[發明專利]一種可降解合金及其作為單卡瓦式可溶橋塞的應用

有效

• 申請號: 201810314496.8
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108533214B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 陸朝暉;賀培;程禮軍;張燁;荊毅;張健強;董兵強;鄭永華
• 申請（專利權）人: 重慶地質礦產研究院
• 主分類號: E21B33/134
• 分類號: E21B33/134;E21B33/129;C22C23/04;C22C18/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發明公開了一種可降解合金及其作為單卡瓦式可溶橋塞的應用，其包括如下組分：Zn為60~75%，Mg為5~15%，Na為5~10%，Fe為1~5%，C為0.1~0.5%，Si為0.5~2%，Ni為0.5~2%，以及不可避免的雜質；以上各組分質量分數之和為100%。利用可降解合金制造壓裂施工用工具，工具在完成工作任務后自行在井下消融，能完全降解，不存在易卡澀、堵塞通道問題，并且降解時間可控，密封性能和承壓性能優良。

技術領域

本發明涉及石油天然氣、頁巖氣、煤層氣儲層壓裂改造領域，具體涉及一種可降解合金及其作為單卡瓦式可溶橋塞的應用。

背景技術

隨著我國社會經濟的發展，對能源的需求量越來越大，油氣資源進口量和進口比持續攀升，我國已有的高效經濟性油氣藏越來越少。為緩解保證我國能源安全，開發非常規和低效油氣資源已迫在眉睫，而儲層改造技術是開發這類資源有效技術之一，分段壓裂技術是儲層改造常用且較成功的工藝技術，同時橋塞工具是分段壓裂技術常用工具之一。

多層多段壓裂中，層段間需使用封隔工具，如壓裂球、橋塞，分隔后逐層進行壓裂改造，待所有層段施工完成后再將封隔工具返排出井筒，以便打通井道實現油、氣的開采。

目前，常用封隔工具大多由鋼材制得，存在鉆銑困難、耗時長、鉆后粉末、碎塊不易返排等缺點。作為第一代的鋼鐵材料因為比重大，存在返排困難；第二代復合材料，盡管解決了比重大的問題，但是因為不能完全降解，存在易卡澀、堵塞通道問題，而且原材料生產與加工需依賴進口，費用昂貴；在井下開采過程中并不能完全降解，存在易卡澀的特點。

CN104651691B公開了一種快速降解鎂合金材料，該材料包括如下組分Al、Li、Ca、Y、Si、Ni、Cu、Fe等元素，所述的Ni、Cu、Fe三個組元合金元素，處于配方設計要求或熔煉鑄造中難以控制等原因，三者不宜同時使用，Fe可以在使用Ni或Cu時允許有不可控制的殘量帶入。Al是主加合金元素，與Mg構成快速降解鎂合金的基礎體系，具體應用時，其降解時間較短，因此應用范圍單一，無法滿足長時間溶解的工作需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種可降解合金及其作為單卡瓦式可溶橋塞的應用，利用可降解合金制造壓裂施工用工具，工具在完成工作任務后自行在井下消融，能完全降解，不存在易卡澀、堵塞通道問題，并且降解時間可控，密封性能和承壓性能優良。

本發明所述的可降解合金，其包括如下組分：

Zn為60~75%，Mg為5~15%，Na為5~10%，Fe為1~5%，C為0.1~0.5%，Si為0.5~2%，Ni為0.5~2%，以及不可避免的雜質；以上各組分質量分數之和為100%。

采用高含量比的Zn元素，主要影響可降解合金的溶蝕時間，同時也適度提高了合金的剛度，Zn在常溫水環境中反應速度遠低于Mg或者幾乎不反應，在高溫水環境條件下反應速率也較慢，使合金能夠承受高溫井下環境，延長了合金的溶蝕時間，滿足長時間承壓和可溶的需求。保留少量比例的Mg含量，主要目的在于維持合金的可溶性和活躍性，加入少量Na元素主要是依靠Na 元素的強活躍性，為合金溶蝕提供一定的能量。加入少量C和Fe元素，主要影響合金剛度，相較于現有可降解材料，其力學剛度大幅度增加，相同工具結構條件下采用該合金的工具其剛度值增加1倍及以上；承壓密封時保證了工具結構不易變形，具有優良的密封性能和承壓性能。少量的Si和Ni主要為了保證和調節合金的強度、剛度和穩定性等性能。

其適用于：井下溫度條件60-120℃，最大承壓100MPa，60℃條件下全溶時間需10天及以上，120℃條件下全溶時間需3天及以上。

進一步，所述的可降解合金，其包括如下組分：

Zn為70%，Mg為15%，Na為9.5%，Fe為3%，C為0.5%，Si為1%，Ni為1%，以及不可避免的雜質。

一種可降解合金，其包括如下組分：