一種可溶解合金及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采油工程領(lǐng)域，具體涉及一種可溶解合金及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣田開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，壓裂橋塞通常在壓裂完成后需要及時(shí)磨銑去除，從而保持暢通的井筒為后續(xù)生產(chǎn)和井下作業(yè)創(chuàng)造有利條件。這類橋塞通常由鋼、鑄鐵或復(fù)合材料構(gòu)成，磨銑過(guò)程費(fèi)工費(fèi)時(shí)，磨銑過(guò)程中產(chǎn)生碎肩影響井筒暢通，并且施工造成成本增加，新井投產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)。因此，為了節(jié)省工時(shí)和成本，需要開(kāi)發(fā)新的壓裂橋塞材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可溶解合金，該合金可在鹽溶液中被較快的溶解。
[0004]本發(fā)明還提供了上述可溶解合金的制備方法。
[0005]本發(fā)明另外提供了上述可溶解合金制成的壓裂橋塞。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種可溶解合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，該合金含有:鋁(A1) 0.5-8.0wt %、硅(Si) 0.5-6.0wt %、銅(Cu) 0.4-5.0wt %、錫(Sn) 0.8-6.0wt %、鋅(Zn) 0.3-4wt% 和余量的鎂(Mg)。
[0007]在上述可溶解合金中，優(yōu)選地，以質(zhì)量百分比計(jì)，該合金含有鋁2.9-4.7wt %、硅
1.8-3.8wt%、銅 0.5-3.2wt%、錫 2.0-3.5wt%、鋅 0.5-2.3wt%和余量的鎂。
[0008]上述可溶解合金中的組分所起的主要作用如下:
[0009]招可以改善鑄件的可鑄造性，提尚鑄件強(qiáng)度，同時(shí)可以提尚娃的固溶度，同時(shí)調(diào)制可溶解合金的腐蝕速率；
[0010]硅可改善合金的熱穩(wěn)定性和抗蠕變性能，細(xì)化晶粒，在晶界處可形成細(xì)小彌散的析出相Mg2Si，有較高的熔點(diǎn)和硬度；
[0011]銅在可溶解合金可以改善鑄造性能，同時(shí)銅可以調(diào)制可溶解合金的腐蝕速率；
[0012]錫在可溶解合金中形成Mg2Sn硬化相，同時(shí)調(diào)制可溶解合金的腐蝕速率；
[0013]鋅可以改善可溶解合金的強(qiáng)度，同時(shí)調(diào)制可溶解合金的腐蝕速率。
[0014]本發(fā)明提供的可溶解合金在鹽溶液中可被較快的溶解，而且其腐蝕速率可通過(guò)改變成份和結(jié)構(gòu)在很大范圍內(nèi)調(diào)整，腐蝕產(chǎn)物也無(wú)毒無(wú)害。另外，上述可溶解合金設(shè)計(jì)合理便于合成，而且具有性能穩(wěn)定、強(qiáng)度高、密度低(1.76-2.01g/cm3)、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。
[0015]另外，本發(fā)明提供的可溶解合金的在鹽溶液中被溶解中，形成的腐蝕表面疏松多孔，易于剝落，保證腐蝕溶解過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，無(wú)氧化膜覆蓋產(chǎn)生的鈍化現(xiàn)象。
[0016]本發(fā)明另外提供了上述可溶解合金的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0017]將鎂、鋁、銅、錫和鋅熔煉為熔體；
[0018]將Al_50wt% Si中間合金加入到上述熔體中，攪拌均勻后澆鑄，制得可溶解合金；
[0019]在滿足各組分配比的前提下，Si是以Al_50wt% Si中間合金的形式加入的。
[0020]在上述可溶解合金的制備方法中，Al_50wt% Si中間合金在使用前，被預(yù)先研碎。
[0021]在上述可溶解合金的制備方法中，優(yōu)選地，所述熔煉是在以下條件進(jìn)行的:熔煉溫度為720-750°C，熔煉真空度為5X10 3Pa至3X10 2Pa0
[0022]在上述可溶解合金的制備方法中，優(yōu)選地，所述熔煉溫度為735-740°C。
[0023]在上述可溶解合金的制備方法中，優(yōu)選地，該方法還包括在攪拌均勻后進(jìn)行保溫的步驟；保溫的時(shí)間優(yōu)選為15min。
[0024]在上述可溶解合金的制備方法中，優(yōu)選地，在所述澆筑步驟中，所用到的模具先被預(yù)熱；進(jìn)一步優(yōu)選地，預(yù)熱溫度優(yōu)選為200°C。
[0025]在上述可溶解合金的制備方法中，優(yōu)選地，所述金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅的純度為99.
[0026]本發(fā)明還提供了上述可溶解合金作為壓裂橋塞材料的應(yīng)用。
[0027]在井下作業(yè)中，使用上述可溶解合金來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)橋塞材料制成的工具，可在井下作業(yè)完成后可逐步被溶解掉，從而免去后續(xù)磨銑作業(yè)，將節(jié)省大量工時(shí)和成本。
[0028]本發(fā)明提供了一種組分設(shè)計(jì)合理、密度低的可快速溶解合金，該合金的溶解速率在0.l-20mg/cm2.h，溶解速率可以通過(guò)改變成分進(jìn)行調(diào)整，滿足不同現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求；另外，制備可溶解合金所用的原材料價(jià)格便宜、無(wú)毒無(wú)害、易獲取，制備工藝簡(jiǎn)單合理、操作方便，而且可方便地調(diào)節(jié)合金的溶解速率。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為實(shí)施例3制得的可溶解合金腐蝕初期的表面微觀形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本實(shí)施例提供了一種可溶解合金。
[0033]以質(zhì)量百分比計(jì)，本實(shí)施例中的可溶解合金含有:鋁3.4-3.5wt %、硅
2.0-2.2wt%、銅 1.5-1.6wt%、錫 2.0-2.lwt%、鋅 1.4-1.5wt%和余量的鎂。
[0034]制備可溶解合金前的準(zhǔn)備:
[0035]根據(jù)設(shè)計(jì)的成分配比進(jìn)行備料，其中，Si的用量換算為Al_50wt% Si中間合金的用量；鋁的用量包括以上述中間合金中的量以及金屬鋁的量；金屬鎂、鋁、銅、錫、鋅的純度都為99.9% ；Al-50wt% Si中間合金被預(yù)先研碎。
[0036]制備可溶解合金的過(guò)程包括以下步驟:
[0037]1、采用電磁感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，將按照配比備好的金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅加入熔煉爐坩禍內(nèi)，電磁攪拌下，在溫度為735-740°C、真空度為5X 10 3Pa至3X 10 2Pa的條件下熔煉5min得到恪體。
[0038]2、將研碎的Al-50% Si中間合金加入到步驟⑴制成的熔體中，電磁攪拌混合均勾后保溫15min，得到可溶解合金恪體。
[0039]3、將步驟⑵得到的可溶解合金熔體倒入被預(yù)熱為200°C的模具內(nèi)澆鑄成型，得到可溶解合金。
[0040]對(duì)制得的可溶解合金進(jìn)行溶解測(cè)試:
[0041]將上述可溶解合金錠機(jī)加工成直徑為10mm，高為15mm的圓柱試樣若干，浸泡在質(zhì)量濃度為1% KC1溶液中，采用失重法測(cè)得可溶解合金的平均溶解速率約為0.4mg/cm2.h。
[0042]實(shí)施例2
[0043]本實(shí)施例提供了一種可溶解合金。
[0044]以質(zhì)量百分比計(jì)，本實(shí)施例中的可溶解合金含有:鋁3.9-4.0wt %、硅
2.2-2.3wt%、銅 2.3-2.4wt%、錫 2.7-2.8wt%、鋅 0.7-0.8wt%和余量的鎂。
[0045]制備可溶解合金前的準(zhǔn)備:
[0046]根據(jù)設(shè)計(jì)的成分配比進(jìn)行備料，其中，Si的用量換算為Al_50wt% Si中間合金的用量；鋁的用量包括以上述中間合金中的量以及金屬鋁的量；金屬鎂、鋁、銅、錫、鋅的純度都為99.9% ；Al-50wt% Si中間合金被預(yù)先研碎。
[0047]制備可溶解合金的過(guò)程包括以下步驟:
[0048]1、采用電磁感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，將按照配比備好的金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅加入熔煉爐坩禍內(nèi)，電磁攪拌下，在溫度為735-740°C、真空度為5X 10 3Pa至3X 10 2Pa的條件下熔煉5min得到恪體。
[0049]2、將研碎的Al-50% Si中間合金加入到步驟⑴制成的熔體中，電磁攪拌混合均勾后保溫15min，得到可溶解合金恪體。
[0050]3、將步驟(2)得到的可溶解合金熔體倒入被預(yù)熱為200°C的模具內(nèi)澆鑄成型，得到可溶解合金。
[0051]對(duì)制得的可溶解合金進(jìn)行溶解測(cè)試:
[0052]將上述可溶解合金錠機(jī)加工成直徑為10mm，高為15mm的圓柱試樣若干，浸泡在濃度為1% KC1溶液中，采用失重法測(cè)得可溶解合金的平均溶解速率約為1.8mg/cm2.h。
[0053]實(shí)施例3
[0054]本實(shí)施例提供了一種可溶解合金。
[0055]以質(zhì)量百分比計(jì)，本實(shí)施例中的可溶解合金含有:鋁4.1-4.2wt %、硅
2.9-3.0wt%^^ 3.0-3.lwt%J§ 3.1-3.2wt%、鋅 1.9-2.0wt%和余量的鎂。
[0056]制備可溶解合金前的準(zhǔn)備:
[0057]根據(jù)設(shè)計(jì)的成分配比進(jìn)行備料，其中，Si的用量換算為Al_50wt% Si中間合金的用量；鋁的用量包括以上述中間合金中的量以及金屬鋁的量；金屬鎂、鋁、銅、錫、鋅的純度都為99.9% ；Al-50wt% Si中間合金被預(yù)先研碎。
[0058]制備可溶解合金的過(guò)程包括以下步驟:
[0059]1、采用電磁感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，將按照配比備好的金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅加入熔煉爐坩禍內(nèi)，電磁攪拌下，在溫度為735-740°C、真空度為5X 10 3Pa至3X 10 2Pa的條件下熔煉5min得到恪體。
[0060]2、將研碎的Al-50% Si中間合金加入到步驟⑴制成的熔體中，電磁攪拌混合均勾后保溫15min，得到可溶解合金恪體。
[0061]3、將步驟(2)得到的可溶解合金熔體倒入被預(yù)熱為200°C的模具內(nèi)澆鑄成型，得到可溶解合金。
[0062]對(duì)制得的可溶解合金進(jìn)行溶解測(cè)試:
[0063]將上述可溶解合金錠機(jī)加工成直徑為10mm，高為15mm的圓柱試樣若干，浸泡在濃度為1% KC1溶液中，采用失重法測(cè)得可溶解合金的平均溶解速率約為6.4mg/cm2.h(圖1為該可溶解合金腐蝕初期的表面微觀形貌圖)。
[0064]通過(guò)上述實(shí)施例可知，本發(fā)明制得的可溶解合金，合金便于合成，性能穩(wěn)定，可滿足不同現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可溶解合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，該合金含有:招0.5-8.0wt%、娃0.5-6.0wt%、銅 0.4-5.0wt%、錫 0.8-6.0wt%、鋅 0.3_4wt%和余量的儀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可溶解合金，其中，以質(zhì)量百分比計(jì)，該合金含有鋁.2.9-4.7wt%、硅 1.8-3.8wt%、銅 0.5-3.2wt%、錫 2.0-3.5wt%、鋅 0.5-2.3被％和余量的鎂。3.一種權(quán)利要求1或2所述的可溶解合金的制備方法，該方法包括以下步驟: 將金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅熔煉為熔體； 將Al-50wt% Si中間合金加入到所述熔體中，攪拌均勻后澆鑄，制得可溶解合金； 在滿足各組分配比的前提下，硅是以Al-50wt% Si中間合金的形式加入的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，所述熔煉是在以下條件進(jìn)行的:熔煉溫度為.720-750 °C，熔煉真空度為 5 X 10 3Pa 至 3 X 10 2Pa05.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其中，所述熔煉溫度為735-740°C。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，該方法還包括在攪拌均勻后進(jìn)行保溫的步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中，所述保溫的時(shí)間為15min。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，在所述澆筑步驟中，所用到的模具先被預(yù)熱；優(yōu)選地，所述預(yù)熱的溫度為200°C。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，所述金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅的純度為.99.10.權(quán)利要求1或2所述的可溶解合金作為壓裂橋塞材料的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可溶解合金及其制備方法和應(yīng)用。以質(zhì)量百分比計(jì)，可溶解合金含有：鋁0.5-8.0wt％、硅0.5-6.0wt％、銅0.4-5.0wt％、錫0.8-6.0wt％、鋅0.3-4wt％和余量的鎂。上述可溶解合金的制備方法包括以下步驟：將金屬鎂、鋁、銅、錫和鋅熔煉為熔體；將Al-50wt％Si中間合金加入到上述熔體中，攪拌均勻后澆鑄，制得可溶解合金；在滿足各組分配比的前提下，硅是以Al-50wt％Si中間合金的形式加入的。該可溶解合金可制成的壓裂橋塞用于采油工程中。
【IPC分類】C22C23/04, E21B33/134, C22C1/03, C22C23/02, C22C23/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105385918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510915732
【發(fā)明人】陳琳, 魏松波, 沈澤俊, 裴曉含, 石白茹, 付濤, 陳愛(ài)民
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日