[發明專利]一種用于頁巖氣井分段壓裂的可溶解憋壓球

在審

• 申請號: 201610152245.5
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105735959A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 雷一文;羅迪
• 申請（專利權）人: 成都創源油氣技術開發有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及石油天然氣勘探開發領域，具體地說涉及一種用于頁巖氣井分段壓裂的可溶解憋壓球。

背景技術

在頁巖油氣、低滲透儲層的定向井、水平井壓裂增產工藝過程中，經常使用多級滑套分段壓裂技術。投球式壓裂滑套作為分段壓裂技術中的關鍵工件，依靠井口依次投入直徑由小到大的憋壓球，依次將各段滑套打開，再進行后續壓裂施工。待全部產層壓裂結束后，憋壓球在地層壓力作用下返排出井口，若返排不暢，則下入鉆具將球座及憋壓球共同鉆掉，以利于后期油氣井生產。現有的憋壓球，在井底受壓時容易變形、影響憋壓效果與順利返排，且水平井趾端小直徑憋壓球返排難度大，經常需要下入鉆具進行磨銑，導致施工周期延長，增加施工成本與風險。

發明內容

本發明的目的在于提出一種用于頁巖氣井分段壓裂的可溶解憋壓球，以解決現有技術中分段壓裂時需要返排或磨銑憋壓球的問題，實現憋壓球可在井下環境中進行可控溶解的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

一種用于頁巖氣井分段壓裂的可溶解憋壓球，制作該憋壓球的基體材料為核體晶粒直徑60~100μm的金屬Mg，金屬Mg晶粒外包覆有厚度為10μm的殼體材料，所述殼體材料在富含Cl^—的電解質溶液中的腐蝕速率低于所述基體材料，所述殼體材料的間隙內均勻分布有β相金屬元素，所述基體材料、殼體材料、β相金屬元素的配比為5:3:2。針對現有技術中在分段壓裂時需要返排或磨銑憋壓球的問題，本發明提供了一種用于頁巖氣井分段壓裂的可溶解憋壓球。用于分段壓裂技術的可溶解憋壓球需要滿足耐高壓和可溶解的要求，因此其制作材料需要選用具有一定活性和強度的金屬材料，并進行相應改進，以滿足井底高壓環境使用，以及在富含Cl^—的壓裂液和地層水中完成電解。因此，本發明中使用金屬Mg為制作憋壓球的基體材料，金屬Mg的標準電極電位為-2.37V，腐蝕電位一般在+0.5~-1.65V之間，腐蝕主要以單價的Mg離子與水反應生成更加穩定的二價Mg產物，由于壓裂液和地層水中都富含Cl^—，所以會進一步發生反應生成MgCl₂和氫氧根離子，從而使金屬表面迅速發生電腐蝕，該反應過程如下所示：

Mg+H⁺+H₂O→Mg²⁺+OH^—+H₂

Mg(OH)₂+2Cl^—→MgCl₂+2OH^—

由于制作所述憋壓球的基體晶粒過大會降低材料強度，不利于憋壓球的承壓性能，而晶粒過小又增加生產成本，因此優選所述金屬Mg的核體晶粒直徑在60~100μm范圍內，在保證其強度及承壓的前提下，盡量降低生產成本。金屬Mg晶粒外包覆有厚度為10μm的殼體材料，用以保證溶解性能的可控。所述殼體材料在富含Cl^—的電解質溶液中的腐蝕速率低于所述基體材料，即殼體材料必須與金屬Mg之間形成電化學腐蝕電位差，以便于在完成憋壓打開滑套的工作之前，憋壓球不會開始電解。所述殼體材料若太薄，不利于腐蝕速率的控制，若太厚又占用體積過大不便于制備，因此經過多次實驗得出其厚度為10μm時為最佳厚度。此外，所述殼體材料的間隙內均勻分布有β相金屬元素，通過高溫穩定的β相金屬元素的彌散強化作用，提高憋壓球的耐壓強度。通過上述方式，以保證憋壓球的強度和溶解性能。

優選的，所述殼體材料為Al和/或Al₂O₃。Al和Al₂O₃滿足上述作為殼體材料的所有要求，并且其晶粒易于與金屬Mg聚結，便于制造。

優選的，所述β相金屬元素為Fe和/或Cu。Fe和Cu的β相結構易于獲得。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

本發明一種用于頁巖氣井分段壓裂的可溶解憋壓球，通過使用核體晶粒直徑60~100μm的金屬Mg作為基體材料，并在其外包覆有厚度為10μm的腐蝕速率低于金屬Mg的殼體材料，并在其中均與分布β相金屬元素，使基體材料、殼體材料、β相金屬元素的配比為5:3:2，從而滿足憋壓球耐高壓和可溶解的要求，實現憋壓球可在井下環境中進行可控溶解的目的。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：