可腐蚀的井下制品制造技术

本发明专利技术涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金，其中合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTM B557‑10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度。本发明专利技术还涉及用于生产该合金的方法、包括该合金的井下工具以及使用该井下工具的水力压裂方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金、用于制造这种合金的方法、包含该合金的制品和该制品的用途。背景石油和天然气工业利用被称为水力压裂或“压裂”的技术。这通常涉及用在含石油和/或含天然气的岩石中的钻孔系统的水增压，以便压裂岩石以释放石油和/或天然气。为了实现这种增压，可以使用阀来分离钻孔系统的不同部分。这些阀被称为井下阀，在本专利技术的上下文中使用的词语井下是指用于井或钻孔中的制品。形成这种阀的一种方式包括使用被称为压裂球的材料的球体来密封钻孔的部分。压裂球可以由铝、镁、聚合物或复合材料制成。使用压裂球的问题涉及在压裂操作已经完成后它们如何被移除以便允许流体流过井或钻孔。这样做的一种方式是钻穿压裂球。然而，这种类型的钻穿工艺可能妨碍生产，并且是昂贵的、困难的并且因此是不合意的。对这个问题的一种提出的解决方案是由在井或钻孔中的条件下将溶解或腐蚀的材料形成压裂球。需要考虑的与这种可腐蚀的制品相关的问题是确保它们以这样的速度腐蚀，该速率允许它们在它们被要求执行其功能的时间段内保持是可用的，但允许它们之后腐蚀或溶解。已经使用可降解聚合物以提供用于这种方法中的可腐蚀的制品。然而，这些聚合物通常不具有特别高的机械强度。可选择的可腐蚀的制品在以Xu等人的名义的美国专利第8,425,651号中描述。该文献描述了粉末金属复合材料，其包含优选地由Al或Ni或其组合制成的纳米基体，多个第一颗粒、多个第二颗粒和固态粘结层被分散在所述纳米基体中。第一颗粒包括Mg、Al、Zn或Mn或它们的组合，并且第二颗粒包括碳纳米颗粒。复合材料可以通过形成所需组分的粉末混合物并且然后对粉末施加温度和压力以烧结复合材料并且使复合材料变形(但不熔化)以形成粉末复合材料来生产。这种粉末冶金方法的问题在于它们是复杂且昂贵的。另一种可腐蚀的制品在以Mazyar等人的名义的美国专利申请公布第2012/0318513号中描述。在该文献中，可腐蚀的制品被描述为具有可腐蚀的芯和覆盖芯的金属层。芯材料被描述为镁合金。然而，似乎镁和以不是合金的形式的一种或多种其他材料的组合也被意图通过使用Mazyar等人中的术语“合金”来覆盖。例如，该文献涉及镁与钨的合金，而形成镁-钨合金实际上在技术上不可行。类似地，Mazyer等人还提到用金属氧化物涂覆的镁粉末可用于形成芯，其也不是镁“合金”。因此，Mazyar等人似乎利用术语“镁合金”来意指镁和另一金属被组合的任何方式。金属层被描述为包括铝或镍。可溶解的钻孔隔离装置在以HalliburtonEnergyServices,Inc.的名义的美国专利申请公布第2014/0124216号中描述。尽管对如何制造装置有最少的描述，但是似乎再次形成粉末复合材料而不是“合金”。此外，该文献仅提及镁作为大量组分之一，其中镁不是优选组分之一。该装置还需要存在溶解于钻孔中的流体中的“电解化合物”。类似地，也以HalliburtonEnergyServices,Inc.的名义的相关美国专利申请公布第2014/0190705号仅提及镁作为大量组分之一，其中镁不是优选组分之一。该文献还需要存在溶解于钻孔中的流体中的“电解化合物”。尽管在Mazyar等人中描述了铸造、锻造和机械加工，但是这些仅以非常通用的术语被提及(例如，未陈述方法步骤和加热温度)，并且未描述所得材料的结构。此外，形成可腐蚀的制品的优选方法是通过将粉末压制成期望的形状，例如通过使用等静压机的冷压缩。如上所述，此类粉末冶金方法是复杂且昂贵的。此外，所得粉末复合材料可以具有差的机械性质。因此，在石油和天然气工业中存在对提供可腐蚀的制品的需求，该可腐蚀的制品提供期望的的腐蚀特性，同时还具有改进的机械性质，并且以比目前可以实现的更低的成本。对于可腐蚀的制品还有利的是具有相对低的密度(例如，一般与金属相比)。本专利技术寻求改善这些问题。专利技术陈述本专利技术涉及镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度(proofstrength)。关于本专利技术，术语“合金”用于意指通过将两种或更多种金属元素混合并熔融、通过将它们熔化在一起、使它们混合并且重新凝固而制成的组合物。关于本专利技术，术语“稀土金属”用于指十五个镧系元素，以及Sc和Y。镁合金优选地包含Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。在一些实施方案中，Ni是优选的。这些金属元素促进合金的腐蚀。在所有实施方案中，合金优选地包含以在按重量计0.01％和15％(wt％)之间的并且在一些实施方案中更优选地在按重量计0.1％和10％之间、甚至更优选地在按重量计0.2％和按重量计8％之间的量的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种、更优选地Ni。镁合金中的金属的特别优选的组合包括Mg-Al-Zn-Mn、Mg-Al-Mn、Mg-Zn-Zr、Mg-Y-RE-Zr、Mg-Zn-Cu-Mn、Mg-Nd-Gd-Zr、Mg-Ag-RE-Zr、Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Gd-Y-Zr、Mg-Al-Ca-Mn和Mg-Al-Sn-Zn-Mn。这些另外的元素可以通过形成镁与那些元素的合金、并且然后向熔化的合金中添加腐蚀促进金属元素(即Ni、Co、Ir、Au、Pd和/或Cu)被包含。在第一优选实施方案中，镁合金包含(a)0.01-10wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，(b)1-10wt％的Y，(c)1-15wt％的除Y之外的至少一种稀土金属，和(d)0-1wt％的Zr。在第一实施方案中，镁合金包含以1-15wt％的量、更优选地以1-10wt％的量、甚至更优选地以1.5-5.0wt％的量的除Y之外的一种或多种稀土金属。除Y之外的优选稀土金属是Nd。合金中的Nd的特别优选的量为1.7-2.5wt％、更优选地2.0-2.3wt％。在第一实施方案中，镁合金包含以1-10wt％的量、优选地以2.0-6.0wt％的量、更优选地以3.0-5.0wt％的量、甚至更优选地以3.3-4.3wt％或3.7-4.3wt％的量的Y。在第一实施方案中，镁合金包含以多至1wt％的量的Zr。在一些实施方案中，镁合金包含以0.05-1.0wt％的量、更优选地以0.2-1.0wt％的量、甚至更优选地以0.3-0.6wt％量的Zr。在一些实施方案中，镁合金包含以多至0.6wt％的量、优选地多至0.3wt％、更优选地多至0.15wt％的量的Zr。在一些实施方案中，镁合金基本上不含Zr(例如，镁合金包含小于0.05wt％的Zr)。对于所有实施方案，优选地，合金的其余部分是镁和附带的杂质。优选的是，镁合金中的Mg的含量优选地为至少80wt％、更优选地为至少85wt％、甚至更优选地为至少87wt％。第一实施方案的特别优选的组合物是镁合金，其包含3.3-4.3wt％的Y、0.2-1.0wt％的Zr、2.0-2.5wt％的Nd以及任选地0.3-1.0wt％的其它稀土元素，其中Ni作为腐蚀促进金属元素。第一实施方案的替代优选组合物是镁合金，其包含3.3-4.3wt％的Y、多至0.2wt％的Zr、1.7-2.5w本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTM B557‑10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.28 GB 1413327.61.一种镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度。2.如权利要求1所述的镁合金，具有在93℃下在15％KCl中的至少100mg/cm2/天的腐蚀速率。3.如权利要求1或权利要求2所述的镁合金，当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时，具有至少150MPa的0.2％保证强度。4.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。5.如权利要求4所述的镁合金，包含以0.01-15wt％的量的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。6.如权利要求4或权利要求5所述的镁合金，其中当已添加Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种时，所述镁合金的所述0.2％保证强度为基础合金的0.2％保证强度的至少80％。7.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含：(a)0.01-10wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，(b)1-10wt％的Y，(c)1-15wt％的除Y之外的至少一种稀土金属，和(d)0-1wt％的Zr。8.如权利要求7所述的镁合金，包含0.1-8wt％的Ni。9.如权利要求7或权利要求8所述的镁合金，包含3.3-4.3wt％的Y、多至1wt％的Zr和1.5-2.5wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·威尔克斯，马克·图尔斯基，
申请(专利权)人：镁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB