DE112013007246T5

DE112013007246T5 - Verbindungen, die Kohlenstoffnanowälder umfassen

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Publication number: DE112013007246T5
Application number: DE112013007246.7T
Authority: DE
Inventors: Ping Sui; David Duckworth; Gary Weaver
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2016-04-07
Also published as: US9988849B2; CN105247158B; US20150204444A1; GB201519950D0; CA2912161A1; BR112015029499A2; CN105247158A; WO2015009298A1; GB2530189A

Abstract

Bohrlochwerkzeuge können Kohlenstoffnanowälder verwenden, um den Zugang von Schleifpartikeln zu komprimierbaren Dichtungselementen von Verbindungen des Bohrlochwerkzeugs zu reduzieren. In einigen Fällen kann ein Bohrlochwerkzeug Folgendes beinhalten: eine Verbindung, umfassend zwei Elemente mit gegenüberliegenden Fügeflächen, die einen Spalt definieren; ein komprimierbares Dichtungselement, das zwischen den gegenüberliegenden Fügeflächen angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Abschnitt des Spalts zu verschließen und dadurch ein abgedichtetes Segment und ein unabgedichtetes Segment des Spalts definiert; und wenigstens einen Kohlenstoffnanowald, der in wenigstens einem Abschnitt des unabgedichteten Segments angeordnet und an wenigstens eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die hier beschriebenen innovativen Ausführungsformen betreffen Verbindungen, die Kohlenstoffnanowälder verwenden, um das Eindringen von Schleifpartikeln in komprimierbare Dichtungselemente zu reduzieren.
Komprimierbare Dichtungselemente (z. B. O-Ringe) werden zum Abdichten von Verbindungen (z. B. Drehverbindungen, statischen Verbindungen und dergleichen) in verschiedenen Bohrlochwerkzeugen benutzt. Die komprimierbaren Dichtungselemente dienen in einigen Fällen dazu, andere Abschnitte des Bohrlochwerkzeugs wie etwa Lager zu schützen. Während des Betriebs gelangen die komprimierbaren Dichtungselemente häufig mit Bohrlochfluiden in Kontakt, die Schleifpartikel enthalten. Diese Schleifpartikel können die komprimierbaren Dichtungselemente abnutzen. Wenn sich die komprimierbaren Dichtungselemente abnutzen, können Lecks an den komprimierbaren Dichtungselementen entstehen, so dass Schleifpartikel in Kontakt mit den Abschnitten des Bohrlochwerkzeugs gelangen können, die das komprimierbare Dichtungselement schützen soll, und sie beschädigen können. Dies kann zu unerwünschten Werkzeugschäden und einem möglichen Betriebsstillstand führen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Figuren sollen bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und sind nicht als ausschließliche Ausführungsformen zu betrachten. Der offenbarte Gegenstand kann beträchtlichen Modifikationen, Abänderungen und Äquivalenten in Form und Funktion unterliegen, die für Fachleute mit dem Vorteil dieser Offenbarung auf der Hand liegen werden.
1 stellt eine Darstellung eines Rollenmeißels bereit.
2 stellt eine Darstellung einer Bohrplattform zum Bohren eines Bohrlochs in eine unterirdische Formation bereit.
3 stellt eine Querschnittdarstellung eines Abschnitts eines Rollenmeißels gemäß wenigstens einer hier beschriebenen Ausführungsform mit einem Kohlenstoffnanowald in dem unabgedichteten Element des Spalts einer Verbindung bereit.
4A stellt eine Querschnittdarstellung eines Spalts einer Verbindung bereit, die hier beschriebene Filterung mittels Kohlenstoffnanowäldern veranschaulicht.
4B stellt eine Enddarstellung in einen Spalt einer Verbindung bereit, die hier beschriebene Filterung mittels Kohlenstoffnanowäldern veranschaulicht.
5 stellt eine Querschnittdarstellung eines Spalts einer Verbindung mit Kohlenstoffnanowäldern in dem unabgedichteten Element dar.
6 stellt eine Querschnittdarstellung eines Spalts einer Verbindung mit Kohlenstoffnanowäldern in dem unabgedichteten Element dar.
7 stellt das Aufwachsen eines Kohlenstoffnanowalds auf eine Fügefläche einer hier beschriebenen Verbindung zum Erzielen einer direkten Kopplung dar.
8 stellt das Aufwachsen eines Kohlenstoffnanowalds auf ein Substrat und das haftende Koppeln der Kohlenstoffnanowälder an eine Fügefläche einer hier beschriebenen Verbindung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen innovativen Ausführungsformen betreffen Verbindungen, die Kohlenstoffnanowälder verwenden, um das Eindringen von Schleifpartikeln in komprimierbare Dichtungselemente zu reduzieren.
Im hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „Kohlenstoffnanowald” eine Vielzahl von Kohlenstoffnanostrukturen, die vertikal ausgerichtet sind, das heißt, die Längsachse der Nanostruktur erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht von dem daran gekoppelten Substrat. Ein Kohlenstoffnanowald kann einwandige Kohlenstoffnanoröhren („EWKN”) mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren („MWKN”) (z. B. 2 bis 50 oder mehr Wände), Kohlenstoffnanohörner, Graphen, Graphennanobänder, andere längliche Kohlenstoffnanostrukturen oder eine Kombination davon beinhalten. Es ist zu beachten, dass Graphen weniglagiges Graphen (few-layer graphene) einschließt.
In einem Aspekt identifiziert und adressiert die vorliegende Offenbarung Probleme mit Schleifpartikeln in Bohrfluiden, die das Potenzial haben, komprimierbare Dichtungselemente zu beschädigen, etwa Dichtungen in Bohrmeißeln sowie in anderen Bohrlochwerkzeugen wie Gleithülsen, Ausräumern, Pumpen und dergleichen. Wie hier identifiziert, bewegen sich die Schleifpartikel in Bohrfluiden (z. B. Formationsbohrklein sowie Additiven wie etwa Beschwerungsmitteln) in der Regel sehr turbulent und bei sehr hoher Geschwindigkeit. Die offenbarten Systeme und Verfahren beinhalten verschiedene bestimmte Anwendungen von Kohlenstoffnanowäldern, um diese Schleifpartikel einzufangen oder in anderer Weise daran zu hindern, an die komprimierbaren Dichtungselemente zu gelangen, um Schleifabnutzung zu verhindern. Auf diese Weise sollten Probleme im Zusammenhang mit Schleifmaterialien minimiert werden, was die Lebensdauer des Bohrlochwerkzeugs verlängern sollte. Beispielsweise kann das Verlängern der Lebensdauer eines Bohrmeißels die Häufigkeit reduzieren, mit der der Bohrmeißel aus einer Bohrlochumgebung entnommen wird, was während des Bohrbetriebs Stunden in Anspruch nehmen kann, so dass nichtproduktive Zeit und Kosten minimiert werden.
Ein häufiger Bohrmeißeltyp, der beim Bohren von Bohrlöchern benutzt wird, ist ein Rollenmeißel, von dem ein Beispiel in 1 als 100 dargestellt ist. Bei solchen Bohrmeißeln weisen rotierende Kegel 102 Zähne 104 (z. B. Karbideinsatz- oder gefräste Zähne) an ihrer Außenfläche auf und sind jeweils an einem Arm 106 des Bohrmeißelkörpers angebracht. Während des Bohrens, wie in 2 dargestellt, verwendet eine Bohranlage 208 Abschnitte von Rohr 210, um Drehkraft auf den Bohrmeißel 200 zu übertragen, und eine Pumpe 212, um Bohrfluid (wie durch Flusspfeile A dargestellt) durch die Abschnitte des Rohrs 210 zum Boden des Bohrlochs zu zirkulieren. Während sich der Bohrmeißel dreht, zwingt die auf den Bohrmeißel aufgebrachte Belastung (weight-on-bit, „WOB”) die nach unten weisenden Zähne der rotierenden Kegel in die gebohrte Formation. Die Zahnspitzen üben also eine Druckbelastung aus, die die Formänderungsfestigkeit der Formation übersteigt, was ein Brechen in der Formation bewirkt. Die resultierenden Fragmente (die auch als „Bohrklein” bezeichnet werden) werden durch einen starken Strom des Bohrfluids (das auch als „Schlamm” bezeichnet wird) von der Schneidfläche fort gespült.
3 stellt eine Querschnittdarstellung eines Abschnitts eines Rollenmeißels mit Dichtungen dar, die gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung geschützt werden können. Insbesondere stellt 3 eine Beispielverbindung 302 eines Rollenmeißels dar. Die Verbindung 302 umfasst ein erstes und zweites Element, die in dieser Ausführungsform als Beispiel jeweils ein Rollenmeißelkegel 304 bzw. ein Trägerarm 308 sind. Der Rollenmeißelkegel 304 wird von Lagern 334 und einer Spindel 336 getragen. Jedes dieser zwei Elemente – der Rollenmeißelkegel 304 und der Trägerarm 308 – weisen gegenüberliegende Fügeflächen auf: eine erste Fügefläche 306 des Rollenmeißelkegels 304 und eine zweite Fügefläche 310 des Trägerarms 308, die gemeinsam einen Spalt 300 definieren. Der Abstand zwischen den Fügeflächen 306 und 310 kann entlang dem Spalt 300 variieren. Das komprimierbare Dichtungselement 318 ist dazu konfiguriert, einen Abschnitt des Spalts 300 abzudichten und dadurch ein abgedichtetes Segment 312 und ein unabgedichtetes Segment 314 zu definieren. In der Regel ist der Abstand zwischen den Fügeflächen 306 und 310 entlang dem abgedichteten Segment 312 des Spalts 300 kleiner als an dem unabgedichteten Segment 314 des Spalts 300, was den notwendigen Raum schafft, um den Kohlenstoffnanowald einzubeziehen, wie hier beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der Abstand zwischen den Fügeflächen 306 und 310 entlang dem abgedichteten Segment 312 des Spalts 300 größer als entlang dem unabgedichteten Segment 314 des Spalts 300 sein, oder der Abstand kann im Wesentlichen gleich sein, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
In einigen Ausführungsformen liegt wenigstens ein Kohlenstoffnanowald in wenigstens einem Abschnitt des unabgedichteten Segments 314 des Spalts 300 und ist an eine der Fügeflächen 306 oder 310 gekoppelt. In einigen Fällen kann sich der Kohlenstoffnanowald über den Spalt 300 hinaus erstrecken und an eine erweiterte Fläche gekoppelt sein, die der Fügefläche entspricht, an die der Kohlenstoffnanowald gekoppelt ist. Erneut Bezug nehmend auf 3 ist der Kohlenstoffnanowald 320 an einen Abschnitt der zweiten Fügefläche 310 gekoppelt, der einen Abschnitt einer erweiterten Fläche 310' beinhaltet.
Kohlenstoffnanowälder können mittels einer Vielzahl von Verfahren an Fügeflächen gekoppelt werden, darunter das direkte Aufwachsen des Kohlenstoffnanowalds auf die Fügefläche (hier als „direktes Koppeln” oder grammatikalische Äquivalente davon bezeichnet) oder das Kleben des Kohlenstoffnanowalds oder eines entsprechenden Substrats an die Fügefläche (hier als „klebendes Koppeln” oder grammatikalische Äquivalente davon bezeichnet). Es ist zu beachten, dass, soweit nicht anders angegeben, Ausführungsformen, die das Koppeln des Kohlenstoffnanowalds an eine Fügefläche beschreiben, sowohl direktes Koppeln als auch klebendes Koppeln einschließen. Die Verfahren zum Erzielen derselben werden im Folgenden ausführlicher erörtert.
In einigen der offenbarten Ausführungsformen sind die Kohlenstoffnanowälder als Beispiel derart dargestellt, dass sie sich von einer Fügefläche zur anderen Fügefläche erstrecken, aber die andere Fügefläche oder einen anderen daran gekoppelten Kohlenstoffnanowald nicht berühren. Alternativ können sich die Kohlenstoffnanowälder in anderen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren von einer Fügefläche um ein gewünschtes Ausmaß oder um einen gewünschten Abstand erstrecken (z. B. so, dass sie die andere Fügefläche oder einen anderen daran gekoppelten Kohlenstoffnanowald nicht oder kaum berühren, so, dass sie die Fügefläche oder einen anderen daran gekoppelten Kohlenstoffnanowald berühren, oder so, dass sie von der anderen Fügefläche oder einem anderen daran gekoppelten Kohlenstoffnanowald komprimiert werden). In einigen Ausführungsformen beispielsweise kann der Kohlenstoffnanowald in dem Spalt einer Verbindung einer Komprimierung unterliegen.
4A und 4B stellen eine vergrößerte Ansichten [sic] eines beispielhaften Spalts 400 zwischen dem ersten Element 404 und dem zweiten Element 408 mit einem darin angeordneten Kohlenstoffnanowald 420 dar, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Im beispielhaften Betrieb dient der Kohlenstoffnanowald 420 als ein Filter zum Reduzieren des Zugangs der Schleifpartikel 436 zu dem komprimierbaren Dichtungselement 418 (4A), wodurch die Lebensdauer des Dichtungselements 418 und des Bohrlochwerkzeugs erhöht wird. 4A stellt eine Querschnittansicht eines Abschnittspalts 400 dar, die das Bohrfluid, das Schleifpartikel 436 umfasst, in einem unabgedichteten Segment 414 fließend darstellt, derart, dass es in Kontakt mit Kohlenstoffnanowald 420 gelangt. Fluide, die durch das unabgedichtete Segment 414 zirkulieren oder in anderer Weise fließen, können auf den Kohlenstoffnanowald 410 treffen, und ein Teil davon kehrt zum Bohrloch zurück (Pfeil A), während ein Teil den Kohlenstoffnanowald 420 durchquert (Pfeil B) und das komprimierbare Dichtungselement 418 erreicht. Der Kohlenstoffnanowald 420 kann dazu konfiguriert sein, den Großteil der Schleifpartikel 436 abzuhalten und zu ermöglichen, dass die Partikel mit dem Fluid aus dem Spalt 400 heraus zirkulieren (Pfeil A), und die übrigen Schleifpartikel 436, die mit dem Fluid mitgeführt werden, das den Kohlenstoffnanowald 420 durchquert (Pfeil B) im Wesentlichen herauszufiltern. 4B stellt eine Endansicht in einen Abschnitt des Kohlenstoffnanowalds 420 im Spalt 400 dar und stellt eine Vielzahl von Schleifpartikeln 436 im Kohlenstoffnanowald 420 gefangen dar.
Darüber hinaus wird ohne theoretische Einschränkung angenommen, dass mit Abnutzung des Kohlenstoffnanowalds das Nebenprodukt Nanoröhrensegmente, Graphen oder weniglagiges Graphen beinhaltet, von denen gezeigt wurde, dass es sich um wirksame Schmiermittel handelt. Somit dürften die Nebenprodukte des Kohlenstoffnanowalds die Lebensdauer des komprimierbaren Dichtungselements nur minimal beeinträchtigen. Darüber hinaus kann sich der Kohlenstoffnanowald als nützlich erweisen, indem die daran gekoppelte Fügefläche vor dem Aufprallen von Schleifpartikel geschützt wird, was die Lebensdauer des Bohrlochwerkzeugs weiter verlängern kann.
5 stellt eine Querschnittansicht eines Abschnitts einer Verbindung 502 dar, gemäß wenigstens einer hier beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt, sind zwei Kohlenstoffnanowälder 520a, 520b in Reihe in einem unabgedichteten Segment 514 eines Spalts 500 angeordnet, wobei der Kohlenstoffnanowald 520a an eine erste Fügefläche 506 des ersten Elements 504 und der Kohlenstoffnanowald 520b an eine zweite Fügefläche 510 des zweiten Elements 508 gekoppelt ist und relativ zum Kohlenstoffnanowald 520a proximal zu einem komprimierbaren Dichtungselement 518 ist. Ferner kann sich der Kohlenstoffnanowald 520b in eine Nut 516 erstrecken, die in dem ersten Element 504 definiert und dazu konfiguriert ist, das komprimierbare Dichtungselement 518 aufzunehmen und einzupassen. In anderen Ausführungsformen allerdings kann die Nut 516 in dem zweiten Element 508 oder in beiden Elementen 504 und 508 definiert und dazu konfiguriert sein, das komprimierbare Dichtungselement 518 aufzunehmen und einzupassen, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
6 stellt eine Querschnittansicht der Verbindung 602 gemäß wenigstens einer hier beschriebenen Ausführungsform dar. Wie dargestellt, sind zwei Kohlenstoffnanowälder 620a, 620b wenigstens teilweise in physischem Kontakt in einem unabgedichteten Element 614 eines Spalts 600 zwischen dem ersten Element 604 und dem zweiten Element 608 angeordnet, wobei der Kohlenstoffnanowald 620a an die erste Fügefläche 606 des ersten Elements 604 gekoppelt ist und der Kohlenstoffnanowald 620b an die zweite Fügefläche 610 des zweiten Elements 608 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen sind die Kohlenstoffnanowälder 620a und 620b jeweils an entsprechende Abschnitte ihrer Fügeflächen 606 und 610 gekoppelt und erstrecken sich von diesen radial zueinander hin. In wenigstens einer Ausführungsform können die Abschnitte der distalen Enden der Kohlenstoffnanowälder 620a, 620b in physischem Kontakt stehen.
Ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung kennt die Vielzahl von Konfigurationen, in denen ein oder mehrere Kohlenstoffnanowälder in einem oder mehreren Abschnitt(en) des unabgedichteten Segments des Spalts einer Verbindung angeordnet sein können, darunter auch das Gekoppeltsein an eine der Fügeflächen. Ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung erkennt auch, dass die Verbindungen derart konfiguriert sein können, dass der Abstand zwischen den Fügeflächen entlang einem Abschnitt eines abgedichteten Segments des Spalts ausreichend sein kann, um einen Kohlenstoffnanowald in das abgedichtete Segment des Spalts einzubeziehen. Beispielsweise kann eine Stopfbuchse oder Nut vorliegen, die einen Kohlenstoffnanowald beinhalten kann (z. B. zwischen dem komprimierbaren Dichtungselement und den Lagern, um Partikel, die durch Schleifabnutzung des Lagers erzeugt werden, daran zu hindern, Schleifabnutzung an dem komprimierbaren Dichtungselement zu verursachen).
Ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung wird weiterhin die Konfigurationsabwandlungen an dem ersten und zweiten Elements erkennen, die eine Verbindung ergeben, die auf andere Rollenmeißelkonfigurationen und andere Bohrlochwerkzeuge wie Gleithülsen, Ausräumer, Pumpen und dergleichen anwendbar ist.
Hinsichtlich der direkten Kopplung von Kohlenstoffnanowäldern an Fügeflächen, die hier beschrieben und in 7 dargestellt ist, beinhalten einige Ausführungsformen das Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren 734 auf einer Fügefläche 724 eines Elements 726 einer Verbindung; und das Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren 734 gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald 728 mit einer gewünschten Höhe zu erzielen.
Hinsichtlich der haftenden Kopplung von Kohlenstoffnanowäldern an Fügeflächen, die hier beschrieben und in 8 dargestellt ist, beinhalten einige Ausführungsformen das Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren 834 auf einem Substrat 830; Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren 834 gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald 828 mit einer gewünschten Höhe zu erzielen; und Kleben des Substrats 830 an einen Abschnitt einer Fügefläche 824 eines Elements 826 einer Verbindung mit einem Klebstoff 832 (z. B. dargestellt in 8A).
Hinsichtlich der haftenden Kopplung von Kohlenstoffnanowäldern an Fügeflächen, die hier beschrieben und in 8 dargestellt, können einige Ausführungsformen Folgendes beinhalten: Bereitstellen einer Vielzahl dicht gepackter Nanopartikelkatalysatoren 834 auf einem Substrat 830; Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren 834 gegenüber den Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald 828 mit einer gewünschten Höhe zu erzielen; Kleben des Kohlenstoffnanowalds 828 an einen Abschnitt einer Fügefläche 824 eines Elements 826 einer Verbindung mit einem Klebstoff 832 (z. B. dargestellt in 8B); und Trennen des Kohlenstoffnanowalds von dem Substrat 830 (z. B. dargestellt in 8C).
Einige Ausführungsformen können ferner das Montieren der Verbindung mithilfe eines hier beschriebenen Elements beinhalten, an das ein Kohlenstoffnanowald gekoppelt ist. In einigen Fällen kann die Verbindung ein Abschnitt eines Rollenmeißels, einer Gleithülse, eines Ausräumers, einer Pumpe oder eines anderen Bohrlochwerkzeugs mit einer Verbindung sein, die ein komprimierbares Dichtungselement aufweist, das im Betrieb einem Fluid ausgesetzt ist, das Schleifmaterialien beinhaltet.
Einige Ausführungsformen können ferner das Implementieren in einem Bohrlochbetrieb des Bohrlochwerkzeugs beinhalten, das einen Kohlenstoffnanowald in wenigstens einem Abschnitt eines unabgedichteten Elements eines Spalts einer Verbindung umfasst. Beispielsweise können einige Ausführungsformen ferner Bohren eines Abschnitts eines Bohrlochs mit einem Rollenmeißel beinhalten, der einen Kohlenstoffnanowald in wenigstens einem Abschnitt eines unabgedichteten Elements eines Spalts einer Verbindung umfasst. In einem anderen Beispiel können einige Ausführungsformen ferner Bohren eines Abschnitts eines Bohrloch (oder Bohren und Aufweiten eines Abschnitts eines Vorbohrlochs für ein Bohrloch) mit einem Ausräumer beinhalten, der einen Kohlenstoffnanowald in wenigstens einem Abschnitt eines unabgedichteten Elements eines Spalts einer Verbindung umfasst.
Geeignete Klebstoffe zur Verwendung beim Kleben eines Substrats oder Kohlenstoffnanowalds an eine Fügefläche sollten in der Lage sein, die Haftung bei der Temperatur-, dem Druck- und der chemischen Umgebung aufrechtzuerhalten, bei der die Verbindung betrieben wird. Zu Beispielen von Klebstoffen, die zur Verwendung in Bohrlochwerkzeugen geeignet sind, gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Epoxidklebstoffe, Keramikklebstoffe, Silikonklebstoffe, Cyanacrylatklebstoffe und dergleichen und eine beliebige Kombination davon. Ferner kann die Fügefläche in einigen Fällen behandelt werden, um die Haftung zu verbessern. Beispielsweise kann eine Sandstrahlbehandlung eine rauere Fügefläche für bessere Haftung erzeugen.
Zu Substraten, die zur Verwendung beim Aufwachsen eines Kohlenstoffnanowalds geeignet sind, können, ohne darauf beschränkt zu sein, Metalloxide (z. B. Titandioxid, Aluminiumdioxid, Silica, Sapphir und dergleichen), Substrate mit Metalloxidflächen, Glas und dergleichen gehören. Substrate, die an die Fügefläche geklebt werden, können vorzugsweise dünn sein (z. B. etwa 5 Mikrometer bis etwa 250 Mikrometer). Da Kohlenstoffnanowälder gegenüber Komprimierung robust sind, kann die Klebstoffkopplung eines Substrats durch moderaten Druck unterstützt werden, um eine ungleichmäßige Aufbringung abzumildern. Wenn die Kohlenstoffnanowälder klebend an die Fügefläche gekoppelt werden, kann ebenso moderater Druck benutzt werden, um einen angemessenen Kontakt des Kohlenstoffnanowalds mit dem Klebstoff zu unterstützen.
Zu Nanopartikelkatalysatoren, die für Kohlenstoffnanostrukturwachstum geeignet sind, können Metalle, Metalloxide, Metallsulfide und dergleichen gehören, die Eisen, Nickel, Kupfer, Kobalt, Chrom und dergleichen umfassen, und eine beliebige Kombination davon. Ferner können die Nanopartikelkatalysatoren eins der Vorstehenden in Kombination mit einem Metall oder Metalloxid umfassen, das keine hauptsächlich katalytische Rolle in der Kohlenstoffnanostruktursynthese spielt, sondern vielmehr zu einer gewünschten Nanopartikelkatalysatorgröße beiträgt, die den Durchmesser der Kohlenstoffnanostruktur beeinflusst. Zu Beispielen davon können Metalle oder Metalloxide gehören, die Molybdän, Aluminium, Titan, Magnesium und dergleichen umfassen, und eine beliebige Kombination davon).
In einigen Ausführungsformen (in Bezug auf klebende oder direkte Kopplung) kann Bereitstellen der Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren Aufbringen der Nanopartikelkatalysatoren auf die Fügefläche beinhalten. Aufbringen kann Rotationsbeschichtung, Tauchbeschichtung, elektrolytische Abscheidung, Trocknen, chemische Gasphasenabscheidung und dergleichen der Nanopartikelkatalysatoren auf die Fläche beinhalten. Die Nanopartikelkatalysatoren sollten in einer Dichte auf die Fläche aufgebracht werden, die ein vertikales Kohlenstoffnanostrukturwachstum gestattet, wobei (1) benachbarte Kohlenstoffnanostrukturen einander wenigstens teilweise stützen, (2) die Kohlenstoffnanostrukturen einen ausreichenden Durchmesser aufweisen, um vertikales Wachstum zu ermöglichen oder (3) beides, wodurch sich ein Kohlenstoffnanowald anstelle von an der Fläche anliegenden Kohlenstoffnanostrukturen ergibt. Eine zum Erzeugen von Kohlenstoffnanowäldern geeignete Dichte hängt von der Größe der Nanopartikelkatalysatoren und den Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen ab. Beim Herstellen eines Kohlenstoffnanowalds beispielsweise, der Kohlenstoffnanoröhren mit geringem Durchmesser (z. B. EWKN bis MWKN mit bis zu einigen wenigen Wänden) beinhaltet, kann eine geeignete Nanopartikeldichte etwa ein Nanopartikel pro etwa 100 nm² bis etwa 10 nm² sein, während bei MWKN mit größerem Durchmesser eine geeignete Dichte ein Nanopartikel pro 1.000 nm² bis etwa 100 nm² sein kann.
In einigen Fällen können die Nanopartikelkatalysatoren, die für das Kohlenstoffnanostrukturwachstum geeignet sind, auf der Fläche gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann Bereitstellen der Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren Aufbringen einer Vielzahl von molekularen Vorläufern für die Nanopartikelkatalysatoren auf die Fügefläche; und das Umwandeln der molekulare Vorläufer in die Nanopartikelkatalysatoren beinhalten. Umwandeln kann Aussetzen der molekularen Vorläufer gegenüber Bedingungen beinhalten, die Zersetzung (und möglicherweise Aggregierung) zu Nanopartikeln bewirken. Zu Beispielen solcher molekularen Vorläufer können, ohne darauf beschränkt zu sein, Keplerat-Käfige (die z. B. Eisen und Molybdän umfassen), Metallkomplexe (z. B. Oxo-Hexacarboxylat-Eisen-Trimerkomplex), gebundene Metalle, Polymere mit daran chelatisierten Metallen (z. B. Eisenchelatdendrimere) und dergleichen und eine beliebige Kombination davon gehören.
Ein Durchschnittsfachmann erkennt die Bedingungen, die bewirken, dass sich diese molekularen Vorläufer in geeignete Nanopartikel für das Kohlenstoffnanostrukturwachstum zersetzen (z. B. Reduktion mittels Wasserstoffaussetzung bei einer erhöhten Temperatur, Oxidation mittels Wasser-, Alkohol oder Sauerstoffaussetzung bei einer erhöhten Temperatur und dergleichen, und eine Kombination davon (in der Regel in separaten. Schritten/Aussetzungsvorgängen)). In der Regel können diese Zersetzungsverfahren abhängig von der Konzentration des Reduktionsmittels oder Oxidationsmittels und der Zusammensetzung der sich zersetzenden Moleküle bei Temperaturen von etwa 150°C bis etwa 300°C durchgeführt werden. In einigen Fällen kann Umwandeln der molekularen Vorläufer und Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen (die vorliegend ausführlicher beschrieben werden) in einem Erwärmungszyklus stattfinden.
Ähnlich wie die vorstehende Beschreibung sollten die molekularen Vorläufer in einer ausreichenden Konzentration auf der Fläche vorliegen, um eine Dichte der Nanopartikelkatalysatoren zu ergeben, die vertikales Wachstum begünstigt.
In beiden Fällen kann die Aufbringung der Nanopartikelkatalysatoren oder molekularen Vorläufer davon auf nur einem Abschnitt der Fläche eines Substrat oder ersten/zweiten Elements erfolgen, was durch Maskieren des Abschnitts der Fläche erreicht werden kann, der frei von dem Kohlenstoffnanowald sein soll. Nach dem Aufbringen der Nanopartikelkatalysatoren oder molekularen Vorläufer kann die Maske entfernt werden, und der Kohlenstoffnanowald kann aufgewachsen werden.
Das Aufwachsen von Kohlenstoffnanowäldern kann Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum beinhalten, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe (z. B. einer Höhe, die dem Abstand zwischen Fügeflächen entspricht) zu erzielen. Der Zeitraum der Aussetzung gegenüber den Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen kann abhängig von den Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen und der gewünschten Höhe des Kohlenstoffnanowalds zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten oder sogar Stunden liegen. Die gewünschte Höhe des Kohlenstoffnanowalds kann in einigen Fällen dem Abstand zwischen der Fügefläche entsprechen. In anderen Fällen kann die gewünschte Höhe größer oder kleiner als der Abstand zwischen der Fügefläche sein. Wenn beispielsweise der Kohlenstoffnanowald einer Komprimierung ausgesetzt wird, ist der gewünschte Abstand größer als der Abstand zwischen den Fügeflächen. Wenn sich in einem anderen Beispiel entsprechende Kohlenstoffnanowälder an gegenüberliegenden Fügeflächen berühren (wie z. B. in 6) dargestellt, wäre der gewünschte Abstand kleiner als der Abstand zwischen den Fügeflächen.
Geeignete Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen beinhalten allgemein erhöhte Temperaturen (z. B. etwa 400°C bis etwa 1200°C) und eine gasförmige Kohlenstoffquelle (z. B. Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen, Kohlenstoffmonoxid, Methanol, Ethanol und dergleichen). Ferner können Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen weiterhin einen Wachstumsförderer (z. B. Thiole, Wasser, Sauerstoff und dergleichen) beinhalten. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Kohlenstoffnanostruktursynthese wird angemessene Konzentrationen von Wachstumsförderern und Kombination von Wachstumsförderern mit den Nanopartikelkatalysatoren und der gasförmigen Kohlenstoffquelle erkennen, die das Wachstum mit dem Wachstumsförderer nicht ersticken.
Ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung wird erkennen, dass die Qualität der Kohlenstoffnanostrukturen (die z. B. durch die Menge an Mängeln in den Seitenwänden bestimmt wird), unter anderem von der Temperatur, der Zusammensetzung der Kohlenstoffquelle, der Konzentration der Kohlenstoffquelle, der Zusammensetzung der Nanopartikelkatalysatoren, der Größe der Nanopartikelkatalysatoren, der Zusammensetzung der Fläche und dergleichen abhängig ist. So kann beispielsweise eine Synthese von Kohlenstoffnanostrukturen geringerer Qualität bei niedrigeren Temperaturen erreicht werden, während Kohlenstoffnanostrukturen höherer Qualität in der Regel bei höheren Temperaturen synthetisiert werden.
Ein Durchschnittsfachmann erkennt die gewünschte Qualität der Kohlenstoffnanostrukturen in hier beschriebenen Verbindungsanwendungen, die unter anderem von der Anordnung der Kohlenstoffnanostrukturen, der Betriebsdauer der Verbindung, der Umgebungstemperatur, bei der die Verbindung betrieben wird, anderen Komponenten in dem Fluid, in dem die Verbindung betrieben wird, und den Zusammensetzungen und der Größe der Schleifpartikel abhängig ist. Wenn beispielsweise Schleifpartikel mit kleinem Durchmesser (z. B. etwa 150 nm oder weniger) problematisch sind, können Kohlenstoffnanostrukturen höherer Qualität angemessener sein, da sie gegenüber Schleifabnutzung beständiger sind und eine größere Filterwirksamkeit aufweisen. Dagegen können in anderen Anwendungen, in denen Mikropartikel und größere Nanopartikel (z. B. etwa 150 nm oder größer) problematisch sind, Kohlenstoffnanostrukturen geringerer Qualität angemessen sein. Kohlenstoffnanostrukturen höherer Qualität können darüber hinaus bevorzugt werden, wenn die Verbindung Fluiden ausgesetzt ist, die die Kohlenstoffnanostrukturen chemisch abbauen können (z. B. saure Umgebungen), da die makelloseren Seitenwände der Kohlenstoffnanostrukturen höherer Qualität chemisch beständiger sind.
Außerdem kann die Fläche, auf der der Kohlenstoffnanowald aufgewachsen wird, die Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen beeinflussen, und damit auch die Qualität der Kohlenstoffnanostrukturen. Beim direkten Aufwachsen auf eine Fügefläche beispielsweise wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass die Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen derart ausgewählt werden sollten, dass sie sich nicht negativ auf das Element auswirken, das der Fügefläche entspricht. Eine Umgebung mit hohen Temperaturen und hohem Kohlenstoffanteil beispielsweise kann bewirken, dass einige Materialien (oder ihre chemischen Komponenten) Kohlenstoff absorbieren, unter Bildung eines Carbids reagieren oder dergleichen, wodurch sich ein spröderes Material ergibt, das nicht mehr zur Verwendung in Verbindungen geeignet ist.
Hier offenbarte Ausführungsformen beinhalten:

A. Ein Bohrlochwerkzeug, das Folgendes beinhaltet: eine Verbindung, umfassend zwei Elemente mit gegenüberliegenden Fügeflächen, die einen Spalt definieren; ein komprimierbares Dichtungselement, das zwischen den gegenüberliegenden Fügeflächen angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Abschnitt des Spalts zu verschließen und dadurch ein abgedichtetes Segment und ein unabgedichtetes Segment des Spalts zu definieren; und wenigstens einen Kohlenstoffnanowald, der in wenigstens einem Abschnitt des unabgedichteten Segments angeordnet und an wenigstens eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist; und
B. ein Bohrlochwerkzeug, das Folgendes beinhaltet: eine Verbindung, umfassend zwei Elemente mit gegenüberliegenden Fügeflächen, die einen Spalt definieren; ein komprimierbares Dichtungselement, das zwischen den zwei Elementen angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Abschnitt des Spalts zu verschließen und dadurch ein abgedichtetes Segment und ein unabgedichtetes Segment des Spalts zu definieren; und einen Kohlenstoffnanowald in wenigstens einem Abschnitt des unabgedichteten Segments, der an wenigstens eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist, wobei sich der Kohlenstoffnanowald in eine Nut erstreckt, die dazu konfiguriert ist, das komprimierbare Dichtungselement aufzunehmen, und wobei der Kohlenstoffnanoröhrenwald eine Vielzahl von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren umfasst.

Jede der Ausführungsformen A und B kann, soweit nicht bereits vorgesehen, eines oder mehrere der folgenden Elemente in beliebiger Kombination aufweisen: Element 1: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald ist klebend an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt; Element 2: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald ist direkt an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt; Element 3: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald umfassend einen ersten Kohlenstoffnanowald, der klebend an eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist, und einen zweiten Kohlenstoffnanowald, der direkt an eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist; Element 4: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald umfasst einen ersten Kohlenstoffnanowald, der an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt ist, und einen zweiten Kohlenstoffnanowald, der an die Fügefläche des zweiten Elements gekoppelt ist; Element 5: der erste und zweite Kohlenstoffnanowald aus Element 4 sind in Reihe in dem unabgedichteten Segment angeordnet; Element 6: der erste und zweite Kohlenstoffnanowald aus Element 4 stehen wenigstens teilweise in physischem Kontakt miteinander; Element 7: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald erstreckt sich in eine Nut, die dazu konfiguriert ist, das komprimierbare Dichtungselement aufzunehmen; Element 8: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald erstreckt sich über den Spalt hinaus entlang einer erweiterten Fläche, die der ersten oder zweiten Fügefläche entspricht, an die der Kohlenstoffnanowald gekoppelt ist; Element 9: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald umfasst eine Vielzahl von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren; Element 10: der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald ist einer Komprimierung ausgesetzt; und Element 11: das Bohrlochwerkzeug ist ein Rollenmeißel, eine Gleithülse, ein Ausräumer oder eine Pumpe.
Als nicht einschränkendes Beispiel beinhalten beispielhafte Kombinationen für A und B: Element 1, 2, oder 3 in Kombination mit Element 4; das Vorstehende in Kombination mit Element 5 oder Element 6; wenigstens eins der Elemente 7–11 in Kombination mit einem beliebigen der Vorstehenden; und so fort.
Hier offenbarte Ausführungsformen beinhalten außerdem:

C. ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren auf einer Fügefläche eines Elements einer Verbindung; und Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe zu erzielen;
D. ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren auf einem Substrat; Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe zu erzielen; und Kleben des Substrats an einen Abschnitt einer Fügefläche eines Elements einer Verbindung; und
E. ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren auf einem Substrat; Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe zu erzielen; Kleben des Kohlenstoffnanowalds an einen Abschnitt einer Fügefläche eines Elements einer Verbindung; und Trennen des Kohlenstoffnanowalds von dem Substrat.

Jede der Ausführungsformen C, D und E kann, soweit nicht bereits vorgesehen, eines oder mehrere der folgenden Elemente in beliebiger Kombination aufweisen: Element 12: das Element ist ein Abschnitt eines Bohrlochwerkzeugs, und das Verfahren beinhaltet ferner das Montieren des Bohrlochwerkzeugs; Element 13: wobei das Bereitstellen der Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren Aufbringen der Nanopartikelkatalysatoren auf die Fügefläche oder das Substrat beinhaltet; und Element 14: wobei das Bereitstellen der Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren Aufbringen einer Vielzahl von molekularen Vorläufern für die Nanopartikelkatalysatoren auf die Fügefläche oder das Substrat beinhaltet; und Umwandeln der molekularen Vorläufer in die Nanopartikelkatalysatoren.
Als nicht einschränkendes Beispiel beinhalten beispielhafte Kombinationen für C, D und E: Element 12 in Kombination mit einem der Elemente 13 oder 14; wenigstens eins der Elemente 7, 8 oder 9 in Kombination mit beliebigen der Vorstehenden; Element 11 in Kombination mit beliebigen der Vorstehenden; und so fort.
Soweit nicht anders angegeben, verstehen sich alle Zahlen, die Mengen oder Bestandteile, Eigenschaften wie Molekulargewicht, Reaktionsbedingungen und so fort ausdrücken und in der vorliegenden Beschreibung und den zugehörigen Ansprüchen verwendet werden, in allen Fällen als mit dem Begriff „etwa” modifiziert. Soweit nicht anders angegeben, sind daher die numerischen Parameter, die in der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen angegeben sind, Annäherungen, die abhängig von den gewünschten Eigenschaften variieren können, nach welchen die vorliegende Erfindung strebt. Zumindest, und nicht im Versuch, die Anwendung der Äquivalenzdoktrin auf den Umfang des Anspruchs einzuschränken, ist jeder numerische Parameter wenigstens unter Berücksichtigung der Anzahl angegebener signifikanter Stellen und unter Anwendung gewöhnlicher Rundungsverfahren auszulegen.
Eine oder mehrere veranschaulichende Ausführungsformen, die die hier offenbarte Erfindung einbeziehen, sind im Folgenden aufgeführt. In dieser Anmeldung werden aus Gründen der Klarheit nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben oder gezeigt. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung einer tatsächlichen Ausführungsform, die die vorliegende Erfindung einbezieht, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Einhaltung systembezogener, wirtschaftlicher, vorschriftenbezogener und anderer Einschränkungen, die je nach Implementierung und Zeitpunkt variieren. Obgleich die Bemühungen eines Entwicklers komplex und zeitaufwändig sein können, sind diese Bemühungen trotzdem ein routinemäßiges Unterfangen für Durchschnittsfachleute mit dem Vorteil dieser Offenbarung.
Daher eignet sich die vorliegende Erfindung gut, um die genannten sowie darin inhärenten Ziele und Vorteile zu erreichen. Die jeweiligen offenbarten Ausführungsformen sind nur veranschaulichend, und die vorliegende Erfindung kann in unterschiedlicher, aber äquivalenter Weise abgewandelt und ausgeübt werden, wie es für Fachleute mit dem Vorteil der vorliegenden Lehren auf der Hand liegen wird. Darüber hinaus sind hinsichtlich der Einzelheiten der hier gezeigten Konstruktion oder Auslegung keine anderen Einschränkungen als die in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen vorgesehen. Es ist somit deutlich, dass die oben offenbarten jeweiligen veranschaulichenden Ausführungsformen geändert, kombiniert oder abgewandelt werden können und dass alle derartigen Variationen als in den Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet werden. Die hier veranschaulichend offenbarte Erfindung kann in geeigneter Weise unter Weglassung beliebiger Elemente, die hier nicht spezifisch offenbart wurden, und/oder beliebiger hier offenbarter fakultativer Elemente ausgeübt werden. Obwohl Zusammenstellungen und Verfahren als verschiedene Komponenten oder Schritte „umfassend”, „enthaltend” oder „beinhaltend” beschrieben wurden, können die Zusammenstellungen und Verfahren auch aus den verschiedenen Komponenten und Schritten „im Wesentlichen bestehen” oder „bestehen”. Alle oben offenbarten Zahlen und Bereiche können um eine gewisse Menge variieren. Immer wenn ein numerischer Bereich mit einem unteren Grenzwert und einem oberen Grenzwert offenbart ist, ist auch jede Zahl und jeder darin enthaltene Bereich, die bzw. der in diesen Bereich fällt, ausdrücklich offenbart. Insbesondere gilt jeder hier offenbarte Wertebereich (der Form „von etwa a bis etwa b” oder äquivalent „von ungefähr a bis b” oder äquivalent „von ungefähr a–b”) als jede Zahl und jeden Bereich aufführend, die bzw. der in den breiter gefassten Wertebereich fällt. Außerdem tragen die Begriffe in den Ansprüchen ihre einfache, gewöhnliche Bedeutung, sowie nicht durch den Patentinhaber ausdrücklich und deutlich anders definiert. Die unbestimmten Artikel „ein”, „eine”, „einer”, „eines”, „einem” in den Ansprüchen sind dabei derart definiert, dass sie ein oder mehr als eines der Elemente bezeichnen, denen sie vorangestellt sind. Falls ein Widerspruch in der Verwendung eines Worts oder Begriffs in dieser Beschreibung und einem oder mehreren Patent- oder anderen Dokumenten auftritt, die durch Querverweis einbezogen wurden, sind die Definitionen in Übereinstimmung mit dieser Beschreibung anzuwenden.

Claims

Bohrlochwerkzeug, umfassend: eine Verbindung, umfassend zwei Elemente mit gegenüberliegenden Fügeflächen, die einen Spalt definieren; ein komprimierbares Dichtungselement, das zwischen den gegenüberliegenden Fügeflächen angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Abschnitt des Spalts zu verschließen und dadurch ein abgedichtetes Segment und ein unabgedichtetes Segment des Spalts zu definieren; und wenigstens einen Kohlenstoffnanowald, der in wenigstens einem Abschnitt des unabgedichteten Segments angeordnet und an wenigstens eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald klebend an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald direkt an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald einen ersten Kohlenstoffnanowald, der an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt ist, und einen zweiten Kohlenstoffnanowald, der an die Fügefläche des zweiten Elements gekoppelt ist, umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 4, wobei der erste und zweite Kohlenstoffnanowald in Reihe in dem unabgedichteten Segment angeordnet sind.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 4, wobei der erste und zweite Kohlenstoffnanowald wenigstens teilweise in physischem Kontakt miteinander stehen.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei sich der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald in eine Nut erstreckt, die dazu konfiguriert ist, das komprimierbare Dichtungselement aufzunehmen.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei sich der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald über den Spalt hinaus entlang einer erweiterten Fläche erstreckt, die der ersten oder zweiten Fügefläche entspricht, an die der Kohlenstoffnanowald gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald eine Vielzahl von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kohlenstoffnanowald einer Komprimierung ausgesetzt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Bohrlochwerkzeug ein Rollenmeißel, eine Gleithülse, ein Ausräumer oder eine Pumpe ist.
Bohrlochwerkzeug, umfassend: eine Verbindung, umfassend zwei Elemente mit gegenüberliegenden Fügeflächen, die einen Spalt definieren; ein komprimierbares Dichtungselement, das zwischen den zwei Elementen angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Abschnitt des Spalts zu verschließen und dadurch ein abgedichtetes Segment und ein unabgedichtetes Segment des Spalts zu definieren; und einen Kohlenstoffnanowald in wenigstens einem Abschnitt des unabgedichteten Segments, der an wenigstens eine der gegenüberliegenden Fügeflächen gekoppelt ist, wobei sich der Kohlenstoffnanowald in eine Nut erstreckt, die dazu konfiguriert ist, das komprimierbare Dichtungselement aufzunehmen, und wobei der Kohlenstoffnanoröhrenwald eine Vielzahl von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 12, wobei der Kohlenstoffnanowald klebend an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 12, wobei der Kohlenstoffnanowald direkt an die Fügefläche des ersten Elements gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 12, wobei der Kohlenstoffnanowald ferner eine Vielzahl von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 12, wobei der Kohlenstoffnanowald einer Komprimierung ausgesetzt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 12, wobei das Bohrlochwerkzeug ein Rollenmeißel, eine Gleithülse, ein Ausräumer oder eine Pumpe ist.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren auf einer Fügefläche eines Elements einer Verbindung; und Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe zu erzielen;
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Element ein Abschnitt eines Bohrlochwerkzeugs ist und das Verfahren ferner Montieren des Bohrlochwerkzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bereitstellen der Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren Aufbringen von Nanopartikelkatalysatoren auf die Fügefläche beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bereitstellen der Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren Aufbringen einer Vielzahl von molekularen Vorläufern für die Nanopartikelkatalysatoren auf die Fügefläche; und das Umwandeln der molekularen Vorläufer in die Nanopartikelkatalysatoren beinhaltet.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren auf einem Substrat; Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe zu erzielen; und Kleben des Substrats an einen Abschnitt einer Fügefläche eines Elements einer Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Element ein Abschnitt eines Bohrlochwerkzeugs ist und das Verfahren ferner Montieren des Bohrlochwerkzeugs umfasst.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer Vielzahl von dicht gepackten Nanopartikelkatalysatoren auf einem Substrat; Aussetzen der Nanopartikelkatalysatoren gegenüber Kohlenstoffnanostrukturwachstumsbedingungen für einen Zeitraum, um einen Kohlenstoffnanowald mit einer gewünschten Höhe zu erzielen; Kleben des Kohlenstoffnanowalds an einen Abschnitt einer Fügefläche eines Elements einer Verbindung; und Trennen des Kohlenstoffnanowalds von dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Element ein Abschnitt eines Bohrlochwerkzeugs ist und das Verfahren ferner Montieren des Bohrlochwerkzeugs umfasst.