[发明专利]一种以碳纤维及聚醚醚酮为原料的压裂球制造方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于油田的压裂球，更具体的说，本发明主要涉及一种以碳纤维及聚醚醚酮为原料的压裂球制造方法。

 

背景技术

    目前，在石油勘探中所使用的压裂球主要是金属镁、铝聚合纳米材料合金加工制成，实践中其强度的抗压能力不足，使得其仅可在浅表油田中使用，当油田深度越深，压强增大，前述金属纳米合金材质的压裂球的抗压强度无法满足使用需求，进而无法达到预期的工作强度，因此有必要针对前述现有的压裂球材质及制造方法做进一步的改进。

 

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种以碳纤维及聚醚醚酮为原料的压裂球制造方法，以期望解决现有技术中压裂球在深度油田中使用时抗压强度不够，无法达到预期的工作强度等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种以碳纤维及聚醚醚酮为原料的压裂球制造方法，所述的制造方法至少包含以下步骤：

步骤A、将作为原料的碳纤维与聚醚醚酮按照（3至6）:（2至4）的比例混合，并经干燥处理调节混合物的含水量；

步骤B、计算得出加工坯料单位体积的质量，并称取与该质量相匹配的碳纤维与聚醚醚酮混合物；

步骤C、将步骤B中称取的混合物装入模具中进行预压，然后将预压后的模具进行烧结，再进行第二次压结后脱模即得到加工坯料成品；

步骤D、采用恒定的温降速度降低加工坯料成品的温度，以消除其内应力；

步骤E、根据预定的压裂球成品尺寸大小，采用机床将加工坯料成品加工成指定的球状大小，即压裂球成品。

作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤A中的碳纤维与聚醚醚酮原料均为粉末状，且它们之间相互的比例为碳纤维60%，聚醚醚酮40%。

更进一步的技术方案是：所述步骤A中的干燥方法为将混合物置于烘箱中，且其厚度小于等于30厘米，在150摄氏度的温度下干燥3小时，或在160摄氏度的温度下干燥2小时。

更进一步的技术方案是：所述步骤A中作为原料的聚醚醚酮粉末的密度为1.265克每立方厘米，碳纤维粉末的密度为1.73至1.78克每立方厘米，且它们组成混合物后的密度为1.56至1.6克每立方厘米。

更进一步的技术方案是：所述步骤B中加工坯料的形状为圆形柱状体；所述步骤B中得到加工坯料单位体积质量的计算方法为圆形柱状体的体积乘以碳纤维与聚醚醚酮混合物的密度。

更进一步的技术方案是：所述步骤C中预压后混合物的烧结温度为300至500摄氏度，时间为2至5小时。

更进一步的技术方案是：所述第二次压结为采用液压机向烧结后模具中的混合物施加2.5至10兆帕的压力，并维持压力状态30至40分钟。

更进一步的技术方案是：所述步骤D中恒定的温降速度为10至100摄氏度每分钟。

更进一步的技术方案是：所述步骤D中采用恒定的温降速度将加工坯料成品的温度降低至150摄氏度，并保温1小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：由于聚醚醚酮大分子链上含有刚性的苯环，柔顺的醚键及羧基，结构规整，具有优良的力学性能，耐化学腐蚀，抗辐射，抗疲劳以及显著的热定性；然而碳纤维是一种高强度、高模量，低密度的增强材料，兼具耐高温，耐浓酸侵蚀，热膨胀系数小，热导率高，摩擦系数小，导电系数优良等突出的特点，从而使得前述材质聚合而成的压裂球的耐压能力及抗腐蚀能力均优于现有金属与纳米合金材质的压裂球；同时本发明所提供的一种以碳纤维及聚醚醚酮为原料的压裂球制造方法的原材料简便易得，操作简单，适于压裂球的工业化生产，易于推广。

 

具体实施方式

下面再对本发明作进一步阐述。

本发明的一个实施例是一种以碳纤维及聚醚醚酮为原料的压裂球制造方法，所述的制造方法至少包含以下步骤：

步骤A、将作为原料的碳纤维与聚醚醚酮按照（3至6）:（2至4）的比例混合，并经干燥处理调节混合物的含水量；在本步骤中，优选的技术手段是采用粉末状的碳纤维与聚醚醚酮为原料；在此，前述的干燥方法为将混合物置于烘箱中，且使其厚度小于等于30厘米，在150摄氏度的温度下干燥3小时，或在160摄氏度的温度下干燥2小时，例如碳纤维与聚醚醚酮的吸湿率为0.5%，通过前述的方法即可将混合物的含水量降低至0.1%以下；

步骤B、计算得出加工坯料单位体积的质量，并称取与该质量相匹配的碳纤维与聚醚醚酮混合物；在本实施例中，前述加工坯料的形状为圆形柱状体；