[發明專利]一種快速腐蝕的鎂基合金材料及制備方法

有效

• 申請號: 201410593868.7
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN105624499B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 魏遼;朱和明;郭朝輝;韓峰;崔曉杰;朱敏濤
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: C22C23/02
• 分類號: C22C23/02;C22C23/00;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所11218
• 代理人: 周媛

技術領域

本發明涉及有色金屬材料技術領域，更進一步說，涉及一種快速腐蝕的鎂基合金材料及制備方法。

背景技術

近幾年來，國外非常規頁巖氣勘探開發技術取得突破，產量快速增長，對國際天然氣市場及世界能源格局產生重大影響，世界主要資源國都加大了對頁巖氣的勘探開發力度。多級滑套分段壓裂技術是一項新型石油、天然氣儲層改造技術，主要應用與頁巖氣和低滲透儲層的定向井、水平井的壓裂增產改造。該項技術可根據地層地質狀況與儲層開發的需要，采用封隔器將水平井分隔成若干段，通過地面頭球控制裝置向井內依次投入直徑由小到大的憋壓球，逐級打開滑套，有針對性地對產層巖石進行壓裂，形成石油、天然氣流體裂縫通道，以擴大油氣產層的泄油面積，提高油氣采收率。在這項技術中，關鍵部位之一是憋壓球。憋壓球主要有兩個功能，1)將滑套打開，以便對產層巖石進行壓裂；2)將與壓裂液體和壓力隔離。待到所有巖石產層壓裂結束后，需要對井內油管進行泄壓，以便利于后期油氣井的生產。以往的常規方法是利用低層壓力作用下把憋壓球反排出井口，或使用鉆具將滑套球座及憋壓球鉆掉，這些方法的不足之處在于，受地層壓力及現場施工壓力的影響，可能導致憋壓球發生卡位，反排不成功，下入鉆具進行磨銑會延長施工周期，增加施工成本與風險。因此，研制一種能承受壓裂施工高壓、井底高溫，并在井內流體環境下能自行快速腐蝕的輕質憋壓球，可有效降低施工風險，提高施工效率。美國專利公布了一種可分解的多層包覆的核殼結構式復合材料制備方法(美國專利，US2011/0132143A1,2011年)，該專利顯示，通過在納米級核體金屬粉末(如鎂、鋁、鋅、錳及其合金)顆粒的表面，采用化學鍍的方法，鍍上多層不同金屬或金屬氧化物納米級殼層，如Al、Ni、Al₂O₃等，然后再把鍍層后復合粉末進行燒結，獲得具有一定分解性能的納米復合材料，但該方法要求在活性比較高的納米級鎂、鋁、鋅、錳及其合金粉表面鍍多層納米級金屬或金屬氧化物，極大的增加了該材料的生產成本，無法進行工業化生產。而中國專利(專利號201110328251.9)公布了“一種用于分段壓裂投球滑套打開的新材料憋壓球”，盡管該專利制備的材料密度比較低，但該專利采用的是高分子材料制備憋壓球，憋壓球材料在高溫腐蝕介質中不發生分解，導致在多級滑套分段壓裂技術中必需使用鉆具將憋壓球鉆掉，極大地增加了生產成本。

在現有輕質合金材料中，鎂合金因其據有密度低、綜合性能較好而廣受關注，其中尤以鑄造鎂合金AZ91鎂合金的應用最為廣泛，該合金的主要成分及其重量百分比是Al 8.3～9.7、Zn 0.35～1.0、Mn 0.15～0.5、余量為鎂，合金的維氏硬度低(小于80HV)，腐蝕速率極低(≤5×10^-4g.cm².h)(中國有色金屬學報，2007，17卷2期，p181)，無法滿足多級滑套分段壓裂技術中對憋壓球材料的輕質耐壓可分解性能要求。

發明內容

為解決現有技術中憋壓球材料不能快速分解的問題，本發明提供了一種快速腐蝕的鎂基合金材料及制備方法。本發明的快速腐蝕的鎂基合金材料能滿足多級滑套分段壓裂技術中憋壓球材料的性能要求，形成可實際工業應用的快速腐蝕鎂基合金材料。

本發明的目的之一是提供一種快速腐蝕的鎂基合金材料。

包含以下重量百分比的組分：

Al：8～12％，

Cu:5.1～10％，

Zn：0.5～1.9％，

Zr：0.55～1.5％，

余量為Mg，各組分重量百分之和為100％。

本發明的目的之二是提供一種快速腐蝕的鎂基合金材料的制備方法。

包括：

按設計的要求組分配比，稱取各組分，先將純鎂、純鋁、鋁-50wt％銅中間合金、鋁-4％鋯合金放入熔煉爐中，熔化后再將純鋅放入合金熔體中，升溫熔化后，用鎂合金精煉劑精煉除氣、靜置，然后在氬氣保護氣氛下澆鑄成型。鑄錠然后經過固溶淬火并時效熱處理，以進一步提高合金的綜合性能。

原料的熔化溫度為690～710℃；精煉溫度為710～730℃；靜置、澆鑄溫度為690～710℃，澆鑄保護氣氛為氬氣；

鎂合金精煉劑為現有產品，成分的重量百分比為：35％MgCl、35％KCl、10％NaCl、10％CaCl、5％BaCl₂、5％CaF₂。