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。镁合金包含：(a)11wt％‑15wt％Y，(b)总计0.5wt％‑5wt％的除了Y之外的稀土金属，(c)0wt％‑1wt％Zr，(d)0.1wt％‑5wt％Ni，以及(e)至少70wt％Mg。本发明专利技术还涉及包含镁合金的井下工具、用于产生镁合金的方法以及包括使用包含镁合金的井下工具的水力压裂的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可腐蚀的井下制品本专利技术涉及适合于用作可腐蚀的井下制品(corrodibledownholearticle)的镁合金、用于制备这样的合金的方法、包含该合金的制品以及该制品的用途。背景石油和天然气工业利用被称为水力压裂或“压裂(fracking)”的技术。这通常包括用在含石油和/或天然气的岩石中的钻孔的系统中的水加压，以便压裂岩石以释放石油和/或天然气。为了实现此加压，可以使用阀来封闭或分开钻孔系统的不同部分。这些阀被称为井下阀(downholevalve)，在本专利技术的上下文中使用的词语井下指的是在井或钻孔中使用的制品。井下塞(downholeplug)是一种类型的阀。常规的塞由许多被锥形部件迫使分开的区段。锥体迫使区段离开，直到区段与管道钻孔接合。然后，塞被小球密封。形成这样的阀的另一种方式包括使用具有在管道内衬(pipelining)中的预先定位的底座(seat)上接合的多个直径的球体(通常被称为压裂球(frackingball))。井下塞和压裂球可以由铝、镁、聚合物或复合材料制成。两种类型的阀的问题与制作阀使用的材料的强度有关。材料的基本特性是其在井或钻孔中的条件下溶解或腐蚀。这样的可腐蚀的制品需要以一定速率腐蚀，所述速率允许该制品保持可用持续一段时间但允许该制品在之后腐蚀或溶解，在所述一段时间期间该制品需要实现其功能。本申请人的较早专利申请GB2529062A涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金。此文献公开了包含3.3wt％-4.3wt％Y、多达1wt％Zr、2.0wt％-2.5wt％Nd以及0.2wt％-7wt％Ni的合金，所述合金具有在93℃(200F)在15％KCl中约1100mg/cm2/天的腐蚀速率(corrosionrate)。该合金具有合理的屈服强度(约200MPa)和约15％的伸长率(即延展率)。然而，这些合金的使用范围受其强度限制。一种已知的用于增强包含Y(以及任选地除了Y之外的稀土金属)的镁合金的方法是使用沉淀硬化(precipitationhardening)或老化来增加合金的屈服强度。例如，可以使用T5老化过程。然而，此方法对于GB2529062A中描述的超腐蚀合金(supercorrodingalloy)无效。这被认为是由于在老化硬化响应(agehardeningresponse)和增强腐蚀性质所需的合金添加之间的干扰。已经寻找提供井下阀所需的腐蚀特性、但具有改进的强度的材料。专利技术陈述本专利技术涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金，其中该合金包含：(a)11wt％-15wt％Y，(b)总计0.5wt％-5wt％的除了Y之外的稀土金属，(c)0wt％-1wt％Zr，(d)0.1wt％-5wt％Ni，以及(e)至少70wt％Mg。本专利技术人已经令人惊讶地发现，通过将合金的Y含量增加至上文指定的范围，可以实现增加的老化硬化响应，以及从而实现增加的0.2％验证应力(0.2％proofstress)。关于本专利技术，术语“合金”被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、将它们混合并再固化而制成的组合物。关于本专利技术，术语“稀土金属”被用于指的是十五种镧系元素以及Sc和Y。由本专利技术的镁合金制成的塞可以找到较宽的使用范围。关于压裂球，此产品的限制中的一种涉及材料的强度。这是因为在压裂过程期间，液压(hydraulicpressure)趋向于迫使球穿过滑动套筒底座(slidingsleeveseat)。为了正确运行，此运动需要受压裂球的机械完整性抵抗。通过本专利技术的镁合金提供的增加的强度(即验证应力)意指可以施加较高的压力，或设计较薄的底座。特别地，镁合金可以包含11wt％-14wt％的量、更特别地11wt％-13wt％的量的Y。特别地，镁合金可以包含总计1wt％-3wt％的量、更特别地1.5wt％-2.5wt％的量、甚至更特别地1.6wt％-2.3wt％的量的除了Y之外的稀土金属。更特别地，除了Y之外的稀土金属可以包括Nd，甚至更特别地，除了Y之外的稀土金属可以由Nd组成。更特别地，镁合金可以包含多达1.0wt％的量的Zr。特别地，镁合金可以包含0wt％-0.5wt％的量、更特别地0wt％-0.2wt％的量的Zr。在某些实施方案中，镁合金可以包含约0.05wt％的量的Zr。在某些实施方案中，镁合金可以大体上不含Zr。特别地，镁合金可以包含0.5wt％-4wt％的量、更特别地1.0wt％-3.0wt％的量、甚至更特别地1.2wt％-2.5wt％的量的Ni。更特别地，镁合金可以包含小于1wt％、甚至更特别地小于0.5wt％、更特别地小于0.1wt％的量的Gd。在某些实施方案中，镁合金可以大体上不含Gd。特别地，镁合金可以包含小于1wt％、甚至更特别地小于0.5wt％、更特别地小于0.1wt％的量的Ce(例如以稀土金属混合物的形式)。在某些实施方案中，镁合金可以大体上不含Ce。更特别地，合金的其余部分可以是镁和附带的杂质。特别地，镁合金中的Mg的含量可以是至少75wt％、更特别地至少80wt％。特别地优选的组合物是包含以下的镁合金：11wt％-13wt％Y、1.0wt％-3.0wt％的一种或更多种除了Y之外的稀土金属、0wt％-0.2wt％Zr、1.0wt％-3.0wt％Ni以及至少80wt％Mg。特别地，镁合金可以具有在38℃(100F)在3％KCl中至少50mg/cm2/天、更特别地至少75mg/cm2/天、甚至更特别地至少100mg/cm2/天的腐蚀速率。特别地，镁合金可以具有在93℃(200F)在15％KCl中至少50mg/cm2/天、更特别地至少250mg/cm2/天、甚至更特别地至少500mg/cm2/天的腐蚀速率。更特别地，在38℃在3％KCl中或在93℃(200F)在15％KCl中的腐蚀速率可以小于15,000mg/cm2/天。特别地，当使用标准拉伸测试方法ASTMB557M-10测试时，镁合金可以具有至少275MPa、更特别地至少280MPa、甚至更特别地至少285MPa的0.2％验证应力。更特别地，0.2％验证应力可以小于700MPa。材料的0.2％验证应力是材料应变从弹性变形变成塑性变形、造成材料永久变形0.2％应变的应力。特别地，在经历老化过程之后，当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时，镁合金的0.2％验证应力可以是至少280MPa、更特别地至少300MPa、甚至更特别地至少320MPa。更特别地，0.2％验证应力可以小于800MPa。更特别地，在经历老化过程之后，当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时，镁合金0.2％验证应力可以比在老化过程之前高至少10MPa、甚至更特别地高至少25MPa、更特别地高至少30MPa。特别地，在经历老化过程之后，当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时，镁合金0.2％验证应力可以比在老化过程之前高至少5％、甚至更特别地高至少7.5％、更特别地高至少10％。更特别地，术语“老化过程”被用于指的是其中将镁合金加热至高于室温的温度，保持在该温度持续一段时间，以及然后允许镁合金返回至室温(即约25℃)的过程。特别地，上文提到的老化过程可以是T5老化过程。这样的过程是本领域已本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金包含：(a)11wt％‑15wt％Y，(b)总计0.5wt％‑5wt％的除了Y之外的稀土金属，(c)0wt％‑1wt％Zr，(d)0.1wt％‑5wt％Ni，以及(e)至少70wt％Mg。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.16 GB 1700714.71.一种镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金包含：(a)11wt％-15wt％Y，(b)总计0.5wt％-5wt％的除了Y之外的稀土金属，(c)0wt％-1wt％Zr，(d)0.1wt％-5wt％Ni，以及(e)至少70wt％Mg。2.如权利要求1所述的镁合金，包含11wt％-14wt％Y。3.如权利要求1或权利要求2所述的镁合金，包含总计1.5wt％-2.5wt％的除了Y之外的稀土金属。4.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，其中除了Y之外的所述稀土金属包括Nd。5.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含0wt％-0.2wt％Zr。6.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含1.0wt％-3.0wt％Ni。7.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含至少75wt％Mg。8.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，具有在93℃在15％KCl中至少50mg/cm2/天的腐蚀速率。9.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，当使用标准拉伸测试方法ASTMB557-10测试时，所述镁合金具有至少275MPa的0.2％验证应力。10.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，在经历老化过程之后，当使用标准拉伸测试方法AS...

【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，马修·墨菲，
申请(专利权)人：镁电子有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB