CN104096833B - 一种用于井下施工用的可溶解金属材料 - Google Patents
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Abstract
一种用于井下施工用的可溶解金属材料，包括网状金属骨架、填充材料，网状金属骨架是由纳米镁线或者纳米镁合金线或者纳米镁和纳米镁合金的混合物制成的金属线材料组成的空间网格状结构，充填材料包括纳米锌、纳米铁或者纳米镍，充填材料以粉状或者纳米短金属线的形式或者两者的相结合的形式填充在空间网格状结构中。由本金属材料做成的油气井井下施工的部分组件在发挥其作用后可以自行溶解。
Description
技术领域
本发明涉及一种可溶解的油气井井下施工材料，特别是一种利用纳米金属线编织而成的网状骨架及其填充结构。
背景技术
目前，在石油工程技术领域，油气井井下施工的部分组件在发挥其作用后不但会成为累赘而且会在某些程度上影响施工的进行。例如压裂管柱的扶正器在施工时起着至关重要的定位作用，施工后有可能被压裂砂填埋而造成管柱无法起出。故急需发明一种可以在井下施工过后的施工工具可以自行溶解的金属材料。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种用于井下施工用的可溶解金属材料，该金属材料可用于制作压裂管柱扶正器、多级压裂中用于打开滑套的金属球、封隔器本体、射孔枪等等，应用前景广泛。
实现上述目的本发明的技术方案为，该用于井下施工用的可溶解金属材料，包括网状金属骨架、填充材料，网状金属骨架是由纳米镁或者纳米镁合金或者纳米镁和纳米镁合金的混合物制成的金属线材料组成的空间网格状结构，填充材料包括纳米镁粉、纳米石墨颗粒或者其他金属活性小于镁的金属粉，填充材料以粉状或者纳米短金属线的形式或者两者的相结合的形式填充在空间网格状结构中。并且需要在隔绝氧气的条件下加热至400-700度，加压至5兆帕-50兆帕进行压制。
进一步的，纳米镁合金线的直径小于5微米。
进一步的，填充材料还可以为纳米锌粉、纳米铁粉、纳米镍粉或者纳锰粉。
进一步的，网状金属骨架在施工后依靠钻井井液中的离子即可使其缓慢溶解，或者注入高浓度酸性电解液加速其溶解，高浓度酸性电解液氯离子含量5g/L-20g/L，加快骨架本体金属腐蚀的速率，骨架逐渐溶解，溶解过程中的化学反应式为：
Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2，
Mg+2Cl-＝MgCl2+2e，
Mg(OH)2+2Cl-＝MgCl2+2OH-。
进一步的，网状金属骨架的孔隙度控制在5％-40％，渗透率控制在10毫达西以上。
进一步的，网状金属骨架整体呈圆柱体，网状金属骨架渗透率由圆柱体外部向内部逐渐增大，以便表皮溶解速度慢，内部溶解速度快，以保证施工时金属材料不会溶解，而施工结束后，该材料的溶解越来越快。
进一步的，网状金属骨架中可混入高强度碳纤维以增加材料本体的强度。使用前必须隔绝空气密封储存
镁及镁合金具有密度低、强度高、承受动载静载的能力强、弹性模量和泊松比与其他施工材料相近，同时镁及镁合金的化学稳定性差，易被腐蚀，尤其在氯离子环境下有着很强的腐蚀表现，故用该网状金属骨架制作而成的可在井下自行溶解。
附图说明
图1是本发明网状金属骨架的结构示意图；
图2是本发明网状金属骨架的局部放大图；
图中，1、网状金属骨架；2、金属线；3、填充材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1和图2所示，一种利用纳米金属线编织而成的网状骨架，包括网状金属骨架1，所述网状金属骨架的本体是用纳米金属线2编织而成的空间网状结构，所述空间网状结构的空隙中填充有填充材料3；所述纳米金属线2为纳米镁金属线或纳米镁合金金属线；所述填充材料3以粉状物或短金属线状物或二者相结合的混合物；所述填充材料3为纳米锌、纳米铁或纳米镍或者纳锰，利用其自身的腐蚀特性，可在不需要时自行消除。
在本实施方案中，将含有该金属部件的井下施工工具下入油气井中施工，施工后依靠钻井井液中的离子即可使金属慢慢溶解，或注入高浓度酸性电解液加速其溶解，如打入含有5g/L-20g/L的氯离子含量的酸性电解液，加快骨架本体金属腐蚀的速率，骨架逐渐溶解。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于井下施工用的可溶解金属材料，包括网状金属骨架、填充材料，所述网状金属骨架是由纳米镁金属线、纳米碳管、纳米镁合金线或者上述三种材料的混合物组成的空间网格状结构，所述填充材料包括纳米镁粉、纳米石墨颗粒或者其他金属活性小于镁的金属粉，所述填充材料以粉状或者纳米短金属线的形式或者两者的相结合的形式填充在空间网格状结构中，并且需要在隔绝氧气的条件下加热至400-700度，加压至5兆帕-50兆帕进行压制；所述网状金属骨架在施工后依靠钻井井液中的离子即可使其缓慢溶解，或者注入高浓度酸性电解液加速其溶解，所述高浓度酸性电解液氯离子含量为5g/L-20g/L，加快骨架本体金属腐蚀的速率，骨架逐渐溶解，溶解过程中的化学反应式为：
Mg+2H2O＝Mg(OH)2+H2，
Mg+2Cl-＝MgCl2+2e，
Mg(OH)2+2Cl-＝MgCl2+2OH-；
所述网状金属骨架的孔隙度控制在5％-40％，渗透率控制在10毫达西以上；所述网状金属骨架整体呈圆柱体，所述网状金属骨架渗透率由圆柱体外部向内部逐渐增大，以便表皮溶解速度慢，内部溶解速度快，以保证施工时金属材料不会溶解，而施工结束后，该材料的溶解越来越快。
2.根据权利要求1所述的一种用于井下施工用的可溶解金属材料，其特征在于，所述填充材料为纳米锌粉、纳米铁粉、纳米镍粉或者纳米锰粉。
3.根据权利要求1所述的一种用于井下施工用的可溶解金属材料，其特征在于，所述网状金属骨架中混入高强度碳纤维以增加材料本体的强度。
4.根据权利要求1所述的一种用于井下施工用的可溶解金属材料，其特征在于，使用前必须隔绝空气密封储存。
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