[发明专利]易溶性镁合金材料及其制造方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金材料，该镁合金材料制品(如可溶球、靶镖等)用于石油井、油气井及水井下作业，可以实现增产增收和提高生产效率的多重效果。本发明还涉及该镁合金材料的制备方法和具体应用，属于镁合金技术领域。

背景技术

低、中渗透压力的石油油田或采油油井因受井下渗透压力低，造成自然产能低下，以及高渗透压力的石油油田或采油油井在采油后期由于渗透压力减低以及出油通道窄小或堵塞不通，造成石油开采效率低下、产量低甚至不出油，迫使石油开产企业采用各类先进、高新技术及其方法来提高开采效率、提高出油量。其中井下压裂技术就是其中一项先进技术，压裂技术作业中必须用到封堵材料及耗品，属于被设计为执行临时性功能或仅是暂时性需要的石油构件，如封堵用的压裂球及靶镖等关键作业材料及耗品，必须通过井上工具运送到井下预定部位，进行分段、分层封堵与压裂，直到井下作业完成。井下作业完成后要将这些封堵材料及耗品从井下到井上进行打通，以便使石油及油气顺畅地从井道喷出，实现开采。常规技术是采用磨铣作业，以去除封堵材料及耗品，如封堵用的压裂球及靶镖等，其碎削因材料种类及密度不同，将给返排作业带来技术上的难度或困难，同时二次钻井或磨铣作业又增加了高成本问题。为此，这些耗材及制品在技术上有了新突破，已采用复合材料(MMC)、铝合金、C纤维、尼龙以及酚醛材料制造，使碎削返排作业技术上难度降低，但二次钻井或磨铣作业尚未能解决。

压裂作业因地质结构和地层特性不同，可以采用酸性、碱性以及盐类压裂液，对压裂后的井下地质进行腐蚀，从而实现溶通出油通道、拓宽出油通道以及增深出油通道的技术效果。采用钢或其它可钻重金属以及铝合金因密度较大、不易腐蚀或降解速度小不利于返排作业时间要求；而复合材料(MMC)还存在易挤碎问题，满足不了高压力压裂作业要求；采用C纤维、尼龙以及酚醛材料存在难腐蚀问题或不易降解，而且封堵时如封堵球还易被拉长，易造成球座卡堵问题，必须进行二次钻井或磨铣作业。

现有工业AZ、AM、AS、WE、ZK等系列镁合金，在成分配方设计上都是力图提高耐腐蚀性，其降解速度要数年或数月。显然，不具备用于石油井下增产作业要求，满足不了在规定的作业条件、作业时间内全部溶失掉的特定要求。

申请号为200610041586.1中国发明专利申请公开《一种高耐蚀性镁合金》(申请公布号为CN1920077A)公布了一种高耐蚀性镁合金材料及技术，该申请涉及显然满足不了易溶镁合金的设计要求。类型的，中国发明专利申请CN1737212A、CN1632168A及CN101245484A分别公布了提高镁合金耐蚀性的不同处理技术及方法，显然也满足不了镁合金在高压耐温封堵作业和后续可溶返排作业两阶段不同性质的技术要求。

参考申请号为200910130736.X，的中国发明专利申请公开《生产油田可降解合金以及相关产品的方法》(申请公布号为CN101560619A)，和美国文献US2007/018224，这些文献申请公开的合金虽满足了可降解要求，但其合金体系含有部分有毒元素或对环境有害元素如镓、铅、汞、铊等。显然这些材料或合金既存在密度大，又有害，不适合现代采油技术进步与发展的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种易溶性镁合金材料。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种对环境友好的易溶性镁合金材料。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种易溶性镁合金材料的制备方法。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种易溶性镁合金材料在石油井、油气井及水井中的应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：包括下述重量百分比例组成：

Al：0.1％～15.0％；

Li：0.01％～10.0％；

Ca：0.1％～10.0％；

Zn：0.1％～6.5％；

In：0.01％～3.0％；

Ga:0.0％～2.0％；

Si：0.1％～1.5％；

Mn：0.0％～0.8％；

Zr：0.0％～1.0％；

Fe：0.016％～1.0％；

Ni：0.016％～5.0％；

Cu：0.15％～5.0％；

余量为Mg及不可避免的杂质。

较好的，所述的Li、Ca、Zn、Si、Mn、Zr、In、Ga中一种或一种以上合金元素重量百分比例的总和控制在0.01％～10.0％。