專利名稱：一種Na-Al復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬復(fù)合材料及其制備方法，特別是涉及一種應(yīng)用于石油開采， 用于融化覆蓋在石油表面上石蠟層的Na-Al復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，被稱為“黑色黃金”、“經(jīng)濟(jì)血液”的石油消費(fèi)需求不斷增加， 國際油價(jià)一路走高，為世界工業(yè)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也使全球油氣勘探與開發(fā)面臨 更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在擴(kuò)大產(chǎn)量、增加供應(yīng)的壓力下，加強(qiáng)石油勘探開采，改善與創(chuàng)新勘探開 采手段，尤其是開采難采石油資源、海洋石油資源和深水、超深水區(qū)石油資源，成為當(dāng)前石 油勘探開發(fā)的首要任務(wù)。然而，在石油開采過程中，常常需要清理或融化掉覆蓋在地下石油層表面上的石 蠟層。目前，國內(nèi)外主要依靠機(jī)械清蠟、熱力清蠟、化學(xué)清蠟、微生物清蠟、電動刮蠟、電加熱 清蠟、爆破、核爆炸等方法來完成石蠟層的清除，這些方法存在如下缺點(diǎn)成本高、勞動強(qiáng)度 大、清蠟頻繁、安全隱患大。目前，國外主要是俄羅斯已經(jīng)研發(fā)出Na-Al材料棒，利用鈉與水 反應(yīng)放出大量的熱量來融化石油上的石蠟層，從而保證了石油開采的高效性和安全性。其 工作原理是，金屬鈉與油管中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量溶解掉堵塞的石蠟，達(dá)到清蠟 的目的，同時(shí)金屬鈉與油管中的水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣有助于液體石油的流動與噴出。國際上只有俄羅斯制備出了鈉鋁復(fù)合材料，并成功運(yùn)用于石油開采工業(yè)。而在歐 美等其它一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家對鈉鋁復(fù)合材料的研制也處于停滯狀態(tài)。盡管國內(nèi)也有一些企 業(yè)和科研單位對鈉鋁復(fù)合材料的制備進(jìn)行了嘗試，但都以失敗而告終。主要原因是鈉和鋁 兩種金屬密度、熔點(diǎn)等物理性能差別較大，二者幾乎形不成固溶體等合金，很難靠熔煉的方 法將二者結(jié)合；再加上金屬鈉化學(xué)性質(zhì)活撥，極易在空氣中燃燒，因此，從安全性的角度考 慮，必須在保護(hù)氣氛下將二者合成為機(jī)械混合物。本發(fā)明采用復(fù)合材料的制備方法，在煤油 的保護(hù)氣氛下，將鈉和鋁兩種金屬成功復(fù)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在石油開采過程中，能夠安全、高效地融化石油表面 石蠟層的Na-Al復(fù)合材料。本發(fā)明的另一目的在于提供一種在石油開采過程中，能夠安全、高效地融化石油 表面石蠟層的Na-Al復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的第一個(gè)目的由如下技術(shù)方案實(shí)施一種Na-Al復(fù)合材料密度值為 1. 12-1. 15g/cm3。本發(fā)明的第二個(gè)目的由如下技術(shù)方案實(shí)施一種Na-Al復(fù)合材料的制備方法包括 如下步驟稱量金屬Na，在煤油中切成細(xì)小塊，按一定比例稱量鋁粉，金屬Na塊與鋁粉混 合、攪拌均勻，擠壓成型，成品儲存；其中(1)稱量金屬Na并切成細(xì)小塊取金屬鈉，去除氧化表皮后稱重，然后放入事先準(zhǔn)
3備好的裝有無水煤油的干燥坩堝中，并在無水煤油中用小刀將金屬鈉切成細(xì)小塊，所述切 成細(xì)小塊的金屬鈉最大尺寸不超過1. 5mm ；(2)稱量鋁粉鋁粉的尺寸小于100微米，鋁粉與金屬鈉的重量配比為 (0. 27-0. 32) 1 ；(3)金屬Na與鋁粉均勻混合攪拌待細(xì)小的鈉塊沉積在坩堝底部后，倒出坩堝中 的煤油，為防止鈉燃燒，迅速將稱量好的鋁粉倒入坩堝內(nèi)，快速攪拌均勻，然后倒入模具中， 準(zhǔn)備擠壓；(4)擠壓成型利用常規(guī)的擠壓設(shè)備對鈉鋁混合粉末進(jìn)行擠壓成型，擠一次成型；(5)成品儲存鈉鋁復(fù)合材料經(jīng)擠壓成型后，將成品放入處于煤油保護(hù)的容器中， 即制得成品Na-Al復(fù)合材料，制得的Na-Al復(fù)合材料的密度值為1. 12-1. 15g/cm3。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用復(fù)合材料制備工藝，制備出密度為1. 12-1. 15g/cm3的鈉 鋁復(fù)合材料，使其能夠能夠經(jīng)濟(jì)低廉、安全可靠、有效地應(yīng)用于地下石油的開采中?，F(xiàn)有開 采石油清蠟技術(shù)的缺點(diǎn)是成本高、勞動強(qiáng)度大、安全隱患大。本發(fā)明制備設(shè)備簡單，鋁粉很 容易從市場上買到，制備過程安全可靠且成本低，因此具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本技術(shù)無需電 源供給、無需任何專用機(jī)構(gòu)和設(shè)備，使用時(shí)操作簡單，對輸油管道無磨損、無污染、無安全隱
串
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圖1為本發(fā)明擠壓模具套筒和底座的示意圖。圖2為擠壓模具擠壓桿示意圖。圖3為擠壓成型后的Na-Al復(fù)合材料棒材。圖4為所制備得到的Na-Al復(fù)合材料熔化石蠟的試驗(yàn)結(jié)果照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種Na-Al復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟稱量金屬Na，在煤油中 切成細(xì)小塊，按一定比例稱量鋁粉，金屬Na塊與鋁粉混合、攪拌均勻，擠壓成型，成品儲存； 其中(1)稱量金屬Na并切成細(xì)小塊取金屬鈉，去除氧化表皮后稱重，然后放入事先準(zhǔn) 備好的裝有無水煤油的干燥坩堝中，并在無水煤油中用小刀將金屬鈉切成細(xì)小塊，所述切 成細(xì)小塊的金屬鈉最大尺寸不超過1. 5mm ；(2)稱量鋁粉鋁粉的尺寸小于100微米，鋁粉與金屬鈉的重量配比為0. 27 1。(3)金屬Na與鋁粉均勻混合攪拌待細(xì)小的鈉塊沉積在坩堝底部后，倒出坩堝中 的煤油，為防止鈉燃燒，迅速將稱量好的鋁粉倒入坩堝內(nèi)，快速攪拌均勻，然后倒入模具中， 準(zhǔn)備擠壓；(4)擠壓成型利用常規(guī)的擠壓設(shè)備對鈉鋁混合粉末進(jìn)行擠壓成型，擠一次成型， 可以在微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上對混合粉末進(jìn)行擠壓成型，優(yōu)化出擠壓工藝為壓 力為5000牛頓，擠壓時(shí)間75秒，擠壓模具如圖1，圖2所示。(5)成品儲存鈉鋁復(fù)合材料經(jīng)擠壓成型后，將成品放入處于煤油保護(hù)的容器中， 即制得成品Na-Al復(fù)合材料，將被煤油浸泡的樣品快速稱量，計(jì)算出密度約為1. 14g/cm3。
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制得的Na-Al復(fù)合材料的密度值為1. 12g/cm3。實(shí)施例2 —種Na-Al復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟稱量金屬Na，在煤油中 切成細(xì)小塊，按一定比例稱量鋁粉，金屬Na塊與鋁粉混合、攪拌均勻，擠壓成型，成品儲存； 其中(1)稱量金屬Na并切成細(xì)小塊取金屬鈉，去除氧化表皮后稱重，然后放入事先準(zhǔn) 備好的裝有無水煤油的干燥坩堝中，并在無水煤油中用小刀將金屬鈉切成細(xì)小塊，所述切 成細(xì)小塊的金屬鈉最大尺寸不超過1. 5mm ；(2)稱量鋁粉鋁粉的尺寸小于100微米，鋁粉與金屬鈉的重量配比為0. 32 1。(3)金屬Na與鋁粉均勻混合攪拌待細(xì)小的鈉塊沉積在坩堝底部后，倒出坩堝中 的煤油，為防止鈉燃燒，迅速將稱量好的鋁粉倒入坩堝內(nèi)，快速攪拌均勻，然后倒入模具中， 準(zhǔn)備擠壓；(4)擠壓成型利用常規(guī)的擠壓設(shè)備對鈉鋁混合粉末進(jìn)行擠壓成型，擠一次成型， 擠壓模具如圖1、2所示；(5)成品儲存鈉鋁復(fù)合材料經(jīng)擠壓成型后，將成品放入處于煤油保護(hù)的容器中， 即制得成品Na-Al復(fù)合材料，制得的Na-Al復(fù)合材料的密度值為1. 15g/cm3。實(shí)施例3 —種Na-Al復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟稱量金屬Na，在煤油中 切成細(xì)小塊，按一定比例稱量鋁粉，金屬Na塊與鋁粉混合、攪拌均勻，擠壓成型，成品儲存； 其中(1)稱量金屬Na并切成細(xì)小塊取金屬鈉，去除氧化表皮后稱重，然后放入事先準(zhǔn) 備好的裝有無水煤油的干燥坩堝中，并在無水煤油中用小刀將金屬鈉切成細(xì)小塊，所述切 成細(xì)小塊的金屬鈉最大尺寸不超過1. 5mm ；(2)稱量鋁粉鋁粉的尺寸小于100微米，鋁粉與金屬鈉的重量配比為0. 295 1 ；(3)金屬Na與鋁粉均勻混合攪拌待細(xì)小的鈉塊沉積在坩堝底部后，倒出坩堝中 的煤油，為防止鈉燃燒，迅速將稱量好的鋁粉倒入坩堝內(nèi)，快速攪拌均勻，然后倒入模具中， 準(zhǔn)備擠壓；(4)擠壓成型利用常規(guī)的擠壓設(shè)備對鈉鋁混合粉末進(jìn)行擠壓成型，擠一次成型， 擠壓模具如圖1、2所示；(5)成品儲存鈉鋁復(fù)合材料經(jīng)擠壓成型后，將成品放入處于煤油保護(hù)的容器中， 即制得成品Na-Al復(fù)合材料，制得的Na-Al復(fù)合材料的密度值為1. 13g/cm3。實(shí)施例4 模擬試驗(yàn)利用所制備得到的Na-Al復(fù)合材料熔化石蠟，樣品在石蠟層 表面與水發(fā)生反應(yīng)，可以熔化石蠟并產(chǎn)生大量的泡沫，樣品會被泡沫包裹于其中并繼續(xù)發(fā) 生反應(yīng)。用質(zhì)量為4. 5g的樣品在石蠟層中與水的反應(yīng)時(shí)間約為3分25秒。樣品與水反應(yīng) 的熱量可以熔化石蠟層并在反應(yīng)區(qū)域形成空洞狀。圖4為試驗(yàn)結(jié)果照片。
權(quán)利要求
1.一種Na-Al復(fù)合材料，其特征在于，其密度值為1. 12-1. 15g/cm3。
2.—種Na-Al復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其包括如下步驟稱量金屬Na，在煤 油中切成細(xì)小塊，按一定比例稱量鋁粉，金屬Na塊與鋁粉混合、攪拌均勻，擠壓成型，成品 儲存；其中(1)稱量金屬Na并切成細(xì)小塊取金屬鈉，去除氧化表皮后稱重，然后放入事先準(zhǔn)備好 的裝有無水煤油的干燥坩堝中，并在無水煤油中用小刀將金屬鈉切成細(xì)小塊，所述切成細(xì) 小塊的金屬鈉最大尺寸不超過1. 5mm ；(2)稱量鋁粉鋁粉的尺寸小于100微米，鋁粉與金屬鈉的重量配比為 (0. 27-0. 32) 1 ；(3)金屬Na與鋁粉均勻混合攪拌待細(xì)小的鈉塊沉積在坩堝底部后，倒出坩堝中的煤 油，為防止鈉燃燒，迅速將稱量好的鋁粉倒入坩堝內(nèi)，快速攪拌均勻，然后倒入模具中，準(zhǔn)備 擠壓；(4)擠壓成型利用常規(guī)的擠壓設(shè)備對鈉鋁混合粉末進(jìn)行擠壓成型，擠一次成型；(5)成品儲存鈉鋁復(fù)合材料經(jīng)擠壓成型后，將成品放入處于煤油保護(hù)的容器中，即制 得成品Na-Al復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Na-Al復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，制得的Na-Al 復(fù)合材料的密度值為1. 12-1. 15g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Na-Al復(fù)合材料的制備方法，其內(nèi)容包括如下步驟稱量金屬Na并切成細(xì)小塊、稱量鋁粉，金屬Na與鋁粉混合、攪拌均勻，擠壓成型，成品儲存。用本發(fā)明方法所制備的Na-Al復(fù)合材料，其密度值為1.12-1.15g/cm3。該復(fù)合材料能夠經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地應(yīng)用于地下石油的開采中。
文檔編號C22C1/04GK102127670SQ20111003893
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者侯瑛, 張秀云, 白樸存 申請人:侯瑛, 張秀云, 白樸存