[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

SK500432013A3 - Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof - Google Patents

Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof Download PDF

Info

Publication number
SK500432013A3
SK500432013A3 SK50043-2013A SK500432013A SK500432013A3 SK 500432013 A3 SK500432013 A3 SK 500432013A3 SK 500432013 A SK500432013 A SK 500432013A SK 500432013 A3 SK500432013 A3 SK 500432013A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
borehole
layers
carrier gas
layer
sheeting
Prior art date
Application number
SK50043-2013A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Ivan Kočiš
Marek Gebura
Lukáš Dvonč
Jaroslav Longauer
Original Assignee
Ga Drilling, A. S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ga Drilling, A. S. filed Critical Ga Drilling, A. S.
Priority to SK50043-2013A priority Critical patent/SK500432013A3/en
Priority to US15/022,190 priority patent/US20160230500A1/en
Priority to EP14790794.3A priority patent/EP3055482A2/en
Priority to PCT/SK2014/050021 priority patent/WO2015041613A2/en
Publication of SK500432013A3 publication Critical patent/SK500432013A3/en

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/13Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
    • E21B33/138Plastering the borehole wall; Injecting into the formation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Tvorba paženia vrtu nanášaním vrstiev materiálu pomocou kinetického naprašovania, a to aditívnym kinetickým nanášaním kovových, nekovových a kompozitných materiálov využívajúc urýchlenie a ohrev častíc prášku materiálu a následnú plastickú deformáciu deformovateľnej frakcie prášku pri dopade na nanášaný povrch, urýchlené a ohriate častice materiálu vo forme prášku dopadajú na povrch steny vrtu a/alebo na formu, alebo na povrch predošlej vrstvy paženia tak, že vytvárajú vrstvené kompozitné paženie na vnútornej stene vrtu a/alebo na forme, najmä v kvapalnom prostredí.Borehole formation by applying material layers by means of kinetic sputtering by additive kinetic deposition of metallic, non-metallic and composite materials utilizing acceleration and heating of material powder particles, followed by plastic deformation of the deformable powder fraction upon impact on the applied surface, accelerated and heated powder particles impact on the surface of the well wall and / or on the mold or on the surface of the previous sheeting layer so as to form a laminated composite sheeting on the inner wall of the well and / or on the mold, particularly in the liquid medium.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka tvorby paženia vrtu nanášaním vrstiev materiálu pomocou kinetického naprašovania a zariadenia na jeho vykonávanie najmä pri procesoch vŕtania v geologických formáciách.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the formation of a borehole bore by applying layers of material by means of kinetic sputtering and to an apparatus for carrying out the bore, in particular in drilling processes in geological formations.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Stabilizácia steny vrtu bola a ostáva stále aktuálnym problémom. Najmä maximálne skrátenie exponovaného úseku medzi pozíciou vŕtania a posledným pažením.Stabilization of the borehole wall has been and remains a topical problem. In particular, maximum shortening of the exposed section between the drilling position and the last sheeting.

Jednou celou kategóriou úsilia o dočasnú, alebo trvalú stabilizáciu vrtu je pretavenie steny vrtu do určitej hrúbky a vytvorenie sklovitej alebo keramickej vrstvy na povrchu steny.One whole category of effort to temporarily or permanently stabilize a well is to remodel the well wall to a certain thickness and to form a glassy or ceramic layer on the wall surface.

V šesťdesiatych rokoch a neskoršie boli v tomto smere vykonávané výskumné práce v USA a v Sovietskom zväze. Jedným smerom bolo pretavovanie stien vrtu (spojené s vŕtaním) ohrievaným telesom (penetrátorom), ktorý taveninu vtláčal do poréznej steny a čiastočne fŕagmentovanú taveninu vyplavoval na povrch.In the 1960s and later research work was carried out in the USA and the Soviet Union in this respect. One direction was remelting the well walls (associated with drilling) by a heated body (penetrator) that forced the melt into the porous wall and partially washed the melt to the surface.

Druhým výskumným smerom bolo tavenie stien prúdom plazmy a jej vitrifikácia do sklovitej resp. keramickej fázy.The second research direction was the melting of walls by plasma stream and its vitrification into vitreous resp. ceramic phase.

Tretím smerom bolo tavenie stien v otvorenom vrte pomocou ohriateho telesa zhora nadol, s podmienkou uvoľnenia vrtu od vŕtacej aparatúry.The third direction was the melting of the walls in the open borehole by means of a heated body from top to bottom, with the condition of loosening the borehole from the drilling apparatus.

Všetky tieto zrealizované výskumy neviedli k použiteľným výsledkom a postupne boli zanechané, najmä z nasledujúcich príčin:All these investigations have not led to usable results and have been gradually abandoned, mainly for the following reasons:

- aj pri optimálnom ohreve, nie všetky horniny vykazujú tavenie pri nízkych teplotách a energeticky prijateľných úrovniach,- even with optimum heating, not all rocks show melting at low temperatures and energy-acceptable levels,

- narušená a nekonsolidovaná hornina vykazuje nehomogénnu taveninu,- disturbed and unconsolidated rock exhibits inhomogeneous melt,

- aj pri optimálnom priebehu tavenia (vitrifikácii) je pevnosť taveniny len na úrovni skloviny a nedá sa ovplyvniť ani zložením, ani štruktúrou.,- even if the melting (vitrification) is optimal, the melt strength is only at the molten glass level and cannot be influenced by either its composition or its structure,

- dutiny, alebo kavemy v stene nie sú uzatvoriteľné procesom ohrevu.- cavities or cavities in the wall are not sealable by the heating process.

Z týchto dôvodov sa hľadala alternatíva k vitrifikácii a spevneniu stien vrtu, ktorá by hore uvedené nedostatky odstránila.For these reasons, an alternative to the vitrification and reinforcement of the well walls was sought, which would eliminate the above-mentioned deficiencies.

Takouto alternatívou je riešenie aditívneho vrstvenia, ktoré umožňuje nanášanie materiálu žiadaného zloženia, vytváranie kompozitných štruktúr ako v makro, tak aj v mikro oblasti pri tvorbe paženia.Such an alternative is an additive layering solution which allows the application of the material of the desired composition, the formation of composite structures in both the macro and micro areas in the formation of the sheeting.

1. Pôvodné práce na kinetickom (studenom) naprašovaní autorov Alchimov, A.P. a kol. v patente RF2010619 „Zariadenie pre nanášanie povlakov“ RF 16187778 z r. 1991 aUS Patent 5302414 „Gas dynamic spraying method for applying a coating“ popisuje základný princíp kinetického (studeného) naprašovania a tvorí základ všetkých ďalších prác. V ďalšom 20-ročnom období bol tento pôvodný patent kolektívu z Novosibirska ďalej rozvíjaný. Opisuje všetky podstatné funkcie a štruktúry, t.j. dosiahnutie potrebnej rýchlosti nanášaných častíc a ich teploty pod teplotou bodu tavenia.1. Original work on kinetic (cold) sputtering by Alchimov, A.P. et al. in RF2010619 "Coating Device", RF 16187778 of r. 1991 and US Patent 5302414 "Gas dynamic spraying method for applying and coating" describes the basic principle of kinetic (cold) sputtering and forms the basis of all further work. In the next 20-year period this original patent of the Novosibirsk team was further developed. It describes all essential functions and structures, i. achieving the required particle velocity and temperature below the melting point temperature.

Dôležitým výsledkom vývoja kinetického naprašovania bol patent RU2063303 autorov Nesterovič, N.I. a kol. „Spôsob kompaktácie práškov“, ktorý popisuje riešenia, kde ako nosný plyn je použitá vodná para. Nevýhodou tohto riešenia je veľká spotreba energie na skupenskú premenu vody a jej ďalšieho ohrevu.An important result of the development of kinetic sputtering was the patent RU2063303 of Nesterovič, N.I. et al. The "Powder Compacting Method" describes solutions where water vapor is used as the carrier gas. The disadvantage of this solution is the high energy consumption for the latent conversion of water and its further heating.

Ďalším zlepšením nanášania práškov je patent US6402050 autorov Kaširin, A.I. a kol. „Zariadenie pre gazodynamické pokrývanie“, ktorý popisuje použitie nízkeho tlaku a vstup prášku až za najužším prierezom dýzy. Nevýhodou tohto riešenia je, že sa nedajú nanášať prášky ťažších kovov, napr. ocele. Riešenie problému erózie trysiek nízkotlakovým systémom a vstupom častíc až za zúženie de Lavalovej trysky bolo podstatné z hľadiska zlepšenia spotreby energie, ceny a životnosti zariadenia.Another improvement in powder deposition is US6402050 to Kashirin, A.I. et al. A "gazodynamic coating device" that describes the use of low pressure and powder inlet beyond the narrowest cross section of the nozzle. The disadvantage of this solution is that heavier metal powders, e.g. steel. Addressing the problem of nozzle erosion by a low-pressure system and particle entry beyond the de-Laval nozzle was essential to improve energy consumption, cost and equipment life.

2. Naprašovanie na vnútorné povrchy potrubí bol prirodzený krok k vytváraniu vrstiev povrchovým pokrytím, napr. odolným korózii, pokrytia znižujúce tavenie a pod. Skoro každá súčasná aparatúra pre kinetické naprašovanie má vo svojom vybavení aj pravouhlú trysku, ktorá dovoľuje nanášať vrstvy na vnútorný povrch tubulámeho objektu. Boli vytvorené systémy predlžujúce životnosť takýchto trysiek a tiež podstatne zvýšenie produktivity.2. Sputtering on the inner surfaces of the pipeline was a natural step to form layers by surface coating, e.g. corrosion resistant, melting-reducing coatings and the like. Almost every current kinetic sputtering device also has a rectangular nozzle in its equipment that allows the coating to be applied to the inner surface of the tubular object. Systems have been developed to extend the life of such nozzles as well as significantly increase productivity.

Podstatou situácie a stavu technicky je, že nanášanie vrstvy je len povrchová úprava relatívne tenkými hrúbkami, pričom základný nosný materiál (potrubie) je však stále vyrábaný klasickým spôsobom.The essence of the situation and the state of the art is that the coating is only a surface treatment with relatively thin thicknesses, but the base carrier material (pipe) is still produced in the conventional way.

Patent US7959093 autora Payne, D. A. “Apparatus for applying cold spray to small diameter pores”, kde v ohybe pravouhlej trysky sú vovedené pomocné prúdy plynu bez častíc, ktoré nedovolia prúdu s časticami dotýkať sa steny, dotýkať sa steny trysky a tak nie je vystavená abrazívnej činnosti.US7959093 to Payne, DA "Apparatus for applying cold spray to small diameter pores", wherein in the bend of a rectangular nozzle, particle-free auxiliary gas streams are prevented that do not allow the particle stream to contact the wall, touch the nozzle wall and thus not be abrasive activities.

Patent RU2087207 a RU2089665 autora Dukin, J. V. a kol. „Zariadenie pre nanášania pokrytia z práškových materiálov“, kde pomocný prúd v koaxiálnej sústave trysky pre 360° nanášania prášku na vnútornú stenu potrubia v mieste zmeny smeru z axiálneho na radiálny smer, pričom pomocný ochranný prúd chráni vonkajší obvod toku prúdu s časticami oproti priamemu abrazívnemu styku so stenou.RU2087207 and RU2089665 to Dukin, J.V. et al. "Powder coating equipment", where the auxiliary jet in the coaxial nozzle assembly for 360 ° powder application on the inner wall of the pipe at the point of change from axial to radial direction, the auxiliary protective current protects the outer periphery of the particle flow against direct abrasive contact with the wall.

Patent RU2075535 autorov Alchimov, A.P. a kol. „Zariadenie na nanášanie povlakov na vnútorný povrch potrubia“ opisuje zariadenie na nanášanie s pohyblivou tryskou a odsávaním nenanesených práškov na vnútorný povrch potrubia.Patent RU2075535 to Alchimov, A.P. et al. 'Apparatus for coating the inner surface of a pipe' describes a moving nozzle and suction device for extracting unsupported powders on the inner surface of a pipe.

Patent RU2089665 autorov Nikitin, P. V. a kol. „Zariadenie na nanášanie povlakov“ opisuje zariadenie na nanášanie prášku na vonkajší povrch výrobkov počas technologického procesu výroby valcovaných, ťahaných profilov, ktoré môžu mať ľubovoľný tvar. Obdobne Patent RU2222639 (WO 00/56951) autora Nikitin, P.V. a kol. „Zariadenie na nanášanie povlakov na vnútorne povrchy výrobkov“ opisuje zariadenie na nanášanie prášku na vnútorný povrch tubulámych štruktúr zmenou smeru nadzvukovej trysky o 90°, teda do smeru kolmého na vnútorný povrch.RU2089665 to Nikitin, P.V. et al. "Coating device" describes a device for applying powder to the outer surface of products during the technological process of producing rolled, drawn profiles, which may have any shape. Similarly, Patent RU2222639 (WO 00/56951) to Nikitin, P.V. et al. "Apparatus for coating the interior surfaces of articles" describes a device for applying powder to the inner surface of tubular structures by changing the direction of the supersonic nozzle by 90 °, that is, in a direction perpendicular to the inner surface.

Patent RU2222640 (WO 00/43570) autora Nikitin, P. V. a kol. „Zariadenie na nanášanie povlakov na vonkajšie povrchy výrobkov“ opisuje zariadenie na nanášanie prášku na vonkajší povrch tubulámych štruktúr posunutím miesta nanášania a taktiež zmenou smeru nadzvukovej trysky do smeru kolmého na vnútorný povrchu.RU2222640 (WO 00/43570) to Nikitin, P.V. et al. "Apparatus for coating exterior surfaces of articles" describes a device for applying powder to the outer surface of tubular structures by shifting the application site and also by changing the direction of the supersonic nozzle to a direction perpendicular to the inner surface.

Osobitným problémom je životnosť trysiek, ktoré pracujú s tokmi plynov obsahujúcich častice. Jedným z riešení je princíp trysiek založený na hydrodynamickom princípe bez priameho styku abrazívnych častíc s povrchom materiálu trysiek ako je popísané v patente US Patent 6348687 autorov Brockmann, J.E. „Aerodynamic beam generátor for large particles“ a v patente US Patent 8119977 Dong-Guen Lee .Aerodynamic lens capable of focusing nonoparticles in a wide range“. Tieto riešenia sú viacstupňové a tým nie sú pre vysokotlakové a vysokoobjemové systémy dostatočne účinné.A particular problem is the service life of the nozzles that operate with the gas streams containing the particles. One solution is the nozzle principle based on the hydrodynamic principle without direct contact of the abrasive particles with the surface of the nozzle material as described in US Patent 6348687 to Brockmann, J.E. "Aerodynamic beam generator for large particles" and in U.S. Patent 8119977 Dong-Guen Lee .Aerodynamic lens capable of focusing nonoparticles in a wide range ". These solutions are multi-tiered and thus not efficient enough for high-pressure and high-volume systems.

Ďalším veľmi podstatným problémom je práca systému kinetického naprašovania v podmienkach okolia kvapaliny s rôznou viskozitou a pri rôznom tlaku.Another very significant problem is the operation of the kinetic sputtering system under ambient liquid conditions with different viscosities and pressures.

Najbližšou analógiou je plazmové nanášanie, zváranie, rezanie a obdobné technológie pod vodou. V tejto oblasti je známy rad riešení, ktoré sú overené najmä pre zváranie a rezanie v relatívne malých hĺbkach (do 100m). Tieto riešenia sú síce možným koncepčným východiskom, ale pre potrebné vysoké nadzvukové rýchlosti pracovného plynu obsahujúceho častice a vyžadujúce substrát bez prítomnosti zbytkov vody sú potrebné inovatívne zmeny.The nearest analogy is plasma deposition, welding, cutting and similar underwater technologies. A number of solutions are known in the art, which are particularly proven for welding and cutting at relatively low depths (up to 100m). While these solutions are a possible conceptual starting point, innovative changes are required for the high hypersonic velocity of the particulate working gas and requiring a substrate in the absence of water residue.

Ako príklad uvedieme US Patent 6498316 autorov Aher B. A col „Plasma torch and method for underwater cutting“, ktorý opisuje viacnásobný ochranný systém prúdov plynu zabraňujúci styku vody a plazmového prúdu. Vychádza z radu predchádzajúcich patentov, ktoré majú spoločný účinok, cieľ, ale sú len variantami geometrie a počtu ochranných prúdov (US4029930, US4291217, US4964568, US4816637, US154354, US486383, US6265689).By way of example, US Patent 6498316 to Aher B. A col, "Plasma torch and method for underwater cutting", which describes a multiple gas flow protection system to prevent water and plasma jet contact. It is based on a series of prior patents having a common effect, target, but are only variants of the geometry and number of protective currents (US4029930, US4291217, US4964568, US4816637, US154354, US486383, US6265689).

Všetky tieto riešenia využívajú studené ochranné prúdy. Je preto potrebná inovácia ako v geometrii tak i v teplote prúdov, ktoré sú v predkladanom patente.All these solutions use cold protective currents. There is therefore a need for innovation both in geometry and in the temperature of the jets disclosed in the present patent.

V oblasti špecializovaných vrstiev dôležitú rolu v úlohe deformačnej zóny hrajú napenené vrstvy či už v kovovej, keramickej alebo polymerovej báze. Patent US7402277 autorov Reghavan a kol. „Method of forming metal foams by cold spray technique“ popisuje jednu z možných technológií kinetického naprašovania kovovej peny.In the field of specialized layers, an important role in the role of the deformation zone is played by foamed layers, whether in metallic, ceramic or polymeric bases. US7402277 to Reghavan et al. “Method of forming metal foams by cold spray technique” describes one of the possible technologies of kinetic sputtering of metal foam.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Proces tvorby paženia aditívnym spôsobom pri kinetickom nanášaní práškového materiálu na steny vrtu umožňuje kontinuálne vytvárať paženie súčasne s procesom vŕtania v geologických formáciách.The process of sheeting in an additive manner in the kinetic application of the powdered material to the borehole walls makes it possible to continuously form the sheeting simultaneously with the drilling process in geological formations.

Podstata tohto vynálezu spočíva v tom, že paženie je vytvárané niekoľkonásobným vrstvením deponovaných vrstiev práškového materiálu a materiálu z časti získaného z odvŕtaného a rozrušeného materiálu z vrtu. Častice práškového materiálu unášané v nosnom plyne a po dopade na povrch stien vrtu, prípadne na formu alebo na predošlú vrstvu sú tvárnené a formované, čiže deponované na povrch tak, že vytvárajú jednotlivé vrstvy paženia na vnútornej stene vrtu, alebo na tvarovej forme. Na to, aby došlo na nanášanom povrchu k deponovaniu častíc, to jest k ich tvarovaniu, tečeniu a spájaniu do súvislej vrstvy, tieto musia byť urýchlené a prehriate na takú úroveň, že pri dopade na povrch stien vrtu sú plasticky deformované a vytvárajú kompaktnú vrstvu paženia priamo na stene vrtu. Potrebná úroveň urýchlenia a prehriatia je pre rôzne materiály rôzna. Nanášaný materiál je vrstvený v niekoľkých vrstvách, čím je vytvorená vrstva tvoriaca nosnú vrstvu paženia vrtu. Na nosnú vrstvu sú nanášané ďalšie vrstvy, pričom sa prihliada na funkčné požiadavky a potreby výsledného paženia vzhľadom na zloženie a funkcie vytvorených vrstiev materiálu. Požiadavky a funkcie na jednotlivé vrstvy vymedzujú nastavenie parametrov vstupného dezintegrovaného materiálu pre každú nanášanú vrstvu.The essence of the present invention is that the sheeting is formed by multiple layering of deposited layers of powdered material and part material obtained from drilled and disrupted borehole material. The particles of powdered material entrained in the carrier gas and upon impact on the surface of the borehole walls or the mold or the previous layer are molded and formed, i.e. deposited on the surface so as to form individual layers of sheeting on the inner wall of the borehole or mold. In order to deposit particles on the surface to be deposited, i.e., to form, flow and join them in a continuous layer, they must be accelerated and overheated to such a level that they impact plastically deformed upon impact on the surface of the borehole walls and form a compact sheeting directly on the well wall. The required level of acceleration and overheating varies for different materials. The deposited material is layered in several layers to form a layer forming the carrier layer of the borehole shoring. Additional layers are applied to the carrier layer, taking into account the functional requirements and needs of the resulting sheeting with respect to the composition and function of the material layers formed. The requirements and functions for each layer define the setting of the parameters of the input disintegrated material for each applied layer.

Nanášanie vrstiev materiálu pomocou aditívneho kinetického naprašovania kovových, nekovových a kompozitných materiálov využíva urýchlenie a ohrev častíc prášku materiálu a jeho následnú plastickú deformáciu deformovateľnej frakcie prášku pri dopade na nanášaný povrch. Urýchlené a ohriate častice prášku po dopade na povrch stien vrtu a/alebo na povrch formy, alebo na povrch predošlej vrstvy paženia vytvárajú vrstvené kompozitné paženie na vnútornej stene vrtu, alebo na forme výhodne najmä v kvapalnom prostredí.The deposition of material layers by additive kinetic sputtering of metallic, non-metallic and composite materials utilizes the acceleration and heating of powder particles of the material and its subsequent plastic deformation of the deformable powder fraction upon impact on the surface to be deposited. The accelerated and heated powder particles upon impact on the borehole wall surface and / or the mold surface, or on the surface of the previous sheeting layer, form a layered composite sheeting on the inner borehole wall, or on the mold, preferably in a liquid environment.

Pri tvorbe paženia sa využíva materiál dezintegrovanej horniny, z ktorého sú vybraté frakcie vhodné pre proces kinetického nanášania prášku do vrstvy paženia, k miestu vytvárania paženia na stenu vrtu, alebo na predošlé vrstvy vytváraného paženia. Riadenými tepelnými úpravami nanesených vrstiev, materiálu práškov a hornín ich prehriatím a ochladením je vytvorené a stabilizované paženie. Stabilizácia a úpravy vrstiev paženia prebiehajú kontinuálne vo viacerých stupňoch súbežne za sebou.In the sheeting process, a disintegrated rock material is used, from which selected fractions suitable for the process of kinetic coating of the powder to the sheeting layer, to the place of sheeting on the borehole wall, or to the previous sheeting of the sheeting to be formed. Controlled thermal treatments of the deposited layers, powder and rock material by overheating and cooling create and stabilize the sheeting. Stabilization and treatment of the lining layers are carried out continuously in several stages simultaneously.

Pri studenom kinetickom naprašovaní je hlavnou výhodou oproti konvenčným technológiám vŕtania možnosť vytvárať paženie z časti priamo z rozrušovaného materiálu tam, kde to geologické zloženie umožňuje. Oproti tavným a vysokoteplotným spôsobom nanášania materiálu na steny a pri tvorbe paženia na stene vrtu nemá výsledný produkt tohto technologického postupu nevýhodné pevnostné vlastnosti vitrifíkovaného paženia. Predmetom tohto vynálezu je tvorba paženia aditívnym procesom práškového materiálu urýchlenom v nosnom plyne z práškového materiálu nanášaného vo vrstvách na steny vrtu vytvárajúc paženie výhodných funkčných vlastností, ako sú pevnosť v ťahu a tlaku, poddajnosť, priepustnosť, pórovitosť, tepelnoizolačné vlastnosti a iné.In the case of cold kinetic sputtering, the main advantage over conventional drilling technologies is the possibility to form a sheeting in part directly from the disrupted material where the geological composition permits. In contrast to the fusible and high-temperature methods of applying the material to the walls and to the formation of the sheeting on the borehole wall, the resulting product of this process does not have the disadvantageous strength properties of the vitrified sheeting. It is an object of the present invention to form a sheeting by an additive process of the powdered material accelerated in the carrier gas of the powdered material applied in the borehole wall layers to form the sheeting of advantageous functional properties such as tensile and compressive strength, compliance, permeability, porosity, heat insulation properties and others.

V prípade, že v geologickej formácii je porucha a v stene vrtu je napr.„diera“, je nutné na toto miesto umiestniť formu, ktorá nahradí v tomto mieste stenu vrtu a potom sa nosná vrstva paženia vytvára v takomto mieste priamo na posuvnej forme.If there is a failure in the geological formation and there is eg a “hole” in the borehole wall, it is necessary to place a mold at this place, replacing the borehole wall at this point, and then the shoring support layer is formed directly on the sliding mold.

Na stene vrtu a/alebo na forme sa vytvorí najskôr nosná vrstva paženia a to tak, že na stenu vrtu a/alebo na formu sa vo vrstvách nanáša materiál nosnej vrstvy, pričom jednotlivé vrstvy nosnej vrstvy sú rovnakého alebo rozdielneho materiálového zloženia a nosná vrstva výhodne tvorí kompozit na úrovni mikroštruktúry a/alebo makroštruktúry a na nosnú vrstvu sa môžu nanášať ďalšie vrstvy paženia.The borehole wall and / or mold is initially formed by a sheeting support layer, such that a borehole wall and / or mold is applied in layers to the borehole and / or mold, the individual layers of the backing layer being of the same or different material composition and the backing layer preferably it forms a composite at the microstructure and / or macrostructure level, and additional layers of sheeting can be applied to the backing layer.

Je výhodné, ak vrstvy paženia sú nanášané súčasne po celom kruhovom obvode vrtu, pričom nanášaný povrch môže vykazovať odchýlky od kruhovitosti a povrchové nerovnosti. Nanášanie po celom kruhovom obvode sa dosiahne použitím vhodnej štrbiny zariadenia na tvorbu paženia. Urýchlenie a ohriatie častíc, ktoré sa majú nanášať na stenu vrtu, alebo na predchádzajúcu vrstvu paženia sa dosiahne ich zmiešaním s nosným plynom, ktorý má potrebnú tepelnú a kinetickú energiu. Urýchlená a ohriata zmes častíc a nosného plynu vystupuje z dýzy kolmo na nanášanú stenu vrtu alebo na predchádzajúcu vrstvu paženia z miesta, ktoré sa nachádza v blízkosti steny vrtu. Veľkosť tepelnej a kinetickej energie závisí od toho, aký materiál sa použije na tvorbu paženia. Pri rôznych materiáloch sú úrovne týchto energií rôzne.It is preferred that the lining layers are applied simultaneously over the entire circumference of the borehole, whereby the applied surface may exhibit deviations from roundness and surface irregularities. Application over the entire circumference is achieved by using a suitable slot of the sheeting device. Acceleration and heating of the particles to be applied to the borehole wall or to the previous sheeting is achieved by mixing them with a carrier gas having the necessary thermal and kinetic energy. The accelerated and heated mixture of particles and carrier gas exits the nozzle perpendicularly to the well wall to be deposited or to the previous sheeting from a location close to the well wall. The amount of thermal and kinetic energy depends on the material used to form the sheeting. The levels of these energies vary with different materials.

Vrstvy paženia sú súčasne nanášané paralelne vo viacerých stupňoch na predchádzajúcu nanesenú vrstvu paženia, respektíve stenu vrtu.The sheeting layers are simultaneously applied in several stages in parallel to the previously applied sheeting layer or borehole wall.

Jednotlivé vrstvy sú súčasne nanášané po kruhovom obvode na steny vrtu vo viacerých nanášacích stupňoch postupne na seba. Spolu vrstvy vytvárajú nosné paženie, ktoré vytvára koaxiálne štruktúry s rovnakými, alebo rozdielnymi vlastnosťami, čím vzniká sendvičová a kompozitná štruktúra v pažení. Výhodou nanášania paženia vo viacerých vrstvách je možnosť voľby geometrie nanášania po celom kruhovom obvode vrtu, ale aj vymedzením nanášania vo výseči a to z funkčných alebo pevnostných dôvodov.The individual layers are simultaneously applied on the wall of the borehole in several application stages on top of each other. Together, the layers form a carrier sheet which forms coaxial structures with the same or different properties, thereby forming a sandwich and composite structure in the sheet. The advantage of multi-layer shoring is the possibility of choosing the geometry of the coating over the entire circumference of the borehole, but also by defining the application in a sector for functional or strength reasons.

Stupeň a úroveň výkonu nanášania jednej vrstvy je v rozsahu 8-18 g/s, výhodne 12-18 g/s Pri tvorbe paženia je výhodné, ak viac vrstiev je nanášaných tak, že nasledujúce vrstvy sú na seba vrstvené s posunom, ktorý pri súčasnej činnosti nanášania vrstiev vo viacerých stupňoch zariadenia umožňuje deponovať a vrstviť nanášané vrstvy na sebe.The degree and level of application of a single layer is in the range of 8-18 g / s, preferably 12-18 g / s. In forming a sheet, it is preferred that multiple layers are applied such that subsequent layers are stacked with an offset which Layer deposition operations in multiple stages of the device make it possible to deposit and layer the deposition layers on top of each other.

V záujme zlepšenia vlastnosti paženia je výhodné:In order to improve the sheeting properties it is advantageous to:

a) Do nanášaného prášku pridávať špecializované aditíva, výstužové prvky s cieľom zlepšenia mechanických vlastností paženia a/alebo peniace aditívum s cieľom úpravy tepelno-izolacných a mechanických vlastností stien paženiaZ/činidlá iniciujúce tvorbu poréznej štruktúry steny paženia (napríklad hydrid titánu).a) Add specialized additives, reinforcing elements in order to improve the mechanical properties of the sheeting and / or a foaming additive in order to adjust the heat-insulating and mechanical properties of the sheeting walls / agents initiating the formation of a porous sheeting structure (e.g. titanium hydride).

b) nastaviť a regulovať rýchlosť častíc a ich teplotu tak, aby mali abrazívny účinok na povrch nanášaný. Tiež sa tým dosahuje zlepšenie vlastností paženia.(b) adjust and control the particle velocity and temperature so as to have an abrasive effect on the surface applied. This also improves the sheeting properties.

c) Nanášaná vrstva je tvorená práškovými časticami, ktorá po nanesení tvorí vrstvu s výrazne klznými vlastnosti.c) The deposited layer consists of powder particles which after application form a layer with markedly sliding properties.

Výsledné paženie pozostáva z viacerých vrstiev, pričom niektoré z vrstiev môžu obsahovať aditíva a na základe pridávaného aditíva sú upravované vlastnosti naneseného materiálu nielen vzájomne medzi jednotlivými vrstvami paženia, ale aj vlastnosti pozdĺž osi vytváraného paženia, čím sa vytvárajú sendvičové a kompozitné zoskupenia a tým sa upravujú výsledné vlastnosti celého paženia.The resulting sheeting consists of several layers, some of which may contain additives and based on the additive being added, the properties of the deposited material are adjusted not only between the individual layers of the sheeting but also along the axis of the sheeting to form sandwich and composite clusters and resulting properties of the entire sheeting.

Je výhodné, ak sa povrch steny vrtu alebo predchádzajúcej vrstvy paženia pred nanášaním vrstiev opracuje tak, že zmes nosného plynu zmiešaného s časticami je bez schopnosti nanesenia (depositíon), to jest častice neobsahujú pojivo alebo kinetická energia nosného plynu je mimo rozsahu kritickej rýchlosti nanášania častíc hornín a minerálov. V tomto prípade sa upravovaný povrch mechanicky čistí, zdrsňuje a inak upravuje, čím sa dosahuje výhodná úprava povrchu pre nanášanie deponovaných vrstiev.It is preferred that the wall surface of the borehole or previous sheeting prior to the coating is treated such that the carrier gas mixture mixed with the particles is free of depositability, i.e. the particles are free of binder or the kinetic energy of the carrier gas is outside the critical particle deposition rate. rocks and minerals. In this case, the surface to be treated is mechanically cleaned, roughened and otherwise treated, thereby achieving an advantageous surface treatment for depositing the deposited layers.

Nanesené vrstvy paženia, alebo stena vrtu môžu byť predhrievané z dôvodu zvýšenia adhézie nasledujúcej vrstvy, účinnosti procesu nanášania na povrchu steny alebo predošlej vrstvy pred ďalším nanášaním.The applied layers of sheeting or borehole wall may be preheated to increase the adhesion of the next layer, the efficiency of the coating process on the wall surface or the previous layer before further deposition.

Nanesené vrstvy sú ohrievané - tepelne spracované za účelom zlepšenia mechanických vlastností, prípadne za účelom aktivácie napeňovacích aditív.The applied layers are heated - heat treated in order to improve the mechanical properties or to activate the foaming additives.

Okrem nanesených vrstiev tvoriacich paženie, ktoré majú nosnú funkciu je možné naniesť vrstvu, ktorá má klznú funkciu. Takáto vrstva môže v prípade potreby oddeľovať od seba nosné vrstvy. Tiež je výhodné, aby sa takáto vrstva naniesla na formu tak, aby sa forma mohla posúvať ďalej pozdĺž steny vrtu.In addition to the coated sheathing layers having a supporting function, it is possible to apply a layer having a sliding function. Such a layer may, if necessary, separate the carrier layers. It is also preferred that such a layer is applied to the mold so that the mold can slide further along the well wall.

Klzná vrstva sa tiež využije pri formovaní potrubných kanálov v pažení vrtu. Posúvaním jedného, alebo viacerých formovacích nástrojov v takejto klznej medzivrstve je vytváraný otvor, ktorý formuje potrubný kanál vo vrstvenom pažení pozdĺž osi vrtu. Do takto vytvorených potrubných kanálov sú pripojené prívody média, ktorými sú napríklad práškové materiály, médium nosného plynu, aditíva, vodiče elektrickej energie, signálne vodiče, prívody iných materiálov a iné. Posúvaním formy formovacieho nástroja sú posúvané aj pripojené médiá, ktoré sú vedené vytvoreným potrubným otvorom z povrchu vrtu až kvrtaciemu apažiacemu zariadeniu. Na klznú vrstvu, ktorá je vytvorená z materiálov obsahujúcich aditíva pre zníženie šmykových napätí v nanášanej vrstve, je následne po formovaní formovacím nástrojom nanesená jedna, prípadne viac nosných funkčných vrstiev pre získanie potrebnej pevnosti celej štruktúry. Vhodnou vrstvou s klznými vlastnosťami môže byť napríklad grafit nanesený na povrchu s matricou olova, resp. cínu,The overlay is also used in forming the ducts in the borehole shoring. By moving one or more molding tools in such a sliding intermediate layer, an aperture is formed which forms the duct in a layered sheeting along the bore axis. The piping channels formed in this way are connected with fluid inlets, such as, for example, powdered materials, carrier gas medium, additives, electrical conductors, signal conductors, inlets of other materials and others. By moving the mold of the molding tool, the connected media are also moved, which are guided through the formed pipe opening from the borehole surface to the bore-hole and gripper device. The sliding layer, which is formed of materials containing additives to reduce the shear stresses in the applied layer, is then, after molding with a molding tool, one or more supporting functional layers applied to obtain the necessary strength of the entire structure. A suitable sliding layer may be, for example, graphite deposited on a surface having a lead matrix, respectively. tin

Je výhodné ak aspoň jedna vrstva paženia je vytvorená z kovovej matrice, ktorá vypĺňa materiál získaný separáciou dezintegrovaného materiálu z vrtného procesu. Kombináciou nanášania rôznorodých materiálov a kovových materiálov tvoriacich kovovú matricu za podmienok nie veľkého prekročenia kritickej rýchlosti materiálu a tým prekročenia stupňa medze tečenia pri kinetickom nanášaní je možné túto metódu použiť na nanášanie značne nehomogénnych materiálov ako aj na nanášanie materiálu na stenu vrtu aj keď povrch steny vrtu je iný ako povrch materiálov, na ktoré je takéto nanášanie známe.Preferably, the at least one sheeting is formed from a metal matrix that fills the material obtained by separating the disintegrated material from the drilling process. By combining the application of a variety of materials and metal matrix forming materials under conditions of not greatly exceeding the critical material velocity and thereby exceeding the creep limit of kinetic deposition, this method can be used to apply highly inhomogeneous materials as well as is different from the surface of the materials to which such deposition is known.

Takto vytvorené vrstvy môžu byť tepelne upravované tepelným tokom rôznymi tepelnými režimami tepelného spracovania s cieľom dosiahnutia výhodných metalurgických zmien v závislosti od druhu materiálu. Nakoľko jednotlivo nanesené vrstvy paženia pri tvárnení a formovaní vrstiev sú teplotné namáhané a pri dopade na nanášaný povrch majú rôznorodé vlastnosti, sú tieto vrstvy výhodné stabilizované a ich vlastnosti vylepšené tepelnou úpravou tepelným tokom rôznymi režimami tepelného spracovania s cieľom dosiahnutia výhodných metalurgických zmien v závislosti od druhu materiálu. Výhodne sú tepelným tokom žíhané a stabilizované.The layers thus formed can be heat treated by different heat treatment heat treatment modes in order to achieve advantageous metallurgical changes depending on the type of material. Because the individually applied layers of sheeting are thermally stressed during the forming and forming of the layers, they have different properties upon impact on the applied surface, these layers are advantageously stabilized and their properties improved by heat treatment by different heat treatment regimes to achieve advantageous metallurgical changes depending on the type material. Preferably, they are annealed and stabilized by heat flux.

V záujme zvýšenia účinnosti procesu je kvapalina pracovného prostredia v mieste nanášania lokálne vytesnená prúdom nosného plynu s časticami, prípadne prúdom ochranného média/plynu.In order to increase the efficiency of the process, the liquid of the working environment at the application site is locally displaced by the particle carrier gas or protective medium / gas stream.

Pre efektívne využitie a nanesenie nanášaných materiálov v kvapalnom prostredí je prúd nosného plynu s časticami obklopený ochranným prúdom, ktorý tvorí ochranný obal medzi kvapalinou pracovného prostredia a nosným plynom s časticami a udržuje integritu prúdu nosného plynu s časticami a oddeľuje ho od kvapalného prostredia, čím znižuje energetickú a materiálovú náročnosť nanášania vrstiev.For efficient use and deposition of deposited materials in a liquid medium, the particulate carrier gas stream is surrounded by a shielding stream that forms a protective envelope between the working environment fluid and the particulate carrier gas and maintains the integrity of the particulate carrier gas stream and separates it from the fluid environment. energy and material intensity of coating.

Ochranný prúd odstraňuje kvapalinu z nanášaného povrchu a nanášaný povrch je pred deponovaním/nanášaním vysúšaný a predhrievaný,The protective current removes liquid from the surface to be applied and the surface to be applied is dried and preheated prior to depositing / application,

Prúd nosného plynu je stláčaný ochranným prúdom, ktorý oddeľuje prúd nosného plynu s časticami od stien dýzy a chráni výstupný otvor pred priamym kontaktom s materiálom vo výstupnom otvore tj. pred jeho poškodením a vytvára hydrodynamický trysku,The carrier gas stream is compressed by a shielding current that separates the carrier gas stream with the particles from the nozzle walls and protects the outlet orifice from direct contact with the material in the outlet orifice, i. before it is damaged and creates a hydrodynamic nozzle,

Plyny sú urýchľované a expandujú výhodne termálnou plazmou elektrického oblúka, kde dochádza k zvýšeniu tlaku ohrevom a expanziou pri styku nosných plynov a elektrického oblúka.The gases are accelerated and expanded preferably by the thermal plasma of the electric arc, where the pressure is increased by heating and expansion upon contact of the carrier gases and the electric arc.

V porovnaní so studeným kinetickým naprašovaním kovov na povrch materiálov, ktorý funkčne vylepšuje len povrchové vlastnosti súčiastky, na ktorý je vrstva nanášaná, je predkladaný spôsob intenzívnym spôsobom nanášania materiálu, ktorý vytvára pomocou viacnásobného vrstvenia nosnú vrstvu paženia s hrúbkou, ktorá vytvára nosné paženie priamo na stenách vrtu, alebo na pomocnej forme/šablóne. Pri mechanickom, ale najmä pri termickom vŕtaní prichádza k rozrušeniu homín na drobné častice, kedy ich správnym rozseparovaním a výberom sú tieto vhodné a použiteľné pre proces kinetického nanášania, kde sú tieto prachové častice dostatočné urýchlené v nosnom plyne, následne vrhané a nanášané na stenu vrtu, alebo predchádzajúcu vrstvu paženia, čím viacnásobným aditívnym spôsobom je vytvárané paženie na stene vrtu. Výhodnou súčasťou prúdenia zmesi nosných plynov s práškovými časticami v kvapalnom prostredí je zabezpečenie minimalizácie strát kinetickej energie prúdu medzi kvapalným prostredím a plynným rozhraním, Minimalizáciou vzdialenosti zariadenia od nanášaného povrchu a hlavne minimalizáciou strát kinetickej energie urýchleného prúdu pomocou ochranných prúdov. Prúd nosného plynu s časticami je obklopený jedným alebo viacerými ochrannými prúdmi, ktoré tvoria ochranný obal medzi okolitým kvapalným pracovným prostredím a urýchleným nosným plynom premiešaným s práškovými časticami. Táto konfigurácia vrstvenia tokov prúdov udržuje integritu prúdu nosného plynu s časticami, čím ho oddeľuje od kvapalného prostredia a minimalizujú straty kinetickej energie častíc na úkor tvarovania deponovaných častíc na nanášaný povrch a tým ochranné prúdy zvyšujú efektivitu nanášania častíc na povrch.Compared to cold kinetic sputtering of metals on a surface of materials that functionally improves only the surface properties of the component to which the layer is applied, the present method is an intensive method of depositing a material that forms a backing sheet of thickness with multiple layering well walls, or on an auxiliary form / template. In mechanical, but especially in thermal drilling, homines are broken up into small particles, where by proper separation and selection these are suitable and usable for the kinetic coating process, where these dust particles are sufficiently accelerated in the carrier gas, then thrown and applied to the well wall. , or the previous layer of sheeting, the multiple additive way of forming the sheeting on the borehole wall. An advantageous part of the flow of the carrier gas / particulate carrier mixture in the liquid medium is to minimize the kinetic energy losses of the current between the liquid medium and the gas interface, minimizing the distance of the device from the surface to be applied and especially minimizing the kinetic energy losses of the accelerated current. The particulate carrier gas stream is surrounded by one or more protective streams, which form a protective envelope between the surrounding liquid working environment and the accelerated carrier gas mixed with the particulate powder. This flow stream layering configuration maintains the integrity of the carrier gas stream with the particles, thereby separating it from the liquid environment and minimizing the loss of kinetic energy of the particles at the expense of shaping the deposited particles onto the deposited surface and thereby protecting the particles.

Pri prekročení kritickej rýchlosti nanášania práškového materiálu na povrch stien je povrch stien abrazívne a tepelne upravovaný do požadovaného tvaru, či formy, kedy nanášaný materiál nie je nanášaný, ale pôsobí ako obrábací materiál. Tento mechanizmus rozrušovania a povrchovej úpravy umožňuje upraviť steny vrtu na požadovanú drsnosť a stabilitu pre samotné nanášanie vrstiev paženia.When the critical rate of application of the powdered material to the wall surface is exceeded, the wall surface is abrasively and thermally treated to the desired shape or form where the applied material is not applied but acts as a machining material. This rupture and surface treatment mechanism makes it possible to adjust the borehole walls to the required roughness and stability for the actual sheathing.

Zariadenie na formovanie vrstiev paženia materiálom na steny vrtu procesom aditívneho nanášania práškov podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že obsahuje aspoň jeden stupeň, ktorý obsahuje komoru urýchlenia a komoru zmiešavania častíc s nosným plynom určeným na nanášanie, ktoré sú napojené na prívod médií, na dávkovanie nanášaného prášku do nosného plynu a obsahujú výtokovú dýzu, ochranné trysky, oddeľovacie, riadiace a regulačné mechanizmy /ventily, atď./,Apparatus for forming layers of borehole wall material by an additive powder coating process according to the present invention, characterized in that it comprises at least one stage comprising an acceleration chamber and a chamber for mixing particles with a carrier gas to be applied connected to the media supply , for dispensing the applied powder into the carrier gas and comprising a nozzle, protective nozzles, separating, controlling and regulating mechanisms (valves, etc.),

Výtoková dýza pre výstup zmesi nosného plynu a častíc z komory urýchlenia a zmiešavania je umiestniteľná v bezprostrednej blízkosti steny vrtu na formovanie vrstiev materiálu do paženia, Zariadenie môže obsahovať viac paralelne pracujúcich stupňov,The discharge nozzle for the exit of the carrier gas and particulate mixture from the acceleration and mixing chamber is located in the immediate vicinity of the well wall to form layers of material into the sheeting. The apparatus may comprise multiple stages operating in parallel,

Komora urýchlenia nosných plynov obsahuje modul zvýšenia tlaku na princípe ohrevu a expanzie plynu tepelnou plazmou elektrického oblúkaThe carrier gas acceleration chamber contains a pressure increase module based on the principle of heating and gas expansion by the electric arc heat plasma

Pre zabezpečenie nanášania materiálu po celom kruhovom obvode vrtu je výhodne, ak komora urýchlenia a zmiešavania častíc nosného plynu obsahuje dýzu kruhového prstencového tvaru tak, že dýza je umiestnená po obvode kruhu.,In order to ensure the deposition of material over the entire circumference of the borehole, it is preferred that the chamber for accelerating and mixing the carrier gas particles comprises a nozzle of circular annular shape such that the nozzle is arranged around the circumference of the circle.

V prípade potreby môže byť výtokový otvor prevedený vo vyhotovení dýzy v tvare štrbiny,If necessary, the outflow opening may be in the form of a nozzle in the form of a slot,

Dýza v tvare štrbiny je v obvodových častiach obklopená hydrodynamickou tryskou, ktorá plní ochrannú funkciu dýzy,The slot-shaped nozzle is surrounded by a hydrodynamic nozzle in the peripheral parts, which fulfills the protective function of the nozzle,

Komora urýchlenia a zmiešania častíc môže byť rozdelená na dve časti, a to komoru urýchlenia a komoru zmiešavania častíc, pričom zmiešavacia komora je výhodne umiestnená za komorou urýchlenia plynu,The particle acceleration and mixing chamber may be divided into two parts, the acceleration chamber and the particle mixing chamber, the mixing chamber preferably being located downstream of the gas acceleration chamber,

Regulačné mechanizmy obsahujú najmä riadenie a regulácie teplôt, riadenie a reguláciu urýchlenia nosného plynu a riadenie a reguláciu dávkovania prášku do nosného plynu.The control mechanisms include, in particular, control and regulation of temperatures, control and regulation of carrier gas acceleration, and control and regulation of powder dosing into the carrier gas.

Hlavné výhody riešeniaMain advantages of the solution

Umožňuje nanášanie materiálu žiadaného zloženia, nielen hornín, ale aj kovov, minerálov a iných morfologických štruktúr.It allows the application of material of the desired composition, not only rocks, but also metals, minerals and other morphological structures.

Vytváranie kompozitných štruktúr žiadaných vlastností a s výhodne nastavenou pevnosťou, tuhosťou a pružnosťou.Creating composite structures of desirable properties and with preferably adjusted strength, stiffness and flexibility.

Dôsledné využívanie hydrodynamických (aerodynamických ) princípov na ochranu stien a prvkov zariadenia.Consistent use of hydrodynamic (aerodynamic) principles to protect the walls and elements of the equipment.

Nanášanie vrstiev materiálu v zaplavenom prostredíApplication of material layers in flooded environment

Injektovanie práškov s plynom do vnútra formovaného a z vonka chráneného prúduInjection of powders with gas into internally formed and externally protected stream

Akcelerácia, fokusácia nosného plynu a jeho stláčanie vo vnútri so zvyšujúcou sa hustotou a nie mimo zariadenia, kde plyn expanduje aje nosným médiom urýchľovania častíc.Acceleration, focusing of the carrier gas and its compression inside with increasing density and not outside of the device where the gas expands also with the carrier medium of particle acceleration.

Účinnosť fokusácie rastie s tlakom-hustejšieho prostredia, Systém bez fyzickej trysky aerodynamická fokusáciaFocusing efficiency increases with pressure-denser environment, System without physical nozzle aerodynamic focusing

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na obr.l je rez jednotkového zariadenia symetrického podľa osi vrtu pre nanášanie častíc spôsobom kinetického deponovania na stenu vrtu.FIG.

Na obr.2 je rez niekoľkých stupňov rotačné symetrických štrbín podvodného zariadenia na nanášanie práškov spôsobom kinetickej deponácie-kinetického naprašovania.Fig. 2 is a cross-sectional view of several stages of rotational symmetrical slots of the underwater powder coating apparatus by the kinetic deposition-kinetic sputtering method.

Na obr.3 je schematický rez nanášaným pažením s vytvorenými potrubnými rozvodmi pre prívod médií k zariadeniam.Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of an applied sheeting with piping for supplying media to the devices.

Na obr.4 je postupnosť procesov v jednotkovom stupni kinetického nanášania vrstvy paženia.Fig. 4 shows the sequence of processes in the unit stage of the kinetic coating of the sheeting.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Vytváranie paženia s využitím materiálu rozrušovanej horniny 16 podľa tohto vynálezu je dané postupnosťou procesov úpravy a nanášania práškových materiálov vo vrstvách tvoriacich kompozitné paženie na vnútornej stene vrtu, kde jedno výhodné uskutočnenie je popísané nasledovnými krokmi:The formation of sheeting using the rock material 16 of the present invention is given by the sequence of processes for treating and depositing powdered materials in composite sheeting layers on the inner wall of the well, wherein one preferred embodiment is described by the following steps:

Do vstupnej časti zariadenia t.j. do komory 3_urýchlenia plynu a komory 4 zmiešavania častíc materiálu s nosným plynom sú prívodom i dávkovania nanášaného prášku materiálu do nosného plynu privádzané komponenty systému aditívneho nanášania, ktorými sú práškový materiál 8, prídavné aditíva, prívodom 2 médií je privádzaný nosný a ochranný plyn výhodne v kvapalnej alebo plynnej forme.Into the input part of the device i.e. Into the gas acceleration chamber 3 and the material gas / gas mixing chamber 4, the components of the additive deposition system, which are the powder material 8, the additive additives, are fed to the feed gas and the feed gas is supplied. or in gaseous form.

V komore 3 urýchlenia plynu a v komore 4 zmiešavania častíc materiálu pomocou plazmového elektrického oblúka je nosný plyn urýchlený na rýchlosť, ktorá urýchľuje práškové častice materiálu na takú úroveň, že častice materiálu pri dopade na povrch stien 9 vrtu sú plasticky deformované a vytvárajú kompaktnú vrstvu. Týmto mechanizmom je práškovým časticiam materiálu odovzdávaná kinetická energie potrebná na ich vrstvenie na nanášanom povrchu. Termický účinok pri expanzii plynu je využitý na urýchlenie a ohriate častíc prášku materiálu na teplotu nižšiu ako je teplota tavenia a súčasne je intenzita termického účinku znížená fázovou premenou, či ohriatím prúdu nosného média, ktorým je privádzaný prášok do komory 3 urýchlenia plynu a komory 4 zmiešavania častíc materiálu. V časti do komory 3 urýchlenia plynu a komory 4 zmiešavania častíc materiálu s nosným plynom sú častice materiálu vo forme prášku primiešavané do nosného plynu, kde je kinetická a tepelná energia odovzdávaná práškovým časticiam materiálu. Správna úroveň rýchlosti a teploty výslednej zmesi nosného plynu a práškových častíc 8 materiálu je regulovaná mechanizmom riadenia a regulácie teplôt a mechanizmom riadenia a regulácie urýchlenia nosného plynu a to nastavením požadovanej kritickej rýchlosti a teploty podľa druhu materiálu.In the gas acceleration chamber 3 and the material particle mixing chamber 4 by means of a plasma electric arc, the carrier gas is accelerated to a speed that accelerates the powdered material particles to a level such that the material particles are plastically deformed upon impacting the borehole walls 9 and form a compact layer. By this mechanism, the kinetic energy required for the lamination of the material to be deposited on the surface to be applied is transmitted to the powder particles of the material. The thermal effect of gas expansion is used to accelerate and heat the powder particles of the material to a temperature lower than the melting point, and at the same time the intensity of the thermal effect is reduced by phase conversion or heating of the carrier medium through which the powder is fed into the gas acceleration chamber 3 and the mixing chamber 4 of particles of material. In the gas acceleration chamber 3 and the particulate material mixing chamber 4, the particulate material in powder form is admixed into the carrier gas, where the kinetic and thermal energy is transferred to the powdered particulate material. The correct level of velocity and temperature of the resulting mixture of carrier gas and powder particles 8 of the material is regulated by the temperature control mechanism and the mechanism of control and acceleration of the carrier gas by adjusting the desired critical speed and temperature according to the type of material.

Pripravená zmes materiálu 8 na nanášanie v prúde nosného plynu je cez výtokovú dýzu 5 tvaru štrbiny, ktorá je umiestnená na valcovom obvode zariadenia vynášaná z komory 3_urýchlenia plynu a komory 4 zmiešavania častíc materiálu smerom na nanášaný povrch, resp. stenu 9 vrtu v jeho blízkosti. Takýto tvar nanášacej dýzy umožňuje nanášať práškový materiál po kruhovom obvode na stenu 9 vrtu, pričom nanášanie eliminuje nedostatky odchýlenia sa od kruhovitosti a akceptuje povrchové nerovnosti. V tesnej blízkosti výtokovej dýzy 5 sú hydrodynamické trysky 11. ktoré privádzajú ochranný prúd 7 nanášania a deponovania. Tento ochranný prúd 7 vytláča kvapalinu 15 okolitého prostredia a tým vytvára pracovné prostredie na nanášania práškových častíc materiálu nachádzajúcich sa v nosnom prúde.The prepared mixture of material 8 for application in the carrier gas stream is through the slot nozzle 5, which is located on the cylindrical periphery of the device, discharged from the gas acceleration chamber 3 and the material particle mixing chamber 4 towards the surface to be applied. wall 9 of a well near it. Such a nozzle shape makes it possible to apply powdered material around the circumference on the wall 9 of the borehole, the application eliminating the deficiencies of deviation from the roundness and accepting surface irregularities. In close proximity to the discharge nozzle 5 are the hydrodynamic nozzles 11 which supply a protective current 7 of deposition and depositing. This protective current 7 expels the liquid 15 of the environment and thus creates a working environment for the application of powder particles of material present in the carrier stream.

Zariadenie nanášania paženia je umiestnené v medzikruhovom priestore medzi stenou vrtu a vŕtacím telesom 14 vŕtacieho zariadenia, ktoré prechádza v osi vrtu k čelu vŕtacej aparatúry 13. Z dôvodu intenzifikácie nanášaného množstva práškového materiálu je nanášacie zariadenie tvorené viacerými stupňami. Každý stupeň obsahuje komoru 3_urýchlenia plynu a komoru 4 zmiešavania častíc materiálu. Jednotlivé stupne nanášajú vrstvy paženia 12 kontinuálne paralelne za sebou viď obr.2. Nie každý stupeň zariadenia je určený na nanášanie vrstvy materiálu. Podľa potreby a štruktúry nanášaných vrstiev 10 paženia sú jednotlivými stupňami zariadenia nanášané buď homogénne, teda rovnaké vrstvy 10, alebo rozdielne s iným zložením nanášaných práškov. Niektoré stupne zariadenia sú určené na tepelné a/alebo abrazívne úpravy už nanesených vrstiev 10 paženia 12 alebo steny vrtu., V takom prípade pracuje stupeň zariadenia bez nanášaného prášku. Vstup materiálu do jednotlivých stupňov zariadenia je riadený mechanizmami riadenia a regulácie dávkovania prášku do nosného plynu, ktoré zabezpečujú dodávanie práškových materiálov podľa potreby požadovaného materiálového zloženia. V prípade dodávania rovnakého materiálu do viacerých stupňov za sebou sú viaceré nanesené vrstvy 10 paženia rovnaké a vytvárajú homogénnu vrstvu 10 paženia vyššej hrúbky, alebo pri rozdielnych materiáloch, respektíve pridaní aditív vytvárajú kompozitné vrstvy 10, čo spevňuje a vystužuje paženie 12. Pri dávkovaní napeňovacích aditív (napríklad hydrid titánu) a/alebo iniciujúcich činidiel s primiešavaným práškom a následnom len tepelnom exponovaní nanesenej vrstvy 10 následným stupňom sú aktivované činidlá, čím je vytváraná porézna štruktúra.The sheathing device is located in the annular space between the borehole wall and the drill body 14 of the drilling device, which extends in the borehole axis to the face of the drilling apparatus 13. Due to the intensification of the amount of powder material to be applied, the coating device is formed by several stages. Each stage comprises a gas acceleration chamber 3 and a particulate mixing chamber 4. The individual steps apply the layers of sheeting 12 continuously in parallel, see FIG. Not every stage of the device is designed to apply a layer of material. Depending on the need and the structure of the coating layers 10 to be applied, the individual stages of the device are applied either homogeneously, that is, the same layers 10, or differently with different powder coating compositions. Some stages of the device are intended for the thermal and / or abrasive treatment of the already applied layers 10 of the lining 12 or the borehole wall. In this case, the stage of the device operates without the applied powder. The input of the material to the individual stages of the apparatus is controlled by the mechanisms of control and regulation of powder dosing into the carrier gas, which ensure the supply of powder materials according to the required material composition. In the case of supplying the same material in several stages in succession, the multiple layers of lining 10 applied are the same and form a homogeneous lining layer of higher thickness, or, for different materials or additions, add composite layers 10, reinforcing and reinforcing the lining 12. (for example, titanium hydride) and / or initiating agents with admixed powder followed by only thermal exposure of the deposited layer 10 to a subsequent step are activated reagents to form a porous structure.

Spôsob nanášania vrstiev 10 paženia 12 je prispôsobený funkčným požiadavkám a potreby výsledného paženia 12 vzhľadom na zloženie a funkcie jeho vytvorených vrstiev materiálu. Požiadavky vyplývajúce z požadovaných vlastností paženia 12 vymedzujú pôsobnosť a nastavenie parametrov vstupného dezintegrovaného materiálu: množstvo, koncentráciu, gravimetrické zloženie, čo je zabezpečované modulom 5 riadenia a regulácie.The method of depositing the layers 10 of the sheeting 12 is adapted to the functional requirements and needs of the resulting sheeting 12 with respect to the composition and function of its formed layers of material. The requirements resulting from the desired properties of the sheeting 12 define the scope and adjustment of the parameters of the input disintegrated material: quantity, concentration, gravimetric composition, which is provided by the control and regulation module 5.

Do urýchľovacej a zmiešavacej komory 3, 4 je privádzaný práškový materiál, ktorý je tvorený aj časťou z materiálu odvŕtanej a dezintegrovanej horniny, z ktorej sú odseparované a vybraté frakcie vhodné pre proces kinetického nanášania prášku vrstiev požadovaných pevnostných a pružnostných vlastností.Powder material is also supplied to the acceleration and mixing chamber 3, 4, which also consists of a part of the drilled and disintegrated rock material from which the fractions suitable for the kinetic powder coating process of layers of desired strength and elastic properties are separated and selected.

Vrstvením jednotlivých vrstiev 10 paženia 12 na steny vrtu vzniká koaxiálna sendvičová štruktúra zložená z vrstiev s rôznym objemovým podielom častíc z vŕtanej (fŕagmentovanej) horniny, prípadne minerálov. Výsledná sendvičová štruktúra obsahuje vrstvy s vysokým a vrstvy s nízkym obsahom týchto tvrdých častíc, čím je vytvorený kompozitný materiál typu pevnej, húževnatej vrstvy. Nastavením objemu prášku v nosnom plyne je možné riadiť hrúbku jednotlivých vrstiev paženia a tým aj jeho mechanické vlastnosti dané sendvičovou kompozitnou štruktúrou. Minerálne častice sú miešanie s hlavne kovovými časticami, ktoré vytvárajú kovovú matricu, ktorá tvorí pojivo nanášanej zmesi práškového materiálu.By laminating the individual layers 10 of the lining 12 onto the borehole walls, a coaxial sandwich structure is formed consisting of layers with varying volume fractions of drilled (fagmented) rock or minerals. The resulting sandwich structure comprises high and low layers of these hard particles to form a rigid, tough layer composite material. By adjusting the volume of the powder in the carrier gas, it is possible to control the thickness of the individual layers of sheeting and thus its mechanical properties given by the sandwich composite structure. The mineral particles are blending with mainly metallic particles that form a metal matrix that forms the binder of the applied powder mixture.

Príklad 2Example 2

Obdobným uskutočnením zariadenia, ktoré obsahuje väčšinu použitých prvkov a funkčných schopností zmienených v príklade 1, no navyše rozširuje zariadenie aditívneho nanášania paženia o ďalšie funkčnosti:In a similar embodiment of the device which contains most of the elements and functional capabilities mentioned in Example 1, it additionally extends the additive sheeting device by additional functionalities:

V komore 3, 4 urýchlenia plynu a zmiešavania častíc materiálu pomocou mechanicko-termickej expanzie stlačeného plynu dodávaného z povrchu vrtu na vstup do komory T,4 urýchlenia plynu a zmiešavania častíc materiálu nosný plyn privedený prívodom 2 expanziou dosiahne rýchlosť, ktorá urýchľuje práškové častice na takú úroveň, že častice pri dopade na povrch stien 9 vrtu sú plasticky deformované a vytvárajú kompaktnú vrstvu 10.In chamber 3, 4 of accelerating the gas and mixing the material particles by mechanical-thermal expansion of the compressed gas supplied from the borehole surface to the inlet to chamber T, 4 of accelerating gas and mixing the material particles the carrier gas supplied by expansion 2 reaches a velocity that accelerates the powder particles to such the level that the particles on the surface of the well walls 9 are plastically deformed and form a compact layer 10.

Niektorými stupňami nanášania materiálu na stenu 9 vrtu je nanášaná vrstva 10 materiálu, ktorá umožňuje nanášať vrstvu alebo časť vrstvy, ktorá výhodne oddeľuje susedné nanesené vrstvy 10 paženia 12 a umožňuje oddeliť aj formu, na ktorú sú vrstvy deponovaného materiálu nanesené. Táto vrstva materiálu má nižšie šmykové napätia, čo vytvára klzné rozhranie ľ7 medzi vrstvou naneseného paženia a formovacím nástrojom 18, ktorý vytvára svojim posuvom so zariadením vo vrte potrubný rozvod 19 v pažení na stene vrtu.Some of the steps of depositing material on the borehole wall 9 are a deposited material layer 10 that allows to apply a layer or part of a layer that preferably separates adjacent deposited layers 10 of the lining 12 and allows the mold to which the deposited material layers are applied. This layer of material has lower shear stresses, which creates a sliding interface 17 between the applied sheeting layer and the molding tool 18, which by its displacement with the borehole device forms a pipeline distribution 19 in the sheeting on the borehole wall.

Obdobným spôsobom je vytvárané paženie nanesením vrstiev na pomocnú formu paženia na miestach, kde v blízkosti zariadenie nie je stena vrtu, ale dutina, či kavema.In a similar way, the sheeting is created by applying layers to the auxiliary sheeting in places where there is no cavity wall or cavity near the device.

Časti zariadenia:Device Parts:

1. Prívod nanášacich práškov a aditív1. Supply of coating powders and additives

2. Prívod médií k tvorbe nosného a ochranného plynu2. Supply of media for the production of carrier and shielding gas

3. Komora urýchlenia nosných médií3. Carrier Acceleration Chamber

4. Komora zmiešavania častíc s nosným plynom4. Particle mixing chamber with carrier gas

5. Výtoková dýza5. Outlet nozzle

6. Priestor odvodu nosných a ochranných plynov vytláčajúci okolité prostredie6. Carrier and shielding gas evacuating environment

7. Ochranný prúd výchádzajúci z výtokových trysiek7. Protective current coming from the discharge nozzles

8. Nanášaný materiál v prúde nosného plynu8. The deposited material in the carrier gas stream

9. Steny vrtu9. Well walls

10. Nanesené vrstvy paženia10. Coated layers of sheeting

11. Hydrodynamické trysky ochrany prúdu zmesi nosných plynov a častíc11. Hydrodynamic nozzles for the protection of the carrier gas / particle mixture

12. Paženie vrtu12. Well casing

13. Čelo vriacej aparatúry13. Head of boiling apparatus

14. Vrtácie teleso - mechanického alebo plazmového vŕtania14. Drilling of body - mechanical or plasma drilling

15. Okolité kvapalné prostredie15. Ambient liquid environment

16. Vŕtaná hornina16. Drilled rock

17. Klzná vrstva-rozhranie17. Sliding layer-interface

18. Formovací nástroj tvorby potrubného rozvodu18. Molding tool for pipeline distribution

19. Potrubný rozvod19. Pipeline distribution

Claims (28)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Tvorba paženia vrtu nanášaním vrstiev materiálu pomocou kinetického naprašovania a to aditívnym kinetickým nanášaním kovových, nekovových a kompozitných materiálov využívajúc urýchlenie a ohrev častíc prášku materiálu a následnú plastickú deformáciu deformovateľnej frakcie prášku pri dopade na nanášaný povrch, vyznačujúca sa tým, že urýchlené a ohriate častice materiálu vo forme prášku dopadajú na povrch steny vrtu, a/alebo na formu alebo na povrch predošlej vrstvy paženia tak, že vytvárajú vrstvené kompozitné paženie na vnútornej stene vrtu a/alebo na forme najmä v kvapalnom prostredí.1. Formation of a borehole by depositing layers of material by means of kinetic sputtering by the additive kinetic deposition of metallic, non-metallic and composite materials utilizing acceleration and heating of powder particles of material and subsequent plastic deformation of the deformable fraction of powder upon impact on the applied surface. the particles of powdered material impact on the borehole wall surface and / or on the mold or surface of the previous sheeting layer so as to form a layered composite sheeting on the inner borehole wall and / or on the mold especially in a liquid environment. 2. Tvorba paženia vrtu podľa nároku 1 vyznačujúca sa tým, že na stene vrtu a/alebo na forme sa vytvorí nosná vrstva paženia a to tak, že na stenu vrtu a/alebo na formu sa vo vrstvách nanáša materiál, pričom tieto vrstvy sú rovnakého alebo rozdielneho materiálového zloženia a nosná vrstva výhodne tvorí kompozit na úrovni mikroštruktúry a/alebo makroštruktúry a na nosnú vrstvu sa môžu nanášať ďalšie vrstvy paženia.The borehole lining formation according to claim 1, characterized in that a borehole support layer is formed on the borehole wall and / or on the mold by applying a layer of material to the borehole wall and / or the mold, the layers being the same or a different material composition, and the backing layer preferably forms a composite at the level of the microstructure and / or the macrostructure, and further layers of sheeting may be applied to the backing layer. 3. Tvorba paženia vrtu podľa nároku 1 a 2 vyznačujúca sa tým, že vrstvy paženia sú nanášané súčasne po celom kruhovom obvode vrtu, pričom nanášaný povrch môže vykazovať odchýlky kruhovitosti a povrchové nerovnosti.The borehole formation according to claim 1 and 2, characterized in that the lining layers are applied simultaneously over the entire circumference of the borehole, wherein the applied surface may exhibit roundness variations and surface irregularities. 4. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 3 vyznačujúca sa tým, že urýchlenie a ohriatie častíc, ktoré sa majú nanášať na stenu vrtu a/alebo na formu, alebo na predchádzajúcu vrstvu paženia sa dosiahne ich zmiešaním s nosným plynom, ktorý má potrebnú tepelnú a kinetickú energiu, a urýchlená a ohriata zmes častíc a nosného plynu sa nanáša na stenu vrtu a/alebo na formu alebo na predchádzajúcu vrstvu paženia z miesta nachádzajúceho sa v blízkosti steny vrtu.The borehole formation according to claims 1 to 3, characterized in that the acceleration and heating of the particles to be applied to the borehole wall and / or the mold or to the previous lining layer is achieved by mixing them with a carrier gas having the necessary thermal and kinetic energy, and the accelerated and heated mixture of particles and carrier gas is applied to the borehole wall and / or to the mold or previous layer of sheeting from a location near the borehole wall. 5. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 4 vyznačujúca sa tým, že viac vrstiev paženia je súčasne nanášaných vo viacerých stupňoch na stenu vrtu a/alebo na predchádzajúce nanesené vrstvy paženia tak, že nasledujúca vrstva je na predchádzajúcu vrstvu nanesená s takým posunom, ktorý umožňuje deponovať a vrstviť nanášané vrstvy na seba.The borehole formation according to claims 1 to 4, characterized in that a plurality of sheeting layers are simultaneously applied in several stages to the borehole wall and / or to the previously applied sheeting layers so that the next sheet is applied to the previous layer with a displacement which allows depositing and layering of applied layers on top of each other. 6. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 5 vyznačujúca sa tým, že do nanášaného materiálu sú pridávané aditíva spevňujúce a vystužujúce stenu vytvoreného paženia,The borehole lining formation according to claims 1 to 5, characterized in that additives are added to the deposited material to reinforce and reinforce the wall of the formed lining, 7. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 6 vyznačujúca sa tým, že do nanášaného materiálu sú pridávané napeňovacie aditíva, t.j. činidlá iniciujúce tvorbu poréznej štruktúry steny paženia (napríklad hydrid titánu).The borehole formation according to claims 1 to 6, characterized in that foaming additives are added to the material to be deposited, i. agents initiating the formation of a porous sheet wall structure (e.g., titanium hydride). 8. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 7 vyznačujúca sa tým, že povrch steny vrtu alebo predchádzajúcej vrstvy paženia sa pred nanášaním vrstiev opracuje tak, že zmes nosného plynu zmiešaného s časticami materiálu je bez schopnosti nanesenia (deponovania) materiálu , čo sa dosiahne tak, že častice materiálu neobsahujú pojivo alebo kinetická energia, ktorá je nižšia ako kritická rýchlosť plastickej deformácia častíc a nanášania častíc materiálu, a v takom prípade sa opracovávaný povrch mechanicky čistí, zdrsňuje a inak upravuje a dosahuje sa výhodná úprava povrchu pre nanášanie ďalšej vrstvy.The borehole formation according to claims 1 to 7, characterized in that the surface of the borehole wall or the previous lining layer is treated prior to the application of the layers such that the carrier gas mixture mixed with the material particles is free of depositing material. wherein the material particles do not contain a binder or kinetic energy that is less than the critical rate of plastic deformation of the particles and deposition of the material particles, in which case the surface to be treated is mechanically cleaned, roughened and otherwise treated to provide an advantageous surface treatment. 9. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 8 vyznačujúca sa tým, že nanesené vrstvy paženia, alebo stena vrtu sú predhrievané z dôvodu zvýšenia adhézie nasledujúcej vrstvy, účinnosti procesu nanášania na povrchu steny alebo predošlej vrstvy pred ďalším nanášaním.The borehole formation according to claims 1 to 8, characterized in that the deposited layers of the borehole or borehole wall are preheated to increase the adhesion of the next layer, the efficiency of the deposition process on the wall surface or the previous layer before further deposition. 10. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 9 vyznačujúca sa tým, že nanášané vrstvy sú dohnevané - tepelne spracované za účelom zlepšenia mechanických vlastností a/alebo za účelom aktivácie napeňovacích aditív.The borehole formation according to claims 1 to 9, characterized in that the deposited layers are flash-treated in order to improve the mechanical properties and / or to activate the foaming additives. 11. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 10 vyznačujúca sa tým, že aspoň jedna nanášaná vrstva alebo časť vrstvy klzné oddeľuje susedné vrstvy paženia, alebo nanesené vrstvy paženia od formy prostredníctvom odlišných vlastností zabezpečujúc zníženie šmykového napätia v takejto vrstve, ktorá tým tvorí klzné rozhranie.The borehole formation according to claims 1 to 10, characterized in that at least one applied layer or part of the sliding layer separates adjacent sheathing or deposited sheathing layers from the mold by different properties ensuring a shear stress reduction in such a layer, which thereby forms a sliding interface. . 12. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 11 vyznačujúca sa tým, že klzná vrstva vytvára klznú vložku pre pohyb formovacieho tŕňa pre potrubné rozvody formované v stenách paženia.A borehole formation according to claims 1 to 11, characterized in that the sliding layer forms a sliding liner for the movement of the forming mandrel for the pipework formed in the lining walls. 13. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 12 vyznačujúca sa tým, že aspoň jedna vrstva paženia je vytvorená z kovovej matrice vyplnenej materiálom, ktorý môže byť získaný separáciou dezintegrovaného materiálu z vrtného procesu.The borehole formation according to claims 1 to 12, characterized in that the at least one lining layer is formed from a metal matrix filled with a material that can be obtained by separating the disintegrated material from the drilling process. 14. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 13 vyznačujúca sa tým, že vytvorené vrstvy sú tepelne upravované tepelným tokom aspoň jedným tepelným režimom, v ktorom sú vytvorené vrstvy vystavené postupnému tepelnému účinku s cieľom dosiahnutia výhodných metalurgických zmien v závislosti od druhu materiálu.The borehole formation according to claims 1 to 13, characterized in that the formed layers are thermally treated by heat flow through at least one thermal regime in which the formed layers are subjected to a gradual thermal effect in order to achieve advantageous metallurgical changes depending on the material type. 15. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 14 vyznačujúca sa tým, že prúd nosného plynu vyteká takou rýchlosťou z dýz po kruhovom obvode, pri ktorej urýchlené častice materiálu dosahujú úroveň kinetickej energie potrebnej k plastickej deformácii a tým k ich nanášaniu.The borehole formation according to claims 1 to 14, characterized in that the carrier gas stream flows at a velocity from the nozzles on a circular circumference at which the accelerated material particles reach the level of kinetic energy required for plastic deformation and thus their application. 16. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 15 vyznačujúca sa tým, že kvapalina pracovného prostredia v mieste nanášania je lokálne vytesnená prúdom nosného plynu s časticami, alebo prúdom ochranného plynu.The borehole formation according to claims 1 to 15, characterized in that the fluid of the working environment at the application site is locally displaced by a particulate carrier gas stream or a shielding gas stream. 17. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 16 vyznačujúca sa tým, že v kvapalnom prostredí je prúd nosného plynu s časticami obklopený ochranným prúdom, ktorý tvorí ochranný obal medzi kvapalinou pracovného prostredia a nosným plynom s časticami a udržuje integritu prúdu nosného plynu s časticami a oddeľuje ho od kvapalného prostredia. Tvorba paženia vrtu podľa nároku 1 až 17 vyznačujúca sa tým, že ochranný prúd odstraňuje kvapalinu z nanášaného povrchu a nanášaný povrch je pred nanášaním materiálu vysúšaný a predhrievaný.17. The borehole formation of claims 1 to 16, wherein in the liquid medium, the particulate carrier gas stream is surrounded by a protective stream that forms a protective envelope between the working fluid and the particulate carrier gas and maintains the integrity of the particulate carrier gas stream; separates it from the liquid medium. The borehole formation according to claims 1 to 17, characterized in that the protective current removes liquid from the surface to be deposited and the surface to be deposited is dried and preheated before the material is deposited. 18. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 18 vyznačujúca sa tým, že prúd nosného plynu je stláčaný ochranným prúdom, ktorý oddeľuje prúd nosného plynu s časticami materiálu od stien dýzy a chráni výstupný otvor pred priamym kontaktom s časticami materiálu výstupného otvoru, čím vytvára hydrodynamickú trysku.A borehole formation according to claims 1 to 18, characterized in that the carrier gas stream is compressed by a shielding current that separates the carrier gas stream with the material particles from the nozzle walls and protects the outlet orifice from direct contact with the orifice material particles, thereby creating a hydrodynamic nozzle. 19. Tvorba paženia vrtu podľa nárokov 1 až 19 vyznačujúca sa tým, že plyny sú výhodne urýchľované pri prietoku elektrickým oblúkom a termálnou plazmou, kedy pri styku nosných plynov a elektrického oblúka dochádza k zvýšeniu tlaku ohrevom a ich expanzii.The borehole formation according to claims 1 to 19, characterized in that the gases are advantageously accelerated by the electric arc and thermal plasma flow, where the pressure of the carrier gases and the electric arc is increased by heating and expansion. 20. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu nanášaním vrstiev materiálu na steny vrtu procesom aditívneho nanášania práškov podľa nárokov 1 až 20 vyznačujúce sa tým, že obsahuje aspoň jeden stupeň obsahujúci komoru (3) urýchlenia plynu a komoru (4) zmiešavania častíc materiálu určených na nanášanie s nosným plynom a oddeľovacie, riadiace a regulačné mechanizmy, komora (3) urýchlenia plynu je napojená na prívod (2) médií a komora (4) zmiešavania častíc materiálu je napojená na prívod (1) dávkovania nanášaného prášku do nosného plynu, pričom komora (4) zmiešavania častíc je výhodne umiestnená za komorou (3) urýchlenia plynu a v takomto usporiadaní komora (4) zmiešavania častíc materiálu obsahuje výtokovú dýzu (5).Apparatus for forming a borehole by depositing layers of material on the borehole walls by an additive powder coating process according to claims 1 to 20, characterized in that it comprises at least one stage comprising a gas acceleration chamber (3) and a mixing chamber (4) of material particles to be deposited with a carrier gas and separating, controlling and regulating mechanisms, the gas acceleration chamber (3) is connected to the media supply (2) and the material particle mixing chamber (4) is connected to the feed (1) dosing powder feed to the carrier gas, The particle mixing chamber is preferably located downstream of the gas acceleration chamber (3) and in such an arrangement the material particle mixing chamber (4) comprises an outlet nozzle (5). 21. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nároku 21 vyznačujúce sa tým, že výtoková dýza (5) pre výstup zmesi nosného plynu a častíc materiálu z komory (4) zmiešavania častíc je umiestniteľná v bezprostrednej blízkosti steny (9) vrtu na formovanie vrstiev (10) materiálu do paženia.A borehole forming device according to claim 21, characterized in that the outlet nozzle (5) for discharging the mixture of carrier gas and material particles from the particle mixing chamber (4) is located in the immediate vicinity of the borehole wall (9) for forming the layers (10). ) of the stock material. 22. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nároku 21 a 22 vyznačujúce sa tým, že komora (3) urýchlenia plynu a komora (4) zmiešavania častíc materiálu s nosným plynom tvoria jednu komoru (3,4) urýchlenia a zmiešavania častíc a jednotlivé časti komory (3,4) nasledujú za sebou.The borehole production device according to claims 21 and 22, characterized in that the gas acceleration chamber (3) and the particulate material mixing chamber (4) form a single particle acceleration and mixing chamber (3, 4) and individual chamber parts (3,4) follow each other. 23. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nároku 21 a 23 vyznačujúce sa tým, že obsahuje viac stupňov usporiadaných za sebou s odstupom tak, aby mohli paralelne pracovať.The borehole forming device according to claims 21 and 23, characterized in that it comprises a plurality of stages arranged one behind the other so that they can operate in parallel. 24. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nárokov 21 až 24 vyznačujúce sa tým, že komora (3) urýchlenia nosných plynov obsahuje modul zvýšenia tlaku na princípe ohrevu a expanzie plynu tepelnou plazmou elektrického oblúka.The borehole forming device according to claims 21 to 24, characterized in that the carrier gas acceleration chamber (3) comprises a pressure increase module based on the heating and expansion of the gas by the thermal plasma of an electric arc. 25. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nárokov 21 až 25 vyznačujúce sa tým, že výtoková dýza (5) je v tvare prstenca s výtokmi v radiálnom smere po jej obvode.The borehole forming device according to claims 21 to 25, characterized in that the outflow nozzle (5) is in the form of a ring with outflows in the radial direction around its periphery. 26. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nárokov 21 až 26 vyznačujúce sa tým, že výtoková dýza (5) má tvar štrbiny.The borehole forming device according to claims 21 to 26, characterized in that the outlet nozzle (5) is slot-shaped. 27. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nárokov 21 až 27 vyznačujúce sa tým, že výtoková dýza (5) v tvare štrbiny je v obvodových častiach obklopená hydrodynamickými tryskami (11), ktoré plnia ochrannú funkciu výtokovej dýzy (5).The borehole forming device according to claims 21 to 27, characterized in that the slot-shaped outflow nozzle (5) is surrounded in circumferential parts by hydrodynamic nozzles (11) which fulfill the protective function of the outflow nozzle (5). 28. Zariadenie na tvorbu paženia vrtu podľa nárokov 21 až 29 vyznačujúce sa tým, že regulačné mechanizmy obsahujú najmä mechanizmy riadenia a regulácie teplôt, mechanizmy riadenia a regulácie urýchlenia nosného plynu a mechanizmy riadenia a regulácie dávkovania prášku do nosného plynu.The borehole shoring device according to claims 21 to 29, characterized in that the control mechanisms comprise in particular temperature control and regulation mechanisms, carrier gas acceleration control mechanisms and mechanisms for controlling the powder dosing into the carrier gas.
SK50043-2013A 2013-09-18 2013-09-18 Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof SK500432013A3 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50043-2013A SK500432013A3 (en) 2013-09-18 2013-09-18 Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof
US15/022,190 US20160230500A1 (en) 2013-09-18 2014-09-17 Method and device for the formation of borehole casing by application of material layers by means of kinetic sputtering
EP14790794.3A EP3055482A2 (en) 2013-09-18 2014-09-17 Method and device for the formation of borehole casing by application of material layers by means of kinetic sputtering
PCT/SK2014/050021 WO2015041613A2 (en) 2013-09-18 2014-09-17 Formation of borehole casing by application of material layers by means of kinetic sputtering and device for its performing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50043-2013A SK500432013A3 (en) 2013-09-18 2013-09-18 Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500432013A3 true SK500432013A3 (en) 2015-04-01

Family

ID=51842743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50043-2013A SK500432013A3 (en) 2013-09-18 2013-09-18 Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160230500A1 (en)
EP (1) EP3055482A2 (en)
SK (1) SK500432013A3 (en)
WO (1) WO2015041613A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9840913B1 (en) 2015-10-22 2017-12-12 X Development Llc Device, system and method for reinforcing a tunnel
CN111677479A (en) * 2020-06-18 2020-09-18 中煤科工集团重庆研究院有限公司 Automatic rapid hole sealing process based on 3D printing

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69016433T2 (en) * 1990-05-19 1995-07-20 Papyrin Anatolij Nikiforovic COATING METHOD AND DEVICE.
US6861101B1 (en) * 2002-01-08 2005-03-01 Flame Spray Industries, Inc. Plasma spray method for applying a coating utilizing particle kinetics
US6851488B2 (en) * 2003-04-04 2005-02-08 Gas Technology Institute Laser liner creation apparatus and method
RU2288970C1 (en) * 2005-05-20 2006-12-10 Общество с ограниченной ответственностью Обнинский центр порошкового напыления (ООО ОЦПН) Device for the gas-dynamic deposition of the coatings and the method for the gas-dynamic deposition of the coatings
US7959093B2 (en) * 2006-02-07 2011-06-14 Honeywell International Inc. Apparatus for applying cold-spray to small diameter bores
GB0602331D0 (en) * 2006-02-07 2006-03-15 Boc Group Inc Kinetic spraying apparatus and method
DE102012001361A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 Linde Aktiengesellschaft Method for cold gas spraying
CN102527544B (en) * 2012-02-24 2014-07-23 中国科学院金属研究所 Cold spray device and method for preparing metal composite gradient quasicrystal coating

Also Published As

Publication number Publication date
EP3055482A2 (en) 2016-08-17
US20160230500A1 (en) 2016-08-11
WO2015041613A2 (en) 2015-03-26
WO2015041613A3 (en) 2015-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sova et al. Potential of cold gas dynamic spray as additive manufacturing technology
Grigoriev et al. Cold spraying: From process fundamentals towards advanced applications
Pattison et al. Cold gas dynamic manufacturing: A non-thermal approach to freeform fabrication
US7654223B2 (en) Cold spray apparatus having powder preheating device
JP2683134B2 (en) Laser plasma spraying apparatus and method
Lupoi et al. High speed titanium coatings by supersonic laser deposition
US20180025794A1 (en) Spray methods for coating nuclear fuel rods to add corrosion resistant barrier
CA3054112A1 (en) An improved gas dynamic cold spray device and method of coating a substrate
EP1171253B1 (en) Die coatings for gravity and low pressure die casting
Fauchais et al. Overview of thermal spray
US10533818B1 (en) Cold spray methods for manufacturing gun barrels
Fauchais et al. Thermal and cold spray: Recent developments
US20160090653A1 (en) Method For Producing A Metal Foam And Method For Producing Particles Suitable For Said Method
AlMangour Fundamentals of cold spray processing: Evolution and future perspectives
CN110055484A (en) A kind of supersonic speed laser deposition spray gun, laser deposition device and laser deposition method
Jain et al. Metal deposition: Plasma-based processes
CN105624604B (en) In the densification preparation method of the controllable composition of accessory inner surface thermal spraying and structure coating
SK500432013A3 (en) Lining of borehole by depositing layers of material with help of kinetic sputtering and a device for carrying out thereof
WO2007091102A1 (en) Kinetic spraying apparatus and method
Khafizov et al. Steel surface modification with plasma spraying electrothermal installation using a liquid electrode
US20140087084A1 (en) Apparatus and method for generating a layer system
US20150233206A1 (en) Casing, process of formation of casing in boreholes by additive method and device for its formation
EP2565290A1 (en) Ballistic protection system
JP6404532B1 (en) Nozzle for cold spray and cold spray device
Sakaki Cold Spray Process~ Overview and Application Trends~

Legal Events

Date Code Title Description
FB9A Suspension of patent application procedure