernestørrelser, slik som, for eksempel, en homogen bimodal fordeling av gjennomsnittlige partikkelstørrelser. Valget av fordelingen av partikkelkjernestør-relse kan bli brukt for å bestemme, for eksempel, partikkelstørrelsen og avstand mellom partikler 215 for partiklene 212 av pulver 210. I en eksempelvis utførelses-form, kan partikkelkjemene 214 ha en unimodal fordeling og en gjennomsnittlig partikkeldiameter på omkring 5 nm til omkring 300 nm, mer spesielt omkring 80 nm til omkring 120 nm, og enda mer spesielt omkring 100 nm.

Partikkelkjerner214 kan ha en hvilken som helst egnet partikkelfasong, inkludert en hvilken som helst regulær eller irregulær geometrisk fasong, eller kombinasjon derav. I en eksempelvis utførelsesform, er partikkelkjerner 214 hovedsakelig kuleformede elektrokjemisk aktive metallpartikler. I en annen eksempelvis ut-førelsesform, er partikkelkjerner 214 hovedsakelig irregulært formede keramiske partikler. I enda en annen eksempelvis utførelsesform, er partikkelkjerner 214 karbon eller andre nanorørstrukturer eller hule glassmikrosfærer.

Hver av de metalliske, belagte pulverpartiklene 212 av pulver 210 inkluderer også et metallisk beleggingslag 216 som er anbrakt på partikkelkjerne 214. Metallisk beleggingslag 216 inkluderer et metallisk beleggingsmateriale 220. Metallisk beleggingsmateriale 220 gir pulverpartiklene 212 og pulver 210 dets metalliske na-tur. Metallisk beleggingslag 216 er et nanoskala beleggingslag. I en eksempelvis utførelsesform, kan metallisk beleggingslag 216 ha en tykkelse på omkring 25 nm til omkring 2500 nm. Tykkelsen av metallisk beleggingslag 216 kan variere over overflaten av partikkelkjerne 214, men vil foretrukket ha en hovedsakelig enhetlig tykkelse over overflaten av partikkelkjerne 214. Metallisk beleggingslag 216 kan inkludere et enkelt lag, som illustrert i figur 4, eller mange lag som en flerlagsbe-leggingsstruktur. I et enkeltlagsbelegg, eller i hvert av lagene av et flerlagsbelegg, kan det metalliske beleggingslaget 216 inkludere en enkelt bestanddel kjemisk element eller forbindelse, eller kan inkludere mange kjemiske elementer eller for-bindelser. Der hvor et lag inkluderer mange kjemiske bestanddeler eller forbindel-ser, kan de ha alle typer homogene eller heterogene fordelinger, inkludert en homogen eller heterogen fordeling av metallurgiske faser. Dette kan inkludere en gradert fordeling hvor de relative mengdene av de kjemiske bestanddelene eller forbindelsene varierer i henhold til respektive bestanddelsprofiler over tykkelsen av laget. I både enkeltlags- og flerlagsbelegg 216, kan hvert av de respektive lagene, eller kombinasjoner av dem, bli brukt for å tilveiebringe en forutbestemt egenskap til pulverpartikkelen 212 eller et sintret kompaktpulver dannet derfra. For eksempel, kan den forutbestemte egenskapen inkludere bindingsstyrken av den metallurgiske bindingen mellom partikkelkjernen 214 og beleggingsmaterialet 220; interdiffusjonskarakteristikkene mellom partikkelkjernen 214 og metallisk beleggingslag 216, inkludert enhver interdiffusjon mellom lagene av et flerlags-beleggingslag 216; interdiffusjonskarakteristikkene mellom de ulike lagene av et flerlags-beleggingslag 216; interdiffusjonskarakteristikkene mellom det metalliske beleggingslaget 216 for én pulverpartikkel og den for en tilgrensende pulverpartikkel 212; bindingsstyrken for den metallurgiske bindingen mellom de metalliske beleggingslagene for tilgrensende sintrede pulverpartikler 212, inkludert de ytterste lagene av flerlags-beleggingslag; og den elektrokjemiske aktiviteten for beleggingslaget216.

Metallisk beleggingslag 216 og beleggingsmateriale 220 har en smeltetemperatur (Tc). Som brukt heri, inkluderer Tc den laveste temperaturen hvor begynnende smelting eller seigring eller andre former for delvis smelting forekommer innen beleggingsmateriale 220, uavhengig av om beleggingsmateriale 220 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som hver har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt, inkludert et kompositt omfattende mange beleggingsmate-rialelag som har forskjellige smeltetemperaturer.

Metallisk beleggingsmateriale 220 kan inkludere et hvilket som helst egnet metallisk beleggingsmateriale 220 som tilveiebringer en sinterbar ytre overflate 221 som er konfigurert for å bli sintret til en tilgrensende pulverpartikkel 212 som også har et metallisk beleggingslag 216 og sinterbar ytre overflate 221. I pulvere 210 som også inkluderer andre eller ytterligere (belagte eller ubelagte) partikler 232, som beskrevet heri, er den sinterbare ytre overflaten 221 av metallisk beleggingslag 216 også konfigurert for å bli sintret til en sinterbar ytre overflate 221 av andre partikler 232. I en eksempelvis utførelsesform, er pulverpartiklene 212 sinterbare ved en forutbestemt sintringstemperatur (Ts) som er en funksjon av kjernematerialet 218 og beleggingsmateriale 220, slik at sintring av kompaktpulver400 blir gjennomført fullstendig i den faste tilstanden og hvor Ts er mindre enn Tp og Tc. Sintring i den faste tilstanden begrenser partikkelkjerne 214/metallisk beleggingslag 416 vekselvirkninger til faststoff-diffusjonsprosesser og metallurgiske transportfenomener og begrenser vekst av og tilveiebringer kontroll over den resulterende grenseflaten mellom dem. I motsetning ville, foreksempel, introduksjo-nen av væskefasesintring sørge for hurtig interdiffusjon av partikkelkjerne 214/ metallisk beleggingslag 216 materialene og gjøre det vanskelig å begrense veks-ten av og tilveiebringe kontroll over den resulterende grenseflaten mellom dem, og derfor forstyrre dannelsen av den ønskelige mikrostrukturen for kompaktpartikkel 400 som beskrevet heri.

I en eksempelvis utførelsesform, vil kjernemateriale 218 være valgt for å tilveiebringe en kjemisk sammensetning for kjernen og beleggingsmaterialet 220 vil være valgt for å tilveiebringe en kjemisk sammensetning for belegget og disse kjemiske sammensetningene vil også være valgt for å avvike fra hverandre. I en annen eksempelvis utførelsesform, vil kjernematerialet 218 være valgt for å tilveiebringe kjemisk sammensetning for kjernen og beleggingsmaterialet 220 vil være valgt for å tilveiebringe en kjemisk sammensetning for belegget og disse kjemiske sammensetningene vil også være valgt for å avvike fra hverandre ved deres gren-seflate. Forskjeller i de kjemiske sammensetningene av beleggingsmateriale 220 og kjernemateriale 218 kan være valgt for å tilveiebringe forskjellige oppløsnings-hastigheter og valgbar og styrbar oppløsning av kompaktpulvere 400 som inkorporerer dem ved å gjøre dem valgbart og styrbart oppløselige. Dette inkluderer opp-løsningshastigheter som avviker som respons til en forandret betingelse i bore-brønnen, inkludert en indirekte eller direkte forandring i et borebrønnfluid. I en eksempelvis utførelsesform, er et kompaktpulver400 dannet fra pulver 210 som har kjemiske sammensetninger av kjernemateriale 218 og beleggingsmateriale 220 som gjør at kompakt 400 er valgbart oppløselig i et borebrønnfluid som respons til en forandret borebrønnbetingelse som inkluderer en forandring i temperatur, forandring i trykk, forandring i strømningshastighet, forandring i pH eller forandring i kjemisk sammensetning av borebrønnfluidet, eller en kombinasjon derav. Den valgbare oppløsningsresponsen til den forandrede betingelsen kan resultere fra faktiske kjemiske reaksjoner eller prosesser som fremmer forskjellige oppløsnings-hastigheter, men også omfatter forandringer i oppløsningsresponsen som er assosiert med fysiske reaksjoner eller prosesser, slik som forandringer i borebrønn-fluidtrykk eller strømningshastighet.

Som illustrert i FIG. 3 og 5, kan partikkelkjerne 214 og kjernemateriale 218 og metallisk beleggingslag 216 og beleggingsmateriale 220 være valgt for å tilveiebringe pulverpartikler 212 og et pulver 210 som er konfigurert for kompakte-ring og sintring for å tilveiebringe et kompaktpulver 400 som har lett vekt (dvs. som har en relativt lav tetthet), høy-fasthet og kan fjernes valgbart og styrbart fra en bo-rebrønn som respons til en forandring i en borebrønnegenskap, inkludert å være valgbart og styrbart oppløselig i et passende borebrønnfluid, inkludert ulike bore-brønnfluider som vist heri. Kompaktpulver 400 inkluderer en hovedsakelig-kontinuerlig, cellulær nanomatriks 416 av et nanomatriksmateriale 420 som har mange dispergerte partikler 414 dispergert gjennom hele den cellulære nanomatriks 416. Den hovedsakelig-kontinuerlige cellulære nanomatriks 416 og nanomatriksmateriale 420 dannet av sintrede metalliske beleggingslag 216 er dannet ved kompakte-ringen og sintringen av de mange metalliske beleggingslagene 216 av de mange pulverpartiklene 212. Den kjemiske sammensetningen av nanomatriksmateriale 420 kan være forskjellig fra den for beleggingsmateriale 220 på grunn av diffu-sjonsvirkninger assosiert med sintringen som beskrevet heri. Kompakt metallpul-ver 400 inkluderer også mange dispergerte partikler 414 som omfatter partikkelkjernemateriale 418. Dispergerte partikkelkjerner 414 og kjernemateriale 418 til-svarer og er dannet fra de mange partikkelkjerner 214 og kjernemateriale 218 av de mange pulverpartikler 212 ettersom de metalliske beleggingslagene 216 blir sintret sammen for å danne nanomatriks 416. Den kjemiske sammensetningen av kjernemateriale 418 kan være forskjellig fra den for kjernemateriale 218 på grunn av diffusjonseffekter assosiert med sintring som beskrevet heri.

Som brukt heri, vil bruken av begrepet hovedsakelig-kontinuerlig cellulær nanomatriks 416 ikke innebære hovedbestanddelen av kompaktpulveret, men snarere referere til minoritetsbestanddelen eller bestanddelene, enten det er basert på vekt eller volum. Dette skilles fra de fleste matrikskomposittmaterialer hvor matriksen omfatter majoritetsbestanddelen basert på vekt eller volum. Bruken av begrepet hovedsakelig-kontinuerlig, cellulær nanomatriks er tenkt å beskrive den utstrakte, regulære, kontinuerlige og forbundne naturen av fordelingen av nanomatriksmateriale 420 innen kompaktpulver 400. Som brukt heri, beskriver "hovedsakelig-kontinuerlig" utstrekningen av nanomatriksmaterialet gjennom hele kompaktpulver 400 slik at det strekker seg mellom og omhyller hovedsakelig alle de dispergerte partiklene 414. Hovedsakelig-kontinuerlig blir brukt for å indikere at fullstendig kontinuitet og regulær orden for nanomatriksen omkring hver dispergerte partikkel 414 ikke er krevet. For eksempel, kan defekter i beleggingslaget 216 over partikkelkjerne 214 på noen pulverpartikler 212 forårsake brodannelse for partikkelkjemene 214 i løpet av sintring av kompaktpulveret 400, og derved forårsake at lokaliserte diskontinuiteter resulterer innen den cellulære nanomatriks 416, selv om nanomatriksen i de andre delene av kompaktpulveret er hovedsakelig kontinuerlig og utviser strukturen beskrevet heri. Som brukt heri, blir "cellulær" brukt for å indikere at nanomatriksen definerer et nettverk av generelt repeterende, sammenkoplede, kammere eller celler av nanomatriksmateriale 420 som omfatter og også forbinder de dispergerte partiklene 414. Som brukt heri, blir "nanomatriks" brukt for å beskrive størrelsen eller skalaen av matriksen, spesielt tykkelsen av matriksen mellom tilgrensende dispergerte partikler 414. De metalliske beleggingslagene som er sintret sammen for å danne nanomatriksen er selv beleggingslag av nanoskalatykkelse. Siden nanomatriksen ved de fleste lokaliseringer, andre enn kryssingspunktet for mer enn to dispergerte partikler 414, generelt omfatter interdiffusjonen og bindingen av to beleggingslag 216 fra tilgrensende pulverpartikler 212 som har nanoskalatykkelser, har den dannede matriksen også en nanoskalatykkelse (f.eks. omtrent to ganger beleggingslagtykkelsen som beskrevet heri) og er derfor beskrevet som en nanomatriks. Videre, vil bruken av begrepet dispergerte partikler 414 ikke innebære den underordnede bestanddelen av kompaktpulver 400, men refererer snarere til majoritetsbestanddelen eller bestanddelene, enten det er basert på vekt eller volum. Bruken av begrepet dispergert partikkel er tenkt å uttrykke den diskontinuerlige og diskrete fordelingen av partikkelkjernemateriale 418 innen kompaktpulver 400.

Kompaktpulver 400 kan ha en hvilken som helst ønsket fasong eller stør-relse, inkludert den av en sylindrisk barre eller blokk som kan bli maskinert eller på annen måte brukt for å danne nyttige produksjonsgjenstander, inkludert ulike bore-brønnverktøyer og komponenter. Pressingen brukt for å danne forstadium-kompaktpulver 300 og sintre- og presseprosesser brukt for å danne kompaktpulver 400 og deformere pulverpartiklene 212, inkludert partikkelkjerner 214 og beleggingslag 216, for å tilveiebringe den fullstendige tettheten og ønskede makrosko-piske fasongen og størrelsen av kompaktpulver 400 så vel som dets mikrostruktur. Mikrostrukturen av kompaktpulver 400 inkluderer en likeakset konfigurasjon av dispergerte partikler 414 som er dispergert gjennom det hele og innebygget innen den hovedsakelig-kontinuerlige, cellulære nanomatriks 416 av sintrede beleggingslag. Denne mikrostrukturen er ganske analog til en likeakset korn-mikrostruktur med en kontinuerlig korn-grensefase, unntatt at den ikke krever bruken av legeringsbestanddeler som har termodynamiske fase-likevektegenskaper som er i stand til å produsere en slik struktur. Snarere, kan denne likeaksede dispergerte partikkelstrukturen og cellulære nanomatriks 416 av sintrede metalliske beleggingslag 216 bli produsert ved anvendelse av bestanddeler hvor termodynamisk faselikevektbetingelser ikke ville produsere en likeakset struktur. Den likeaksede morfologien av de dispergerte partiklene 414 og cellulære nettverk 416 av partik-kellagene resulterer fra sintring og deformering av pulverpartiklene 212 ettersom de blir kompaktert og interdiffunderer og deformerer for å fylle interpartikkelrom-mene 215 (figur 3). Sintringstemperaturene og trykkene kan bli valgt for å sikre at tettheten av kompaktpulver 400 oppnår hovedsakelig fullstendig teoretisk tetthet.

I en eksempelvis utførelsesform som illustrert i figurene 3 og 5, blir dispergerte partikler 414 dannet fra partikkelkjerner 214 dispergert i den cellulære nanomatriks 416 av sintrede metalliske beleggingslag 216, og nanomatriksen 416 inkluderer en faststoff metallurgisk binding 417 eller bindingslag 419, som illustrert skjematisk i figur 6, som strekker seg mellom de dispergerte partiklene 414 gjennom hele den cellulære nanomatriks 416 som er dannet ved en sintringstemperatur (Ts), hvor Ts er mindre enn Tc og Tp. Som angitt, blir faststoff metallurgisk binding 417 dannet i den faste tilstanden ved faststoff-interdiffusjon mellom beleggingslagene 216 av tilgrensende pulverpartikler 212 som blir presset sammen til berørende kontakt i løpet av kompakterings- og sintringsprosessene brukt for å danne kompaktpulver 400, som beskrevet heri. Som sådan, inkluderer sintrede beleggingslag 216 av cellulær nanomatriks 416 et faststoff-bindingslag 419 som har en tykkelse (t) definert ved utstrekningen av interdiffusjonen av beleggingsma-terialene 220 av beleggingslagene 216, som i sin tur vil være definert ved naturen av beleggingslagene 216, inkludert om de er enkelt- eller flerlags- beleggingslag, om de har blitt valgt for å fremme eller begrense slik interdiffusjon, og andre faktorer, som beskrevet heri, så vel som sintrings- og kompakteringsbetingelsene, inkludert sintringstiden, temperaturen og trykket brukt for å danne kompaktpulver 400.

Ettersom nanomatriks 416 blir dannet, inkludert binding 417 og bindingslag 419, kan den kjemiske sammensetningen eller fasefordelingen, eller begge deler, av metalliske beleggingslag 216 forandre seg. Nanomatriks 416 har også en smeltetemperatur (Tm). Som brukt heri, inkluderer Tm den laveste temperaturen som begynnende smelting eller seigring eller andre former for delvis smelting vil forekomme ved innen nanomatriks 416, uavhengig av om nanomatriksmateriale 420 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som hver har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt, inkludert et kompositt omfattende mange lag av ulike beleggingsmaterialer som har forskjellige smeltetemperaturer, eller en kombi nasjon derav, eller på annen måte. Ettersom dispergerte partikler 414 og partikkelkjernematerialer 418 blir dannet i forbindelse med nanomatriks 416, er diffusjon av bestanddeler av metalliske beleggingslag 216 inn i partikkelkjemene 214 også mu-lig, som kan resultere i forandringer i den kjemiske sammensetningen eller fasefordelingen, eller begge deler, for partikkelkjerner 214. Som et resultat, kan dispergerte partikler 414 og partikkelkjernematerialer 418 ha en smeltetemperatur (Td<p>) som er forskjellig fra Tp. Som brukt heri, inkluderer Tdp den laveste temperaturen som begynnende smelting eller seigring eller andre former for delvis smelting vil forekomme ved innen dispergerte partikler 414, uavhengig av om partikkelkjernemateriale 418 omfatter et rent metall, en legering med flere faser som hver har forskjellige smeltetemperaturer eller et kompositt, eller på annen måte. Kompaktpulver 400 blir dannet ved en sintringstemperatur (Ts), hvor Tser mindre enn Tc, Tp, Tm og Td<p.>

Dispergerte partikler 414 kan omfatte et hvilket som helst av materialene beskrevet heri for partikkelkjerner 214, selv om den kjemiske sammensetningen av dispergerte partikler 414 kan være forskjellig på grunn av diffusjonseffekter som beskrevet heri. I en eksempelvis utførelsesform, blir dispergerte partikler 414 dannet fra partikkelkjerner 214 omfattende materialer som har et standard oksidasjonspotensiale større enn eller lik Zn, inkludert Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon derav, kan inkludere ulike binære, tertiære og kvaternære legeringer eller andre kombinasjoner av disse bestanddelene som vist heri i forbindelse med partikkelkjerner 214. Av disse materialene, er de som har dispergerte partikler 414 omfattende Mg og nanomatriksen 416 dannet fra de metalliske beleggingsmateria-lene 216 beskrevet heri spesielt nyttige. Dispergerte partikler 414 og partikkelkjernemateriale 418 av Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon derav, kan også inkludere et sjeldent jordelement, eller en kombinasjon av sjeldne jordelementer som vist heri i forbindelse med partikkelkjerner 214.

I en annen eksempelvis utførelsesform, blir dispergerte partikler 414 dannet fra partikkelkjerner 214 omfattende metaller som er mindre elektrokjemisk aktive enn Zn eller ikke-metalliske materialer. Egnede ikke-metalliske materialer inkluderer keramer, glass (f.eks. hule glassmikrosfærer) eller karbon, eller en kombinasjon derav, som beskrevet heri.

Dispergerte partikler 414 av kompaktpulver 400 kan ha en hvilken som helst egnet partikkelstørrelse, inkludert de gjennomsnittlige partikkelstørrelser beskrevet heri for partikkelkjerner 214.

Dispergerte partikler 214 kan ha en hvilken som helst egnet fasong avhengig av fasongen valgt for partikkelkjerner 214 og pulverpartikler 212, så vel som fremgangsmåten brukt for å sintre og kompaktere pulver 210. I en eksempelvis utførelsesform, kan pulverpartikler 212 være kuleformede eller hovedsakelig kuleformede og dispergerte partikler 414 kan inkludere en likeakset partikkelkonfi-gurasjon som beskrevet heri.

Naturen av dispersjonen av dispergerte partikler 414 kan bli påvirket av valget av pulveret 210 eller pulvere 210 brukt for å tilvirke kompaktpatrikkel 400. I én eksempelvis utførelsesform, kan et pulver210 som haren unimodal fordeling av pulverpartikkel 212 størrelser være valgt for å danne kompaktpulver 400 og vil produsere en hovedsakelig homogen unimodal dispersjon av partikkelstørrelser av dispergerte partikler 414 innen cellulær nanomatriks 416, som illustrert generelt i figur 5. I en annen eksempelvis utførelsesform, kan mange pulvere 210 som har mange pulverpartikler med partikkelkjerner 214 som har de samme kjernematerialene 218 og forskjellige kjernestørrelser og det samme beleggingsmateriale 220 bli valgt og enhetlig blandet som beskrevet heri for å tilveiebringe et pulver 210 som haren homogen, multimodal fordeling av pulverpartikkel 212 størrelser, og kan bli brukt for å danne kompaktpulver 400 som har en homogen, multimodal dispersjon av partikkelstørrelser av dispergerte partikler 414 innen cellulær nanomatriks 416. Likeledes, i enda en annen eksempelvis utførelsesform, kan mange pulvere 210 som har mange partikkelkjerner 214 som kan ha de samme kjernematerialer 218 og forskjellige kjernestørrelser og det samme beleggingsmaterialet 220 være valgt og fordelt på en ikke-enhetlig måte for å tilveiebringe en ikke-homogen, multimodal fordeling av pulverpartikkelstørrelser, og kan bli brukt for å danne kompaktpulver 400 som har en ikke-homogen, multimodal dispersjon av partikkelstørrelser av dispergerte partikler 414 innen cellulær nanomatriks 416. Valget av fordelingen av partikkelkjernestørrelse kan bli brukt for å bestemme, for eksempel, partikkelstør-relsen og avstand mellom partikler av de dispergerte partiklene 414 innen den cellulære nanomatriks 416 av kompaktpulvere 400 dannet fra pulver 210.

Nanomatriks 416 er et hovedsakelig-kontinuerlig, cellulært nettverk av metalliske beleggingslag 216 som er sintret til hverandre. Tykkelsen av nanomatriks 416 vil avhenge av naturen av pulveret 210 eller pulverene 210 brukt for å danne kompaktpulver 400, så vel som inkorporeringen av et hvilket som helst andre pulver 230, spesielt tykkelsene av beleggingslagene assosiert med disse partiklene. I en eksempelvis utførelsesform, er tykkelsen av nanomatriks 416 hovedsakelig enhetlig gjennom hele mikrostrukturen av kompaktpulver 400 og omfatter omkring to ganger tykkelsen av beleggingslagene 216 av pulverpartikler 212. I en annen eksempelvis utførelsesform, har det cellulære nettverk 416 en hovedsakelig enhetlig gjennomsnittlig tykkelse mellom dispergerte partikler 414 på omkring 50 nm til omkring 5000 nm.

Nanomatriks 416 blir dannet ved sintring av metalliske beleggingslag 216 av tilgrensende partikler til hverandre ved interdiffusjon og dannelse av bindingslag 419 som beskrevet heri. Metalliske beleggingslag 216 kan være enkeltlags- eller flerlagsstrukturer, og de kan være valgt for å fremme eller inhibere diffusjon, eller begge deler, innen laget eller mellom lagene av metallisk beleggingslag 216, eller mellom det metalliske beleggingslaget 216 og partikkelkjerne 214, eller mellom det metalliske beleggingslaget 216 og det metalliske beleggingslaget 216 av en tilgrensende pulverpartikkel, utstrekningen av interdiffusjon av metalliske beleggingslag 216 i løpet av sintring kan være begrenset eller omfangsrik avhengig av beleggtykkelsene, beleggingsmateriale eller materialer valgt, sintringsbetingelsene og andre faktorer. Gitt den potensielle kompleksiteten av interdiffusjonen og vekselvirkningen av bestanddelene, kan beskrivelse av den resulterende kjemiske sammensetningen av nanomatriks 416 og nanomatriksmateriale 420 ganske enkelt bli forstått til å være en kombinasjon av bestanddelene av beleggingslagene 216 som også kan inkludere én eller flere bestanddeler av dispergerte partikler 414, avhengig av utstrekningen av interdiffusjon, hvis noen, som forekommer mellom de dispergerte partiklene 414 og nanomatriksen 416. Likeledes kan den kjemiske sammensetningen av dispergerte partikler 414 og partikkelkjernemateriale 418 ganske enkelt bli forstått til å være en kombinasjon av bestanddelene av partikkelkjerne 214 som også kan inkludere én eller flere bestanddeler av nanomatriks 416 og nanomatriksmateriale 420, avhengig av utstrekningen av interdiffusjon, hvis noen, som forekommer mellom de dispergerte partiklene 414 og nanomatriksen 416.

I en eksempelvis utførelsesform, har nanomatriksmaterialet 420 en kjemisk sammensetning og partikkelkjernematerialet 418 har en kjemisk sammensetning som er forskjellig fra den for nanomatriksmateriale 420, og forskjellene i de kjemiske sammensetningene kan være konfigurert for å tilveiebringe en valgbar og

styrbar oppløsningshastighet, inkludert en valgbar overgang fra en svært lav opp-løsningshastighet til en svært hurtig oppløsningshastighet, som respons til en kontrollert forandring i en egenskap eller betingelse for borebrønnen nærliggende det kompakte 400, inkludert en egenskapsforandring i et borebrønnfluid som er i kontakt med kompaktpulveret 400, som beskrevet heri. Nanomatriks 416 kan være dannet fra pulverpartikler 212 som har enkeltlags- og flerlags-beleggingslag 216. Denne designfleksibiliteten tilveiebringer et stort antall materialkombinasjoner, spesielt i tilfellet av flerlags-beleggingslag 216, som kan bli utnyttet for å skred-dersy den cellulære nanomatriks 416 og sammensetning av nanomatriksmateriale 420 ved å kontrollere vekselvirkningen av beleggingslag bestanddelene, både innen et gitt lag, så vel som mellom et beleggingslag 216 og partikkelkjernen 214 som det er assosiert med eller et beleggingslag 216 av en tilgrensende pulverpartikkel 212. Flere eksempelvise utførelsesformer som viser denne fleksibiliteten er tilveiebrakt under.

Som illustrert i Figur 6, i en eksempelvis utførelsesform, blir kompaktpulver 400 dannet fra pulverpartikler 212 hvor beleggingslaget 216 omfatter et enkelt lag, og den resulterende nanomatriks 416 mellom tilgrensende enheter av de mange dispergerte partikler 414 omfatter det enslige metalliske beleggingslag 216 av én pulverpatrikkel 212, et bindingslag 419 og det enslige beleggingslag 216 av en annen enhet av de tilgrensende pulverpartiklene 212. Tykkelsen (t) av bindingslag 419 blir bestemt ved utstrekningen av interdiffusjonen mellom de enslige metalliske beleggingslagene 216, og kan omfatte hele tykkelsen av nanomatriks 416 eller bare en del derav. I én eksempelvis utførelsesform av kompaktpulver 400 dannet ved anvendelse av et enkeltlagspulver 210, kan kompaktpulver 400 inkludere dispergerte partikler 414 omfattende Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon derav, som beskrevet heri, og nanomatriks 216 kan inkludere Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re eller Ni, eller et oksid, karbid eller nitrid derav, eller en kombinasjon av et hvilket som helst av de tidligere nevnte materialene, inkludert kombinasjoner hvor nanomatriksmaterialet 420 av cellulær nanomatriks 416, inkludert bindingslag 419, har en kjemisk sammensetning og kjernematerialet 418 av dispergerte partikler 414 haren kjemisk sammensetning som er forskjellig fra den kjemiske sammensetningen av nanomatriksmateriale 416. Forskjellen i den kjemiske sammensetningen av nanomatriksmaterialet 420 og kjernematerialet 418 kan bli brukt for å tilveiebringe valgbar og styrbar oppløsning som respons til en forandring i en egenskap for en borebrønn, inkludert et borebrønnfluid, som beskrevet heri. I en ytterligere eksempelvis utførelsesform av et kompaktpulver 400 dannet fra et pulver 210 som har en enkelt beleggingslag konfigurasjon, inkluderer dispergerte partikler 414 Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon derav, og den cellulære nanomatriks 416 inkluderer Al eller Ni, eller en kombinasjon derav.

Som illustrert i Figur 7 blir, i en annen eksempelvis utførelsesform, kompaktpulver 400 dannet fra pulverpartikler 212 hvor beleggingslaget 216 omfatter et flerlags-beleggingslag 216 som har mange beleggingslag, og den resulterende nanomatriksen 416 mellom tilgrensende enheter av de mange dispergerte partiklene 414 omfatter de mange lagene (t) omfattende beleggingslaget 216 for én partikkel 212, et bindingslag 419, og de mange lagene omfattende beleggingslaget 216 for en annen av pulverpartiklene 212. I figur 7, er dette illustrert med et to-lags metallisk beleggingslag 216, men det vil bli forstått at de mange lagene av flerlags metallisk beleggingslag 216 kan inkludere et hvilket som helst ønsket antall lag. Tykkelsen (t) av bindingslaget 419 blir igjen bestemt ved utstrekningen av interdiffusjonen mellom de mange lagene av de respektive beleggingslagene 216, og kan omfatte hele tykkelsen av nanomatriks 416 eller bare en del derav. I denne ut-førelsesformen, kan de mange lagene omfattende hvert beleggingslag 216 bli brukt for å kontrollere interdiffusjon og dannelse av bindingslag 419 og tykkelse (t).

Sintrede og smidde kompaktpulvere 400 som inkluderer dispergerte partikler 414 omfattende Mg og nanomatriks 416 omfattende ulike nanomatriksmaterialer som beskrevet heri har vist en utmerket kombinasjon av mekanisk fasthet og lav tetthet som eksemplifiserer materialene med lett vekt og høy-fasthet vist heri. Eksempler på kompaktpulvere 400 som har rent Mg dispergerte partikler 414 og ulike nanomatrikser 416 dannet fra pulvere 210 som har rene Mg partikkelkjerner 214 og ulike enkelt- og flerlags- metalliske beleggingslag 216 som inkluderer Al, Ni, W eller AI2O3, eller en kombinasjon derav. Disse kompaktpulvere 400 har blitt underkastet ulik mekanisk og annen testing, inkludert tetthetstesting, og deres oppløsning og mekanisk egenskap nedbrytningsopptreden har også blittkarakterisertsom vist heri. Resultatene indikerer at disse materialene kan bli konfigurert for å tilveiebringe et vidt område av valgbar og styrbar korrosjons- eller oppløsnings- opptreden fra svært lave korrosjonshastigheter til ekstremt høye korrosjonshastigheter, spesielt korrosjonshastigheter som er både lavere og høyere enn de av kompaktpulvere som ikke inkorporerer den cellulære nanomatriks, slik som et kompakt dannet fra rent Mg pulver ved de samme kompakterings- og sintringspro-sesser sammenlignet med de som inkluderer rent Mg dispergerte partikler i de ulike cellulære nanomatrikser beskrevet heri. Disse kompaktpulvere 400 kan også bli konfigurert for å tilveiebringe hovedsakelig forbedrede egenskaper sammenlignet med kompaktpulvere dannet fra rene Mg partikler som ikke inkluderer nano-skalabeleggene beskrevet heri. Kompaktpulvere 400 som inkluderer dispergerte partikler 414 omfattende Mg og nanomatriks 416 omfattende ulike nanomatriksmaterialer 420 beskrevet heri har vist romtemperatur-trykkfastheter på minst omkring 37 ksi, og har videre vist romtemperatur-trykkfasthet over omkring 50 ksi, både tørt og nedsenket i en løsning av 3 % KCI ved 200 °F. I motsetning har kompaktpulvere dannet fra rene Mg pulvere har en trykkfasthet på omkring 20 ksi eller mindre. Fasthet av det nanomatriks kompakte metallpulveret 400 kan bli forbedret videre ved å optimalisere pulver 210, spesielt vekt-prosentandelen av de nanoskala metalliske beleggingslagene 216 som er brukt for å danne cellulær nanomatriks 416. Fasthet av det nanomatriks kompakte metallpulveret 400 kan bli forbedret videre ved å optimalisere pulver 210, spesielt vekt-prosentandelen av de nanoskala metalliske beleggingslagene 216 som blir brukt for å danne cellulær nanomatriks 416. For eksempel, vil det å variere vekt-prosentandelen (vekt-%), dvs. tykkelse, av et aluminabelegg innen en cellulær nanomatriks 16 dannet fra belagte pulverpatrikler 212 som inkluderer et flerlags (AI/AI2O3/AI) metallisk beleggingslag 16 på rene Mg partikkelkjerner 214 tilveiebringe en økning på 21 % sammenlignet med den for 0 vekt-% alumina.

Kompaktpulvere 400 omfattende dispergerte partikler 414 som inkluderer Mg og nanomatriks 416 som inkluderer ulike nanomatriksmaterialer som beskrevet heri har også vist en romtemperatur skjærfasthet på minst omkring 20 ksi. Denne er i motsetning til kompaktpulvere dannet fra rene Mg pulvere, som har romtemperatur skjærfastheter på omkring 8 ksi.

Kompaktpulvere 400 av typene vist heri er i stand til å oppnå en faktisk tetthet som er hovedsakelig lik den forutbestemte teoretiske tettheten for et kompakt materiale basert på sammensetningen av pulver 210, inkludert relative mengder av bestanddeler av partikkelkjerner 214 og metallisk beleggingslag 216, og er også beskrevet heri som å være fullstendig-tette kompaktpulvere. Kompaktpulvere 400 omfattende dispergerte partikler som inkluderer Mg og nanomatriks 416 som inkluderer ulike nanomatriksmaterialer som beskrevet heri har vist faktiske tettheter på omkring 1,738 g/cm<3>til omkring 2,50 g/cm<3>, som er hovedsakelig lik de forutbestemte teoretiske tettheter, og avviker med maksimalt 4 % fra de forutbestemte teoretiske tetthetene.

Kompaktpulvere 400 som vist heri kan være konfigurert for å være selektivt og styrbart oppløselig i et borebrønnfluid som respons til en forandret betingelse i en borebrønn. Eksempler på den forandrede betingelsen som kan bli nyttiggjort for å tilveiebringe valgbar og styrbar oppløselighet inkluderer en forandring i temperatur, forandring i trykk, forandring i strømningshastighet, forandring i pH eller forandring i kjemisk sammensetning av borebrønnfluidet, eller en kombinasjon derav. Et eksempel på en forandret betingelse omfattende en forandring i temperatur inkluderer en forandring i borebrønn fluidtemperatur. For eksempel, har kompaktpulvere 400 omfattende dispergerte partikler 414 som inkluderer Mg og cellulær nanomatriks 416 som inkluderer ulike nanomatriksmaterialer som beskrevet heri relativt lave korrosjonshastigheter i en 3 % KCI løsning ved romtemperatur som spenner fra omkring 0 til omkring 11 mg/cm<2>/hr sammenlignet med relativt høye korrosjonshastigheter ved 200 °F som spenner fra omkring 1 til omkring 246 mg/cm<2>/hr avhengig av forskjellige nanoskala beleggingslag 216. Et eksempel på en forandret betingelse omfattende en forandring i kjemisk sammensetning inkluderer en forandring i en kloridionkonsentrasjon eller pH verdi, eller begge deler, for borebrønnfluidet. For eksempel viser kompaktpulvere 400 omfattende dispergerte partikler 414 som inkluderer Mg og nanomatriks 416 som inkluderer ulike nano-skalabelegg beskrevet heri korrosjonshastigheter i 15 % HCI som spenner fra omkring 4750 mg/cm<2>/hrtil omkring 7432 mg/cm<2>/hr. Derfor kan valgbar og styrbar oppløselighet som respons til en forandret betingelse i borebrønnen, nemlig forandringen i borebrønnfluidets kjemiske sammensetning fra KCI til HCI, bli brukt for å oppnå en karakteristisk respons som illustrert grafisk i figur 8, som illustrerer at ved en valgt forutbestemt kritisk servicetid (CST) kan en forandret betingelse bli pålagt på kompaktpulver 400 ettersom det blir anvendt i en gitt anvendelse, slik som et borebrønnmiljø, som forårsaker en styrbar forandring i en egenskap for kompaktpulver 400 som respons til en forandret betingelse i miljøet som det blir anvendt i. For eksempel, ved en forutbestemt CST forandring av et borebrønnfluid som er i kontakt med pulverkontakt 400 fra et første fluid (f.eks. KCI) som tilveiebringer en første korrosjonshastighet og et assosiert vekttap eller fasthet som en funksjon av tid til et andre borebrønnfluid (f.eks. HCI) som tilveiebringer en andre korrosjonshastighet og assosiert vekttap og fasthet som en funksjon av tid, hvori korrosjonshastigheten assosiert med det første fluidet er mye mindre enn korrosjonshastigheten assosiert med det andre fluidet. Denne karakteristiske responsen til en forandring i borebrønnfluidbetingelser kan bli brukt, for eksempel, for å asso-siere den kritiske servicetiden med en dimensjonstapsgrense eller en minimum fasthet nødvendig for en spesiell anvendelse, slik at når et borebrønnverktøy eller komponent dannet fra kompaktpulver 400 som vist heri ikke lenger er nødvendig i drift i borebrønnen (f.eks. CST-en) kan betingelsen i borebrønnen (f.eks. kloridion-konsentrasjonen for borebrønnfluidet) bli forandret for å forårsake den hurtige opp-løsningen av kompaktpulver 400 og dets fjerning fra borebrønnen. I eksempelet beskrevet over, er kompaktpulver 400 valgbart oppløselig ved en hastighet som spenner fra omkring 0 til omkring 7000 mg/cm<2>/hr. Dette responsområdet tilveiebringer, for eksempel evnen til å fjerne en 3 tommers-diameter ball dannet fra dette materialet fra en borebrønn ved å endre borebrønnfluidet i løpet av mindre enn én time. Den valgbare og styrbare oppløselighetsopptreden beskrevet over, koplet med de utmerkede fasthets- og lave tetthets-egenskapene beskrevet heri, definerer et nytt ingeniørutviklet dispergert partikkel-nanomatriks-materiale som er konfigurert for kontakt med et fluid og konfigurert for å tilveiebringe en valgbar og styrbar overgang fra én av en første fasthetsbetingelse til en andre fasthetsbetingelse som er lavere enn en funksjonell fasthetsterskel, eller en første vekttapmengde til en andre vekttapmengde som er større enn en vekttapgrense, som en funksjon av tid i kontakt med fluidet. Det dispergerte partikkel-nanomatriks kompo-sittet er karakteristisk for kompaktpulverene 400 beskrevet heri og inkluderer en cellulær nanomatriks 416 av nanomatriksmateriale 420, mange dispergerte partikler 414 inkludert partikkelkjernemateriale 418 som er dispergert innen matriksen. Nanomatriks 416 erkarakterisert vedet faststoff bindingslag 419, som strekker seg gjennom hele nanomatriksen. Tiden i kontakt med fluidet beskrevet over kan inkludere CST-en som beskrevet over. CST-en kan inkludere en forutbestemt tid som er ønsket eller krevet for å løse opp en forutbestemt del av kompaktpulveret 200 som er i kontakt med fluidet. CST-en kan også inkludere en tid tilsvarende en forandring i egenskapen for det ingeniørutviklede materialet eller fluidet, eller en kombinasjon derav. I tilfellet av en forandring av egenskap for det ingeniørutvik-lede materialet, kan forandringen inkludere en forandring av en temperatur for det ingeniørutviklede materiale. I tilfellet hvor der er en forandring i egenskapen for fluidet, kan forandringen inkludere forandringen i en fluidtemperatur, trykk, strøm-ningshastighet, kjemisk sammensetning eller pH eller en kombinasjon derav. Både det ingeniørutviklede materialet og forandringen i egenskapen for det ingeniørut-viklede materiale eller fluidet, eller en kombinasjon derav, kan være tilpasset for å tilveiebringe den ønskede CST responskarakteristikken, inkludert hastigheten for forandring av den spesielle egenskapen (f.eks. vekttap, tap av fasthet) både før CST-en (f.eks. trinn 1) og etter CST-en (f.eks. trinn 2), som illustrert i Figur 8.

Uten å være begrenset av teori, blir kompaktpulvere 400 dannet fra belagte pulverpartikler 212 som inkluderer en partikkelkjerne 214 og assosiert kjernemateriale 218 så vel som et metallisk beleggingslag 216 og et assosiert metallisk beleggingsmateriale 220 for å danne en hovedsakelig-kontinuerlig, tre-dimensjonal, cellulær nanomatriks 416 som inkluderer et nanomatriksmateriale 420 dannet ved sintring og den assosierte diffusjonsbindingen av de respektive beleggingslagene 216 som inkluderer mange dispergerte partikler 414 av partikkelkjernematerialene 418. Denne unike strukturen kan inkludere metastabile kombinasjoner av materialer som ville være svært vanskelige eller umulige å danne ved størkning fra en smelte som har de samme relative mengder av bestanddelmaterialene. Beleggingslagene og assosierte beleggingsmaterialer kan bli valgt for å tilveiebringe valgbar og styrbar oppløsning i et forutbestemt fluidmiljø, slik som et borebrønn-miljø, hvor det forutbestemte fluidet kan være et vanlig brukt borebrønnfluid som enten blir injisert inn i borebrønnen eller trukket ut fra borebrønnen. Som det vil bli videre forstått fra beskrivelsen heri, eksponerer kontrollert oppløsning av nanomatriksen de dispergerte partiklene av kjernematerialene. Partikkelkjernematerialene kan også bli valgt for å også tilveiebringe valgbar og styrbar oppløsning i bo-rebrønnfluidet. Alternativt, kan de også være valgt for å tilveiebringe en spesiell mekanisk egenskap, slik som trykkfasthet eller skjærfasthet, til kompaktpulveret 400, uten nødvendigvis å tilveiebringe valgbar og kontrollert oppløsning av selve kjernematerialene, siden valgbar og kontrollert oppløsning av nanomatriksmaterialet som omgir disse partiklene nødvendigvis vil frigi dem slik at de blir ført bort ved borebrønnfluidet. Den mikrostrukturene morfologien av den hovedsakelig-kontinuerlige, cellulære nanomatriks 416, som kan bli valgt for å tilveiebringe et styrkende fase materiale, med dispergerte partikler 414, som kan være valgt for å tilveiebringe likeakset dispergerte partikler 414, forsyner disse kompaktpulvere med forbedrede mekaniske egenskaper, inkludert trykkfasthet og skjærfasthet, siden den resulterende morfologien av nanomatriksen/de dispergerte partiklene kan bli mani-pulert for å tilveiebringe styrking ved prosessene som er beslektet med tradisjo-nelle styrkende mekanismer, slik som kornstørrelsesreduksjon, løsningsherding ved bruken av forurensningsatomer, utfelling eller herding over tid og fasthet/kald-herdingsmekanismer. Nanomatriksen/den dispergerte partikkelstrukturen har en tendens til å begrense forskyvningsbevegelse i kraft av de tallrike partikkelnano-matriks grenseflatene, så vel som grenseflater mellom diskrete lag innen nanomatriksmaterialet som beskrevet heri. Dette er eksemplifisert i bruddopptredenen for disse materialene. Et kompaktpulver 400 dannet ved anvendelse av ubelagt rent Mg pulver og underkastet en skjærspenning tilstrekkelig til å indusere svikt viste intergranulært brudd. I motsetning viste et kompaktpulver 400 dannet ved anvendelse av pulverpartikler 212 som har rene Mg pulverpartikkelkjerner 214 for å danne dispergerte partikler 414 og metalliske beleggingslag 216 som inkluderer Al for å danne nanomatriks 416 og underkastet en skjærspenning tilstrekkelig til å indusere svikt, transgranulært brudd og en betydelig høyere bruddspenning som beskrevet heri. Fordi disse materialene har høy-fasthet karakteristikker, kan kjernematerialet og beleggingsmateriale være valgt for å utnytte lav-tetthetsmaterialer eller andre lav-tetthetsmaterialer, slik som lav-tetthetsmetaller, keram, glass eller karbon, som ellers ikke ville tilveiebringe de nødvendige fasthetskarakteristikker for bruk i de ønskede anvendelser, inkludert borebrønnverktøyer og komponenter.

Claims (19)

1. Teleskopisk element (10) omfattende: minst en sentral komponent (14); og en barriere (12) plassert innen den sentrale komponenten, barrieren haren korrosjonshastighetskurve som kan tilpasses selektivt og har strukturelle egenskaper som muliggjør inneslutningen av høyt trykk før strukturell svikt av barrieren ved korrosjon,karakterisert vedat barrieren er konstruert av et kompaktpulver (400) som omfatter: en hovedsakelig-kontinuerlig, cellulær nanomatriks (416) omfattende et nanomatriksmateriale; mange dispergerte partikler (414) omfattende et partikkelkjernemateriale som omfatter Mg, Al, Zn eller Mn, eller en kombinasjon derav, dispergert i den cellulære nanomatriksen; og et faststoff-bindingslag (419) som strekker seg gjennom hele den cellulære nanomatriksen mellom de dispergerte partiklene.

2. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori barrieren omfatter en teknisk strekkgrense som kan tilpasses selektivt.

3. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori nanomatriksmaterialet har en smeltetemperatur (Tm), partikkelkjernematerialet har en smeltetemperatur (Td<p>); hvori kompakten er sinterbar i et faststoff ved en sintringstemperatur (Ts), og Ts er mindre enn Tm og Td<p.>

4. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene omfatter Mg-Zn, Mg-AI, Mg-Mn, Mg-Zn-Y, Mg-AI-Si eller Mg-AI-Zn.

5. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene omfatter en Mg-AI-X legering, hvori X omfatter Zn, Mn, Si, Ca eller Y, eller en kombinasjon derav.

6. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene videre omfatter et sjeldent jordelement.

7. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på omkring 5 nm til omkring 300 nm.

8. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene har en likeakset partikkelfasong.

9. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, videre omfattende mange dispergerte andre partikler, hvori de dispergerte andre partiklene også er dispergert innen den cellulære nanomatriksen og med hensyn til de dispergerte partiklene.

10. Teleskopisk element (10) ifølge krav 9, hvori de dispergerte andre partiklene omfatter Fe, Ni, Co eller Cu, eller oksider, nitrider eller karbider derav, eller en kombinasjon av et hvilket som helst av de tidligere nevnte elementer, oksider, nitrider eller karbider.

11. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori nanomatriksmaterialet omfatter Al, Zn, Mn, Mg, Mo, W, Cu, Fe, Si, Ca, Co, Ta, Re eller Ni, eller et oksid, karbid eller nitrid derav, eller en kombinasjon av et hvilket som helst av de tidligere nevnte materialene, og hvori nanomatriksmaterialet har en kjemisk sammensetning og partikkelkjernematerialet haren kjemisk sammensetning som er forskjellig fra den kjemiske sammensetningen av nanomatriksmaterialet.

12. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori den cellulære nanomatriksen har en gjennomsnittlig tykkelse på omkring 100 nm til omkring 5 nm.

13. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori kompaktpulveret er dannet fra et sintret pulver omfattende mange pulverpartikler, hver pulverpartikkel har en partikkelkjerne som etter sintring omfatter en dispergert partikkel og et enkelt metallisk beleggingslag anbrakt på den, og hvori den cellulære nanomatriksen mellom tilgrensende enheter av de mange dispergerte partiklene omfatter det enslige metalliske beleggingslaget på én pulverpartikkel, bindingslaget og det enslige metalliske beleggingslaget på en annen av pulverpartiklene.

14. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori det kompakte er dannet fra et sintret pulver omfattende mange pulverpartikler, hver pulverpartikkel har en partikkelkjerne som etter sintring omfatter en dispergert partikkel og mange metalliske beleggingslag anbrakt på den, og hvori den cellulære nanomatriks mellom tilgrensende enheter av de mange dispergerte partiklene omfatter de mange metalliske beleggingslagene på én pulverpartikkel, bindingslaget og mange metalliske beleggingslag på en annen av pulverpartiklene, og hvori tilgrensende enheter av de mange metalliske beleggingslagene har forskjellige kjemiske sammensetninger.

15. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene omfatter Mg og kompaktpulveret har en romtemperatur trykkfasthet på minst omkring 37 ksi.

16. Teleskopisk element (10) ifølge krav 15, hvori de dispergerte partiklene omfatter Mg og kompaktpulveret har en faktisk tetthet på omkring 1,738 g/cm<3>til omkring 2,50 g/cm<3>.

17. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori de dispergerte partiklene omfatter Mg og kompaktpulveret har en romtemperatur skjærfasthet på minst omkring 20 ksi.

18. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori kompaktpulveret har forutbestemt teoretisk tetthet og en faktisk tetthet som er hovedsakelig lik den forutbestemte teoretiske tettheten.

19. Teleskopisk element (10) ifølge krav 1, hvori partikkelkjernen omfatter Mg og kompaktpulveret er valgbart oppløselig ved en hastighet på omkring 0 til omkring 7000 mg/cm<2>/hr.