用于井下节流器零部件的可溶铝合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于井下节流器零部件的可溶铝合金及其制备方法和应用，该可溶铝合金包括以下质量百分比的组分：Ga：1.0％～2.3％；Sn：1.6％～3.5％；Pb：0.3％～2.5％；Cu：0.9％～1.1％；Ti：0.1％～0.8％；Y：0.3％～1.3％；Si：0.3％～2.0％；Ni：0.016％～0.8％；WC：1％～1.5％；纤维状石墨烯：1％～3％；镀La2O3

【技术实现步骤摘要】
用于井下节流器零部件的可溶铝合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于天然气开采
，涉及一种井下工具所用的材质，具体来说涉及一种用于井下节流器零部件的可溶铝合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]气井井下节流技术是苏里格气田经济有效开发的关键技术之一，但随着气田的不断开发，井下节流器的打捞已成为制约气田提高采收率的重要因素之一。多年来围绕节流器打捞难题持续开展技术攻关，不断改进工具结构和打捞工艺，但井筒工况复杂和机械工艺局限，打捞成功率提升不明显，始终停留在70％/年左右，由此节流器打捞疑难井增量逐年增加，且后期处理费用巨大，再者，因为节流器打捞不成功，工具在井筒形成“桥塞”作用导致排水采气措施无法开展，严重影响气井剩余产能发挥。
[0003]为从根本上解决节流器打捞难题，通过压缩弹簧气嘴失效机构的研发、可溶销钉的研究以及坐封位置优化，自主研发了免打捞节流器，实现节流器“彻底不打捞”。因此，井下节流器配套零部件如销钉的可溶材料性能成为了免打捞节流器功能是否实现的关键。
[0004]目前市场上已开发应用的可降解材料主要有可降解树脂，可溶镁合金和可溶铝合金。可溶树脂无法承受高温高压环境，难以应用于井下。而现有的可溶镁合金材料的腐蚀速度不高，塑性差，且生产成本较高，无法满足井下工具特别是气井井下节流器的工作需求。现有的可溶铝合金因添加低熔点成分金属含量差异大，导致可溶铝合金性能不能完成服役寿命提前溶解或者达到服役寿命时，没有完全溶解，给井下生产造成了困扰，针对井下服役环境研发适用于井下工况环境的可溶铝合金显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术提供了适用于天然气井生产中对高压天然气进行节流降压的井下节流器零部件的可溶铝合金及其制备方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0007]一种用于井下节流器零部件的可溶铝合金，所述可溶铝合金包括以下质量百分比的组分：
[0008]Ga(嫁)：1.0％～2.3％；
[0009]Sn(锡)：1.6％～3.5％；
[0010]Pb(铅)：0.3％～2.5％；
[0011]Cu(铜)：0.9％～1.1％；
[0012]Ti(钛)：0.1％～0.8％；
[0013]Y(钇)：0.3％～1.3％；
[0014]Si(硅)：0.3％～2.0％；
[0015]Ni(镍)：0.016％～0.8％；
[0016]WC(碳化钨)：1％～1.5％；
[0017]纤维状石墨烯：1％～3％；
[0018]镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维：1％～1.5％；
[0019]余量为Al(铝)。
[0020]进一步地，所述镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维中铜的质量百分含量为0.5～3.0％。
[0021]优选地，所述镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维的密度为1.5g/cm3～2.0g/cm3，耐温达1650℃。
[0022]进一步地，所述镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维的制备方法为：将经过除胶处理之后的改性玄武岩纤维在硝酸体积分数为20～25％的溶液中酸化25～35min，接着用去离子水洗至中性后，置于微波烧结炉内进行加热(采用微波烧结的目的是改性玄武岩纤维表面氧化，粗糙度变大，可以增强改性玄武岩纤维和铜镀层的结合力)，随后在SnCl2和HCl混合溶液中敏化25～35min，然后在银氨溶液中活化15～25min，最后在60～70℃的温度下镀La2O3‑
铜3～5h，期间用氢氧化钠溶液调节pH值，使溶液的pH值稳定在10～11。
[0023]更进一步地，所述改性玄武岩纤维是采用偶联剂和纳米SiO2对玄武岩纤维进行表面改性处理得到的；具体方法是将质量百分数为3％～7％的纳米SiO2粒子加入5mlKH570偶联剂和240ml无水乙醇的混合液中，然后在55℃的恒温水浴锅中搅拌1小时，取出并烘干后制得改性玄武岩纤维。
[0024]更进一步地，改性玄武岩纤维的长度为3～5mm。
[0025]更进一步地，所述镀La2O3‑
铜采用化学镀的方法，化学镀配方为15g/LCuSO4·
5H2O(五水硫酸铜)，5g/LLa2O3(氧化镧)、25mg/LC2H2O3(乙醛酸)，25g/LEDTA
‑
2Na(乙二胺四乙酸二钠)，10mg/L2,2'
‑
联吡啶和14g/LNaKC4H4O6·
4H2O(酒石酸钾钠)，1g/LPEG(聚乙二醇)。
[0026]进一步地，该可溶铝合金还可以加Zr、Re、Mn、V、Nb等强化元素，用于调控铝合金的强度；所述强化元素中Zr的质量百分含量为0％～0.5％，Re的质量百分含量为0％～0.8％，Mn的质量百分含量为0％～1.0％。V的质量百分含量为0％～0.25％，Nb的质量百分含量为0％～0.1％。
[0027]更进一步地，采用的原料中，Ga为固态，除Ga外的其他金属(Sn、Pb、Cu、Ti、Y、Si、Ni、V、Nb等)均为粒径大小为5～120μm的金属粉体。
[0028]更进一步地，所述可溶铝合金的抗压强度调控范围为150～920Mpa，屈服强度调控范围为80～360Mpa。
[0029]一种用于井下节流器零部件的可溶铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0030]S1，称取质量百分含量为1.0％～2.3％的固态Ga、质量百分含量为1.6％～3.5％的金属粉末Sn，加热升温至230℃～260℃使其熔化为液态；再分别称取质量百分含量为0.3％～2.5％的Pb、0.9％～1.1％Cu、0.1％～0.8％的Ti、0.3％～1.3％的Y、0.3％～2.0％的Si、0.016％～0.8％的Ni、1％～1.5％的WC、1％～3％的纤维状石墨烯、1％～1.5％镀La2O3
‑
铜改性玄武岩纤维和0％～0.5％的Zr、0％～0.8％的Re、0％～1.0％的Mn、0％～0.25％的V、0％～0.1％的Nb、余量的Al以及润滑剂，混合2～8h，使原料充分混合均匀，得混合物粉体，备用；值得一提的是，称取原料时，可通过调整Cu、Ti、Y、V、Nb金属元素的重量比来调控铝合金的强度；
[0031]S2，将S1制备的混合物粉体放入模具中成型，得到可溶性铝合金预制坯，备用；
[0032]S3，将S2所得可溶性铝合金预制坯置于氮气、氦气、氩气任意一种惰性气氛保护炉中进行微波烧结，随炉冷却，经过去毛刺、磨抛处理之后得到可溶性铝基合金材料烧结态试样。
[0033]进一步地，上述制备方法还包括步骤S4，将S3制备的可溶性铝基合金材料烧结态试样在320～520℃下固溶处理40～130min，然后进行油淬强化处理，最后在惰性气氛140～220℃保温8～24h，得可溶铝合金成品。将可溶性铝基合金材料烧结态试样经上述步骤的热处理工艺处理，能够消本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于井下节流器零部件的可溶铝合金，其特征在于，所述可溶铝合金包括以下质量百分比的组分：Ga：1.0％～2.3％；Sn：1.6％～3.5％；Pb：0.3％～2.5％；Cu：0.9％～1.1％；Ti：0.1％～0.8％；Y：0.3％～1.3％；Si：0.3％～2.0％；Ni：0.016％～0.8％；WC：1％～1.5％；纤维状石墨烯：1％～3％；镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维：1％～1.5％；余量为Al。2.如权利要求1所述的用于井下节流器零部件的可溶铝合金，其特征在于：所述镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维中铜的质量百分含量为0.5～3.0％；镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维的密度为1.5g/cm3～2.0g/cm3。3.如权利要求1所述的用于井下节流器零部件的可溶铝合金，其特征在于，所述镀La2O3‑
铜改性玄武岩纤维的制备方法为：将经过除胶处理之后的改性玄武岩纤维在硝酸体积分数为20～25％的溶液中酸化25～35min，接着用去离子水洗至中性后，置于微波烧结炉内进行加热，随后在SnCl2和HCl混合溶液中敏化25～35min，然后在银氨溶液中活化15～25min，最后在60～70℃的温度下镀La2O3‑
铜3～5h，期间用氢氧化钠溶液调节pH值，使溶液的pH值稳定在10～11。4.如权利要求3所述的用于井下节流器零部件的可溶铝合金，其特征在于：所述镀La2O3‑
铜采用的是化学镀的方法，化学镀配方为15g/L CuSO4·
5H2O，5g/L La2O3、25mg/L C2H2O3，25g/L EDTA
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2Na，10mg/L 2,2'
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联吡啶和14g/LNaKC4H4O6·
4H2O，1g/LPEG。5.如权利要求1所述的用于井下节流器零部件的可溶铝合金，其特征在于：该可溶铝合金还包括强化元素，所述强化元素为Zr、Re、Mn、V、Nb，所述强化元素中Zr的质量百分含量为0％～0.5％，Re的质量百分含量为0％～0.8％，Mn的质量百分含量为0％～1.0％。V的质量百分含量为0％～0.25％，Nb的质量百分含量为0％～0.1％。6.一种用于井下节流器零部件的可溶铝合金的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪雄雄，解永刚，杨旭东，肖述琴，刘双全，白晓弘，卫亚明，赵峥延，宋汉华，赵彬彬，
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：