一种可控溶解镁合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术一种可控溶解镁合金材料，属于镁合金可溶材料技术领域，本发明专利技术提供的一种可控溶解镁合金材料，所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：铝：8.5%~15%、锌：0.4%~3%、锰：0~1%、碳：0~0.3%、镁：80.7%~91.1%。使用缓释可控的可溶材料，不需要专门的加药人员，节省人力成本；可控溶解镁合金材料由于是固体态，因此可以安置在井内，可以保持井内一直存在缓蚀剂保护套管，可提高缓蚀剂、防蜡剂、阻垢剂的利用率，能够大大的降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种可控溶解镁合金材料及其制备方法
本专利技术属于镁合金可溶材料
，具体涉及一种可控溶解镁合金材料及其制备方法。
技术介绍
在石油开采过程中常常会因为油井套管、油管的腐蚀损坏而导致停井维修，目前国内外仍多采用化学方法进行油井防蜡、防垢及防腐蚀。通过不同区块的油井的内腐蚀机理,投加有针对性的缓蚀剂,能够改善产出液性质,实现井下、井口支线、集输干线的防腐蚀防护。缓蚀剂的加入通常有两种注入方式：间歇注入和连续注入方式。间歇式注入方式将缓蚀剂自油管内注入后,必须关井一段时间,待缓蚀剂在金属表面充分接触，形成保护膜层后才能开井，处理周期一般为一个月,虽然间歇式注入方式工艺简单、易于操作,但由于其需要关井处理，因此对油田生产有一定影响。连续注入方式主要通过油套环空或环形空间的旁通管及注入阀，将缓蚀剂连续注入井内或油管内,虽然油气井不需关井,但由于需要向井内连续加入缓蚀剂或防蜡剂，需要投入大量的人力，过程繁琐，且会造成缓蚀剂的浪费。因此结合两种方式的优缺点，使用可溶材料缓释保持井内一直存在缓蚀剂保护套管，同时可提高药剂的利用率，能够大大的降低了生产成本。当前能溶解的可溶材料包括：非金属材料和金属材料，在油田应用中，通常要求材料承受近100℃甚至超过150℃以上的高温和超过50MPa的压差，所以对可溶材料的热稳定性和机械强度要求高。一般的可溶非金属材料不能满足上述要求，于是可溶金属复合材料成为研制的主要方向。目前可溶金属材料主要在井下工具中的应用，是国内外近几年迅速发展的新技术。目前，主要用于钻完井工具及分段压裂工艺中，形成了可溶压裂球、可溶压裂球座、可溶压裂桥塞、可溶盲板等多种工具，解决了目前分段压裂技术应用过程中压裂球无法返排出、生产通径小、压后需钻塞等问题。然而目前材料主要强调了材料的耐温性、高强度和可溶解性，对于溶解速率并没有很严格的要求，同时对材料的耐温预设温度和耐盐也没有要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可控溶解镁合金材料及其制备方法，目的是提供一种可控溶解镁合金材料，通过其与水或氯离子的电化学反应溶解，实现溶蚀速率可控反应，解决井下自动加入缓蚀剂、防蜡剂、阻垢剂的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种可控溶解镁合金材料，所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：铝8.5%~15%锌0.4%~3%锰0~1%碳0.05%~0.3%镁80.7%~91.5%。所述铝的百分比含量为8.5%~15%，所述锌的百分比含量为0.45%~3%，所述锰的百分比含量为0.1~1%，所述碳的百分比含量为0.05%~0.3%，所述镁的百分比含量为80.7%~90.9%。所述铝的质量百分比为9.0~9.5%，所述锌的百分比含量为0.4~0.7%，所述锰的百分比含量为0%，所述碳的百分比含量为0.1~0.3%，所述镁的百分比含量为89.5%~90.5%。所述镁、锌、铝的金属纯度不小于99.9%。所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0%、碳：0.05%、镁：90.5%；或铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0%、碳：0.1%、镁：90.4%；或铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0%、碳：0.2%、镁：90.3%；或铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0%、碳：0.3%、镁：90.2%。一种上述任意一项所述的可控溶解镁合金材料的制备方法，包括以下的步骤：步骤1，将铝、锌、锰、碳、镁按照配方中各元素的百分比准备后备用；步骤2，将称量后的配方材料在保护气体条件下熔炼成合金熔融液；步骤3，将合金熔融液倒入石墨坩埚中，冷却成铸态合金；步骤4，将铸态合金通过两段式热处理后制成成品。所述的熔炼温度为720~760℃。所述两段式热处理具体为：a.第一段为将铸态合金退火至260~290℃；b.第二段为将铸态合金回火150~250℃。所述的保护气体为氦气、氩气或SF6和CO2的混合气体；其中SF6和CO2的体积比例中，SF6或CO2的比例不小于总体积的百分之二十。在加入碳元素时，碳元素以镁碳中间合金、铝碳中间合金、碳粉末、CCl4和/或MgCO3的形式加入。本专利技术的有益效果是，通过加入碳元素，调节缓释可控的可溶材料的溶解速度，不需要专门的加药人员，节省人力成本；可控溶解镁合金材料由于是固体态，因此可以安置在井内，可以保持井内一直存在缓蚀剂保护套管，可提高缓蚀剂、防蜡剂、阻垢剂的利用率，能够大大的降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术可控溶解镁合金材料一实施例的组织金相图。图2为本专利技术可控溶解镁合金材料另一实施例的组织金相图。图3为本专利技术可控溶解镁合金材料一实施例的组织金相图。图4为本专利技术可控溶解镁合金材料另一实施例的组织金相图。图5为本专利技术可控溶解镁合金材料在室温（25℃）和150℃下的抗拉强度图。图6为本专利技术可控溶解镁合金材料在室温（25℃）和150℃下的抗压强度图。图7为本专利技术可控溶解镁合金材料在60℃地层水中的腐蚀速率图。具体实施方式实施例1请参考图5至图7，本专利技术的一实施例提供的一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：铝8.5%~15%锌0.4%~3%锰0~1%碳0.05%~0.3%镁80.7%~91.5%。上述实施例中，本专利技术的含碳镁合金可控溶解材料，合金组分为Mg-Al-Zn-Mn-C,该合金在锌和铝的基础上，为保证性能和控制成本，铝的加入量选为8.5%~15%，锌的加入量选为0.4%~3%，在制备时通过镁碳合金加入0.05%~0.3%的碳，碳元素与镁合金中的铝可形成Al4C3，它与a(Mg)同为六方晶系，二者晶格常数相近，按照金属结晶原理，晶格常数错配度小于9%，即可成为晶核，故Al4C3是镁良好的非均质晶核，大量弥散的Al4C3晶核使晶粒细化，提高镁合金的力学强度。同时碳在镁合金中形成阴极相，实现了镁合金的溶解速率控制，并同时控制合金的力学强度的。所述可控溶解镁合金材料需承压20MPa以上，因此配方：镁、锌、铝、锰、碳组分组成。本专利技术的可控溶解镁合金材料，在铝和锌组合使用的基础上，通过加入碳元素，改善组织，使其晶粒细化、提供阴极相，来提高力学性能和加速溶解速率。所得镁合金可溶材料在腐蚀环境中具有质量轻、力学性能好、溶解速率可控的特点。所用原料镁（Mg）、铝（Al）、锌（Zn）为工业镁、铝、锌，镁碳中间合金（Mg-C）为工业镁碳合金。实施例2请参考图5至图7，在实施例1的基础上，所述铝的百分比含量为8.5%~15%，所述锌的百分比含量为0.45%~3%，所述锰的百分比含量为0.1~1%，所述碳的百分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：/n铝 8.5%~15%/n锌 0.4%~3%/n锰 0~1%/n碳 0.05%~0.3%/n镁 80.7%~91.5%。/n

【技术特征摘要】
1.一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：
铝8.5%~15%
锌0.4%~3%
锰0~1%
碳0.05%~0.3%
镁80.7%~91.5%。


2.如权利要求1所述一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述铝的百分比含量为8.5%~15%，所述锌的百分比含量为0.45%~3%，所述锰的百分比含量为0.1~1%，所述碳的百分比含量为0.05%~0.3%，所述镁的百分比含量为80.7%~90.9%。


3.如权利要求1或2所述一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述铝的质量百分比为9.0~9.5%，所述锌的百分比含量为0.4~0.7%，所述锰的百分比含量为0%，所述碳的百分比含量为0.1~0.3%，所述镁的百分比含量为89.5%~90.5%。


4.如权利要求1所述一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述镁、锌、铝的金属纯度不小于99.9%。


5.如权利要求1所述一种可控溶解镁合金材料，其特征在于，所述可控溶解镁合金材料的配方由以下重量百分含量的组分组成：
铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0%、碳：0.05%、镁：90.5%；或
铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0%、碳：0.1%、镁：90.4%；或
铝：9.0%、锌：0.5%、锰：0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，杨立华，程碧海，孙雨来，戚建晶，苑慧莹，刘爱华，姜毅，谷成义，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11