CN105385918A - 一种可溶解合金及其制备方法和应用 - Google Patents

一种可溶解合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可溶解合金及其制备方法和应用。以质量百分比计，可溶解合金含有：铝0.5-8.0wt％、硅0.5-6.0wt％、铜0.4-5.0wt％、锡0.8-6.0wt％、锌0.3-4wt％和余量的镁。上述可溶解合金的制备方法包括以下步骤：将金属镁、铝、铜、锡和锌熔炼为熔体；将Al-50wt％Si中间合金加入到上述熔体中，搅拌均匀后浇铸，制得可溶解合金；在满足各组分配比的前提下，硅是以Al-50wt％Si中间合金的形式加入的。该可溶解合金可制成的压裂桥塞用于采油工程中。

Description

一种可溶解合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于采油工程领域，具体涉及一种可溶解合金及其制备方法和应用。
背景技术
在油气田开发领域中，压裂桥塞通常在压裂完成后需要及时磨铣去除，从而保持畅通的井筒为后续生产和井下作业创造有利条件。这类桥塞通常由钢、铸铁或复合材料构成，磨铣过程费工费时，磨铣过程中产生碎屑影响井筒畅通，并且施工造成成本增加，新井投产时间长。因此，为了节省工时和成本，需要开发新的压裂桥塞材料。
发明内容
为克服上述问题，本发明的目的是提供一种可溶解合金，该合金可在盐溶液中被较快的溶解。
本发明还提供了上述可溶解合金的制备方法。
本发明另外提供了上述可溶解合金制成的压裂桥塞。
为达到上述目的，本发明提供了一种可溶解合金，以质量百分比计，该合金含有：铝(Al)0.5-8.0wt％、硅(Si)0.5-6.0wt％、铜(Cu)0.4-5.0wt％、锡(Sn)0.8-6.0wt％、锌(Zn)0.3-4wt％和余量的镁(Mg)。
在上述可溶解合金中，优选地，以质量百分比计，该合金含有铝2.9-4.7wt％、硅1.8-3.8wt％、铜0.5-3.2wt％、锡2.0-3.5wt％、锌0.5-2.3wt％和余量的镁。
上述可溶解合金中的组分所起的主要作用如下：
铝可以改善铸件的可铸造性，提高铸件强度，同时可以提高硅的固溶度，同时调制可溶解合金的腐蚀速率；
硅可改善合金的热稳定性和抗蠕变性能，细化晶粒，在晶界处可形成细小弥散的析出相Mg2Si，有较高的熔点和硬度；
铜在可溶解合金可以改善铸造性能，同时铜可以调制可溶解合金的腐蚀速率；
锡在可溶解合金中形成Mg2Sn硬化相，同时调制可溶解合金的腐蚀速率；
锌可以改善可溶解合金的强度，同时调制可溶解合金的腐蚀速率。
本发明提供的可溶解合金在盐溶液中可被较快的溶解，而且其腐蚀速率可通过改变成份和结构在很大范围内调整，腐蚀产物也无毒无害。另外，上述可溶解合金设计合理便于合成，而且具有性能稳定、强度高、密度低(1.76-2.01g/cm3)、价格便宜等特点。
另外，本发明提供的可溶解合金的在盐溶液中被溶解中，形成的腐蚀表面疏松多孔，易于剥落，保证腐蚀溶解过程持续进行，无氧化膜覆盖产生的钝化现象。
本发明另外提供了上述可溶解合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
将镁、铝、铜、锡和锌熔炼为熔体；
将Al-50wt％Si中间合金加入到上述熔体中，搅拌均匀后浇铸，制得可溶解合金；
在满足各组分配比的前提下，Si是以Al-50wt％Si中间合金的形式加入的。
在上述可溶解合金的制备方法中，Al-50wt％Si中间合金在使用前，被预先研碎。
在上述可溶解合金的制备方法中，优选地，所述熔炼是在以下条件进行的：熔炼温度为720-750℃，熔炼真空度为5×10-3Pa至3×10-2Pa。
在上述可溶解合金的制备方法中，优选地，所述熔炼温度为735-740℃。
在上述可溶解合金的制备方法中，优选地，该方法还包括在搅拌均匀后进行保温的步骤；保温的时间优选为15min。
在上述可溶解合金的制备方法中，优选地，在所述浇筑步骤中，所用到的模具先被预热；进一步优选地，预热温度优选为200℃。
在上述可溶解合金的制备方法中，优选地，所述金属镁、铝、铜、锡和锌的纯度为99.9％。
本发明还提供了上述可溶解合金作为压裂桥塞材料的应用。
在井下作业中，使用上述可溶解合金来代替传统桥塞材料制成的工具，可在井下作业完成后可逐步被溶解掉，从而免去后续磨铣作业，将节省大量工时和成本。
本发明提供了一种组分设计合理、密度低的可快速溶解合金，该合金的溶解速率在0.1-20mg/cm2·h，溶解速率可以通过改变成分进行调整，满足不同现场作业要求；另外，制备可溶解合金所用的原材料价格便宜、无毒无害、易获取，制备工艺简单合理、操作方便，而且可方便地调节合金的溶解速率。
附图说明
图1为实施例3制得的可溶解合金腐蚀初期的表面微观形貌图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种可溶解合金。
以质量百分比计，本实施例中的可溶解合金含有：铝3.4-3.5wt％、硅2.0-2.2wt％、铜1.5-1.6wt％、锡2.0-2.1wt％、锌1.4-1.5wt％和余量的镁。
制备可溶解合金前的准备：
根据设计的成分配比进行备料，其中，Si的用量换算为Al-50wt％Si中间合金的用量；铝的用量包括以上述中间合金中的量以及金属铝的量；金属镁、铝、铜、锡、锌的纯度都为99.9％；Al-50wt％Si中间合金被预先研碎。
制备可溶解合金的过程包括以下步骤：
1、采用电磁感应炉进行熔炼，将按照配比备好的金属镁、铝、铜、锡和锌加入熔炼炉坩埚内，电磁搅拌下，在温度为735-740℃、真空度为5×10-3Pa至3×10-2Pa的条件下熔炼5min得到熔体。
2、将研碎的Al-50％Si中间合金加入到步骤(1)制成的熔体中，电磁搅拌混合均匀后保温15min，得到可溶解合金熔体。
3、将步骤(2)得到的可溶解合金熔体倒入被预热为200℃的模具内浇铸成型，得到可溶解合金。
对制得的可溶解合金进行溶解测试：
将上述可溶解合金锭机加工成直径为10mm，高为15mm的圆柱试样若干，浸泡在质量浓度为1％KCl溶液中，采用失重法测得可溶解合金的平均溶解速率约为0.4mg/cm2·h。
实施例2
本实施例提供了一种可溶解合金。
以质量百分比计，本实施例中的可溶解合金含有：铝3.9-4.0wt％、硅2.2-2.3wt％、铜2.3-2.4wt％、锡2.7-2.8wt％、锌0.7-0.8wt％和余量的镁。
制备可溶解合金前的准备：
根据设计的成分配比进行备料，其中，Si的用量换算为Al-50wt％Si中间合金的用量；铝的用量包括以上述中间合金中的量以及金属铝的量；金属镁、铝、铜、锡、锌的纯度都为99.9％；Al-50wt％Si中间合金被预先研碎。
制备可溶解合金的过程包括以下步骤：
1、采用电磁感应炉进行熔炼，将按照配比备好的金属镁、铝、铜、锡和锌加入熔炼炉坩埚内，电磁搅拌下，在温度为735-740℃、真空度为5×10-3Pa至3×10-2Pa的条件下熔炼5min得到熔体。
2、将研碎的Al-50％Si中间合金加入到步骤(1)制成的熔体中，电磁搅拌混合均匀后保温15min，得到可溶解合金熔体。
3、将步骤(2)得到的可溶解合金熔体倒入被预热为200℃的模具内浇铸成型，得到可溶解合金。
对制得的可溶解合金进行溶解测试：
将上述可溶解合金锭机加工成直径为10mm，高为15mm的圆柱试样若干，浸泡在浓度为1％KCl溶液中，采用失重法测得可溶解合金的平均溶解速率约为1.8mg/cm2·h。
实施例3
本实施例提供了一种可溶解合金。
以质量百分比计，本实施例中的可溶解合金含有：铝4.1-4.2wt％、硅2.9-3.0wt％、铜3.0-3.1wt％、锡3.1-3.2wt％、锌1.9-2.0wt％和余量的镁。
制备可溶解合金前的准备：
根据设计的成分配比进行备料，其中，Si的用量换算为Al-50wt％Si中间合金的用量；铝的用量包括以上述中间合金中的量以及金属铝的量；金属镁、铝、铜、锡、锌的纯度都为99.9％；Al-50wt％Si中间合金被预先研碎。
制备可溶解合金的过程包括以下步骤：
1、采用电磁感应炉进行熔炼，将按照配比备好的金属镁、铝、铜、锡和锌加入熔炼炉坩埚内，电磁搅拌下，在温度为735-740℃、真空度为5×10-3Pa至3×10-2Pa的条件下熔炼5min得到熔体。
2、将研碎的Al-50％Si中间合金加入到步骤(1)制成的熔体中，电磁搅拌混合均匀后保温15min，得到可溶解合金熔体。
3、将步骤(2)得到的可溶解合金熔体倒入被预热为200℃的模具内浇铸成型，得到可溶解合金。
对制得的可溶解合金进行溶解测试：
将上述可溶解合金锭机加工成直径为10mm，高为15mm的圆柱试样若干，浸泡在浓度为1％KCl溶液中，采用失重法测得可溶解合金的平均溶解速率约为6.4mg/cm2·h(图1为该可溶解合金腐蚀初期的表面微观形貌图)。
通过上述实施例可知，本发明制得的可溶解合金，合金便于合成，性能稳定，可满足不同现场作业要求。

Claims (10)

1.一种可溶解合金，以质量百分比计，该合金含有：铝0.5-8.0wt％、硅0.5-6.0wt％、铜0.4-5.0wt％、锡0.8-6.0wt％、锌0.3-4wt％和余量的镁。
2.根据权利要求1所述的可溶解合金，其中，以质量百分比计，该合金含有铝2.9-4.7wt％、硅1.8-3.8wt％、铜0.5-3.2wt％、锡2.0-3.5wt％、锌0.5-2.3wt％和余量的镁。
3.一种权利要求1或2所述的可溶解合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
将金属镁、铝、铜、锡和锌熔炼为熔体；
将Al-50wt％Si中间合金加入到所述熔体中，搅拌均匀后浇铸，制得可溶解合金；
在满足各组分配比的前提下，硅是以Al-50wt％Si中间合金的形式加入的。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述熔炼是在以下条件进行的：熔炼温度为720-750℃，熔炼真空度为5×10-3Pa至3×10-2Pa。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述熔炼温度为735-740℃。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其中，该方法还包括在搅拌均匀后进行保温的步骤。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述保温的时间为15min。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其中，在所述浇筑步骤中，所用到的模具先被预热；优选地，所述预热的温度为200℃。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述金属镁、铝、铜、锡和锌的纯度为99.9％。
10.权利要求1或2所述的可溶解合金作为压裂桥塞材料的应用。
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