CN106536773A - 可腐蚀的井下制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金，其中合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTM B557‑10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度。本发明还涉及用于生产该合金的方法、包括该合金的井下工具以及使用该井下工具的水力压裂方法。
Description
本发明涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金、用于制造这种合金的方法、包含该合金的制品和该制品的用途。
背景
石油和天然气工业利用被称为水力压裂或“压裂”的技术。这通常涉及用在含石油和/或含天然气的岩石中的钻孔系统的水增压，以便压裂岩石以释放石油和/或天然气。
为了实现这种增压，可以使用阀来分离钻孔系统的不同部分。这些阀被称为井下阀，在本发明的上下文中使用的词语井下是指用于井或钻孔中的制品。
形成这种阀的一种方式包括使用被称为压裂球的材料的球体来密封钻孔的部分。压裂球可以由铝、镁、聚合物或复合材料制成。
使用压裂球的问题涉及在压裂操作已经完成后它们如何被移除以便允许流体流过井或钻孔。这样做的一种方式是钻穿压裂球。然而，这种类型的钻穿工艺可能妨碍生产，并且是昂贵的、困难的并且因此是不合意的。
对这个问题的一种提出的解决方案是由在井或钻孔中的条件下将溶解或腐蚀的材料形成压裂球。需要考虑的与这种可腐蚀的制品相关的问题是确保它们以这样的速度腐蚀，该速率允许它们在它们被要求执行其功能的时间段内保持是可用的，但允许它们之后腐蚀或溶解。
已经使用可降解聚合物以提供用于这种方法中的可腐蚀的制品。然而，这些聚合物通常不具有特别高的机械强度。
可选择的可腐蚀的制品在以Xu等人的名义的美国专利第8,425,651号中描述。该文献描述了粉末金属复合材料，其包含优选地由Al或Ni或其组合制成的纳米基体，多个第一颗粒、多个第二颗粒和固态粘结层被分散在所述纳米基体中。第一颗粒包括Mg、Al、Zn或Mn或它们的组合，并且第二颗粒包括碳纳米颗粒。复合材料可以通过形成所需组分的粉末混合物并且然后对粉末施加温度和压力以烧结复合材料并且使复合材料变形(但不熔化)以形成粉末复合材料来生产。这种粉末冶金方法的问题在于它们是复杂且昂贵的。
另一种可腐蚀的制品在以Mazyar等人的名义的美国专利申请公布第2012/0318513号中描述。在该文献中，可腐蚀的制品被描述为具有可腐蚀的芯和覆盖芯的金属层。芯材料被描述为镁合金。然而，似乎镁和以不是合金的形式的一种或多种其他材料的组合也被意图通过使用Mazyar等人中的术语“合金”来覆盖。例如，该文献涉及镁与钨的合金，而形成镁-钨合金实际上在技术上不可行。类似地，Mazyer等人还提到用金属氧化物涂覆的镁粉末可用于形成芯，其也不是镁“合金”。因此，Mazyar等人似乎利用术语“镁合金”来意指镁和另一金属被组合的任何方式。金属层被描述为包括铝或镍。
可溶解的钻孔隔离装置在以Halliburton Energy Services,Inc.的名义的美国专利申请公布第2014/0124216号中描述。尽管对如何制造装置有最少的描述，但是似乎再次形成粉末复合材料而不是“合金”。此外，该文献仅提及镁作为大量组分之一，其中镁不是优选组分之一。该装置还需要存在溶解于钻孔中的流体中的“电解化合物”。类似地，也以Halliburton Energy Services,Inc.的名义的相关美国专利申请公布第2014/0190705号仅提及镁作为大量组分之一，其中镁不是优选组分之一。该文献还需要存在溶解于钻孔中的流体中的“电解化合物”。
尽管在Mazyar等人中描述了铸造、锻造和机械加工，但是这些仅以非常通用的术语被提及(例如，未陈述方法步骤和加热温度)，并且未描述所得材料的结构。此外，形成可腐蚀的制品的优选方法是通过将粉末压制成期望的形状，例如通过使用等静压机的冷压缩。如上所述，此类粉末冶金方法是复杂且昂贵的。此外，所得粉末复合材料可以具有差的机械性质。
因此，在石油和天然气工业中存在对提供可腐蚀的制品的需求，该可腐蚀的制品提供期望的的腐蚀特性，同时还具有改进的机械性质，并且以比目前可以实现的更低的成本。对于可腐蚀的制品还有利的是具有相对低的密度(例如，一般与金属相比)。本发明寻求改善这些问题。
发明陈述
本发明涉及镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTM B557-10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度(proof strength)。
关于本发明，术语“合金”用于意指通过将两种或更多种金属元素混合并熔融、通过将它们熔化在一起、使它们混合并且重新凝固而制成的组合物。
关于本发明，术语“稀土金属”用于指十五个镧系元素，以及Sc和Y。
镁合金优选地包含Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。在一些实施方案中，Ni是优选的。这些金属元素促进合金的腐蚀。在所有实施方案中，合金优选地包含以在按重量计0.01％和15％(wt％)之间的并且在一些实施方案中更优选地在按重量计0.1％和10％之间、甚至更优选地在按重量计0.2％和按重量计8％之间的量的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种、更优选地Ni。
镁合金中的金属的特别优选的组合包括Mg-Al-Zn-Mn、Mg-Al-Mn、Mg-Zn-Zr、Mg-Y-RE-Zr、Mg-Zn-Cu-Mn、Mg-Nd-Gd-Zr、Mg-Ag-RE-Zr、Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Gd-Y-Zr、Mg-Al-Ca-Mn和Mg-Al-Sn-Zn-Mn。这些另外的元素可以通过形成镁与那些元素的合金、并且然后向熔化的合金中添加腐蚀促进金属元素(即Ni、Co、Ir、Au、Pd和/或Cu)被包含。
在第一优选实施方案中，镁合金包含(a)0.01-10wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，(b)1-10wt％的Y，(c)1-15wt％的除Y之外的至少一种稀土金属，和(d)0-1wt％的Zr。
在第一实施方案中，镁合金包含以1-15wt％的量、更优选地以1-10wt％的量、甚至更优选地以1.5-5.0wt％的量的除Y之外的一种或多种稀土金属。除Y之外的优选稀土金属是Nd。合金中的Nd的特别优选的量为1.7-2.5wt％、更优选地2.0-2.3wt％。
在第一实施方案中，镁合金包含以1-10wt％的量、优选地以2.0-6.0wt％的量、更优选地以3.0-5.0wt％的量、甚至更优选地以3.3-4.3wt％或3.7-4.3wt％的量的Y。
在第一实施方案中，镁合金包含以多至1wt％的量的Zr。在一些实施方案中，镁合金包含以0.05-1.0wt％的量、更优选地以0.2-1.0wt％的量、甚至更优选地以0.3-0.6wt％量的Zr。在一些实施方案中，镁合金包含以多至0.6wt％的量、优选地多至0.3wt％、更优选地多至0.15wt％的量的Zr。在一些实施方案中，镁合金基本上不含Zr(例如，镁合金包含小于0.05wt％的Zr)。
对于所有实施方案，优选地，合金的其余部分是镁和附带的杂质。优选的是，镁合金中的Mg的含量优选地为至少80wt％、更优选地为至少85wt％、甚至更优选地为至少87wt％。
第一实施方案的特别优选的组合物是镁合金，其包含3.3-4.3wt％的Y、0.2-1.0wt％的Zr、2.0-2.5wt％的Nd以及任选地0.3-1.0wt％的其它稀土元素，其中Ni作为腐蚀促进金属元素。第一实施方案的替代优选组合物是镁合金，其包含3.3-4.3wt％的Y、多至0.2wt％的Zr、1.7-2.5wt％的Nd以及任选地0.3-1.0wt％的其它稀土元素，其中Ni作为腐蚀促进金属元素。
在第一实施方案中，镁合金优选地包含以在按重量计0.01％和10％之间、更优选地在按重量计0.1％和8％之间、甚至更优选地在按重量计0.2％和按重量计7％之间的量的Ni。另一种特别优选的组合物是包含3.3-4.3wt％的Y、0.2-1.0wt％的Zr、2.0-2.5wt％的Nd和0.2-7wt％的Ni的镁合金。可选择的另一种特别优选的组合物是包含3.3-4.3wt％的Y、0.2wt％或更少的Zr、1.7-2.5wt％的Nd和0.2-7wt％的Ni的镁合金。优选的是，合金的其余部分是镁和附带的杂质。
在第二优选实施方案中，镁合金包含(a)0.01-10wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，(b)1-15wt％的Al，(c)0.1-1wt％的Mn，和(d)任选地Ca、Sn和Zn中的一种或多种。
在第二实施方案中，镁合金包含1-15wt％的Al、优选地2-12wt％的Al，更优选地2.5-10wt％的Al。
在第二实施方案中，镁合金包含0.1-1wt％的Mn、优选地0.1-0.8wt％的Mn、更优选地0.2-0.6wt％的Mn。
在第二实施方案中，镁合金任选地包含Ca、Sn和Zn中的一种或多种。当合金包含Sn时，Sn优选地为以2-6wt％、更优选地3-5wt％的量。当合金包含Zn时，Zn优选地为以0.1-3wt％、更优选地0.2-2.5wt％的量。在一些实施方案中，合金包含Sn和Zn二者。当合金包含Ca时，Ca优选地为以1-10wt％、更优选2-6wt％的量。
在第二实施方案中，镁合金优选地包含以在按重量计0.01％和10％之间、更优选地在按重量计0.01％和5％之间、甚至更优选地在按重量计0.1％和按重量计3％之间的量的Ni。
在第三优选实施方案中，镁合金包含(a)0.01-15wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，(b)1-9wt％的Zn，和(c)任选地Mn和Zr中的一种或多种。
在第三实施方案中，镁合金包含1-9wt％的Zn、优选地5-8wt％的Zn、更优选地6-7wt％的Zn。
在第三实施方案中，当合金包含Mn时，Mn优选地为以0.1-1wt％、更优选地0.5-1.0wt％、甚至更优选地0.7-0.9wt％的量。
在第三实施方案中，镁合金优选地包含以在按重量计0.01％和10％之间、更优选地在按重量计0.01％和7％之间、甚至更优选地在按重量计0.1％和按重量计5％之间的量的Ni。
在第三实施方案中，镁合金还可以包含优选地以0.1-5wt％、更优选地0.5-3wt％、甚至更优选地1-2wt％的量的Cu。在一些实施方案中，合金包含Mn和Cu二者。
在第三实施方案中，当镁合金包含Zr时，Zr优选地为以多至1wt％的量、更优选地为以0.05-1.0wt％的量、甚至更优选地为以0.2-1.0wt％的量、更优选地为以0.3-0.7wt％的量。
优选的是，腐蚀促进金属元素(即Ni、Co、Ir、Au、Pd和/或Cu)在850℃下在熔化的镁中具有按重量计至少0.1％的溶解度。优选地，腐蚀促进金属元素在850℃下在熔化的镁中具有按重量计至少0.5％、更优选地按重量计至少1％的溶解度。在一些实施方案中，优选的是，腐蚀促进金属元素在其即将在850℃下被添加至的熔化的镁合金中具有按重量计至少1％的溶解度。关于熔化的材料，术语“溶解度”用于意指腐蚀促进金属元素溶解在熔化的镁或镁合金中。
优选地，腐蚀促进金属元素在25℃下在固体镁中具有按重量计小于0.1％、更优选地按重量计小于0.01％的溶解度。在一些实施方案中，优选的是，腐蚀促进金属元素在其即将在25℃下被添加至的固体镁合金中具有按重量计小于0.1％、更优选地按重量计小于0.01％的溶解度。关于固体材料，术语“溶解度”用于意指腐蚀促进金属元素的原子以单相(即，而不是形成分离相)无规分布在整个合金中。
镁合金优选地在38℃(100F)下在3％KCl中具有至少50mg/cm2/天、优选地至少75mg/cm2/天、甚至更优选地至少100mg/cm2/天的腐蚀速率。优选的是，镁合金在93℃(200F)下在15％KCl中具有至少75mg/cm2/天、优选地至少250mg/cm2/天、甚至更优选地至少500mg/cm2/天的腐蚀速率。优选的是，在38℃下在3％KCl中的或在93℃(200F)下在15％KCl中的腐蚀速率小于15,000mg/cm2/天。
优选的是，当使用标准拉伸测试方法ASTM B557-10测试时，镁合金具有至少75MPa、更优选地至少100MPa、甚至更优选地至少150MPa的0.2％保证强度。优选的是，0.2％保证强度小于700MPa。材料的保证强度是材料应变从弹性变形变为塑性变形、导致材料永久变形的应力。
优选的是，当已添加Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种时，镁合金的0.2％保证强度为基础合金(base alloy)的0.2％保证强度的至少80％、更优选地至少90％。术语“基础合金”用于意指没有添加Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种的镁合金。甚至更优选地，当已添加Ni时，镁合金的0.2％保证强度为基础合金的0.2％保证强度的至少80％、更优选地至少90％。
本发明还涉及包含上述镁合金的可腐蚀的井下制品，例如井下工具。在一些实施方案中，可腐蚀的井下制品是压裂球、塞子、封隔器或工具组件。压裂球在形状上优选地是大体上球形的。在一些实施方案中，压裂球基本上由上述镁合金组成。
本发明还涉及一种用于生产适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金的方法，包括以下步骤：
(a)熔化镁或镁合金，
(b)向熔化的镁或镁合金中添加Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，使得Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种熔化，
(c)混合所得的熔化的镁合金，以及
(d)铸造镁合金。
优选地，该方法用于生产如上文所定义的镁合金。优选的是，熔化步骤在650℃(即纯镁的熔点)或更高、优选地小于1090℃(纯镁的沸点)的温度下进行。优选的温度范围为650℃至850℃、更优选地700℃至800℃、最优选地约750℃。
铸造步骤通常包括将熔化的镁合金浇注到模具中，并且然后允许其冷却和凝固。模具可以是压铸模具、永久模具、砂模具(sand mould)、精铸模具、直接冷铸(DC)模具或其他模具。
在步骤(c)之后，所述方法可以包括以下另外的步骤中的一个或多个：(d)挤出，(e)锻造，(f)滚压，(g)机械加工。
优选的是，步骤(a)包括使镁合金熔化。优选地，步骤(a)的镁合金包含Al、Zn、Mn、Zr、Y、稀土金属、Cu、Nd、Gd、Ca、Sn和/或Ag中的一种或多种。用于步骤(a)的特别优选的镁合金包括Mg-Al-Zn-Mn、Mg-Al-Mn、Mg-Zn-Zr、Mg-Y-RE-Zr、Mg-Zn-Cu-Mn、Mg-Nd-Gd-Zr、Mg-Ag-RE-Zr、Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Gd-Y-Zr、Mg-Al-Ca-Mn和Mg-Al-Sn-Zn-Mn。如上所述，这些另外的元素可以通过形成镁与那些元素的合金并且然后将腐蚀促进金属元素添加到熔化的合金中被包括。
在第一优选实施方案中，镁合金包含1-10wt％的Y、1-15wt％的除Y之外的稀土元素和多至1wt％的Zr。特别优选的镁合金包含3.3-4.3wt％的Y、多至1wt％的Zr、2.0-2.5wt％的Nd以及任选地0.3-1.0wt％的稀土元素。在该合金中，Zr可以以0.05-1.0wt％的量存在，或者合金可以包含小于0.05wt％的Zr。Ni优选地以在按重量计0.2％和7％之间的量被添加。优选的是，合金的其余部分是镁和附带的杂质。
在第二优选实施方案中，镁合金包含1-15wt％的Al和总计多至2wt％的Zn和/或Mn。合金优选地包含2-12wt％的Al。优选地，合金包含总计为0.2-1.2wt％的Zn和/或Mn。Ni优选地以0.1-3wt％的量被添加。
在第三优选实施方案中，镁合金包含1-9wt％的Zn且任选地包含Mn和Zr中的一种或多种。合金优选地包含5-8wt％的Zn。Ni优选地以0.1-5wt％的量被添加。
可以调整镁合金的组成、特别是第一实施方案和第三实施方案的镁合金的组成，以获得落在特定范围内的期望的腐蚀速率。在93℃下在15％KCl中的期望的腐蚀速率可以在以下特定范围中的任一个中：50-100mg/cm2/天；100-250mg/cm2/天；250-500mg/cm2/天；500-1000mg/cm2/天；1000-3000mg/cm2/天；3000-4000mg/cm2/天；4000-5000mg/cm2/天；5000-10,000mg/cm2/天；10,000-15,000mg/cm2/天。
本发明的方法还可以包括调整镁合金的组成，特别是第一实施方案和第三实施方案的镁合金的组成，使得铸造镁合金在93℃下在15％KCl中实现落入以下范围中的至少两个中的期望的腐蚀速率：50mg/cm2/天至100mg/cm2/天；100-250mg/cm2/天；250-500mg/cm2/天；500-1000mg/cm2/天；1000-3000mg/cm2/天；3000-4000mg/cm2/天；4000-5000mg/cm2/天；5000-10,000mg/cm2/天；和10,000-15,000mg/cm2/天。
优选的是，腐蚀促进金属元素(即Ni、Co、Ir、Au、Pd和/或Cu)在850℃下在熔化的镁中具有按重量计至少0.1％的溶解度。优选地，腐蚀促进金属元素在850℃下在熔化的镁中具有按重量计至少0.5％、更优选地按重量计至少1％的溶解度。在一些实施方案中，优选的是，腐蚀促进金属元素在其被添加至的熔化的镁或镁合金中具有按重量计至少1％的溶解度。
优选地，腐蚀促进金属元素(即Ni、Co、Ir、Au、Pd和/或Cu)在25℃下在固体镁中具有按重量计小于0.1％、更优选地按重量计小于0.01％的溶解度。在一些实施方案中，优选的是，腐蚀促进金属元素在其已冷却至25℃并且凝固后被添加至的熔化的镁或镁合金中具有按重量计小于0.1％、更优选地按重量计小于0.01％的溶解度。
腐蚀促进金属元素是Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。在一些实施方案中，Ni是优选的。关于第一优选实施方案的组合物，腐蚀促进金属元素优选地以在按重量计0.01％和10％之间、更优选地在按重量计0.1％和8％之间、甚至更优选地在按重量计0.2％和7％之间的量添加。关于第二优选实施方案的组合物，腐蚀促进金属元素优选地以在按重量计0.01％和15％之间、更优选地在按重量计0.01％和5％之间、甚至更优选地在按重量计0.1％和3％之间的量被添加。关于第三优选实施方案的组合物，腐蚀促进金属元素优选地以在按重量计0.01％和10％之间、更优选地在按重量计0.01％和7％之间、甚至更优选地在按重量计0.1％和5％之间的量被添加。
特别优选的第一实施方案的方法包括在步骤(a)中使包含3.3-4.3wt％的Y、0.2-1.0wt％的Zr、2.0-2.5wt％的Nd和任选地0.3-1.0wt％的稀土元素的镁合金熔化，以及在步骤(b)中添加Ni作为腐蚀促进金属元素。优选的是，在步骤(b)中，以在按重量计0.01％和10％之间、更优选地在按重量计0.1％和按重量计8％之间的量添加Ni。
本发明还涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金，其通过上述方法是可获得的。
此外，本发明涉及如上所述的镁合金，其用作可腐蚀的井下制品。
本发明还涉及水力压裂的方法，该方法包括使用包含如上所述的镁合金的可腐蚀的井下制品或如上所述的井下工具。优选地，该方法包括用可腐蚀的井下制品在钻孔中形成至少部分密封。然后，该方法可以包括通过允许可腐蚀的井下制品腐蚀来除去至少部分密封。这种腐蚀可以在如上所讨论的本公开内容的某些合金组合物的存在下以期望的速率发生。优选的是，可腐蚀的井下制品是压裂球、塞子、封隔器或工具组件。压裂球在形状上优选地是大体上球形的。在一些实施方案中，压裂球基本上由上述镁合金组成。
将通过参照以下附图进一步描述本发明，这些附图不被意图限制所要求保护的本发明的范围，在附图中：
图1示出了实施例1的样品DF9905D的微观结构，
图2示出了实施例3A、3B和3C的合金的保证应力(proof stress)的％损失相对于Ni添加(wt％)的图，
图3示出了实施例3A、3B和3C的合金的保证应力相对于Ni添加(wt％)的图，以及
图4示出了实施例3A、3B和3C的合金的腐蚀速率相对于Ni添加(wt％)的图。
实施例
实施例1-镁铝合金
将由具有8.5wt％的Al、0.5wt％的Zn和0.3wt％的Mn的典型化学组成的商业合金AZ80A组成的基础镁合金通过加热至750℃熔化，并且向其中添加以在0.01％wt至1％wt之间的范围内的量的镍。然后将产品铸造成坯料并且挤出成棒。
为了模拟井中的温和的和极端的腐蚀性能，通过测量在38℃(100F)的恒温下的3wt％氯化钾水溶液中的以及在93℃(200F)的恒温下的15wt％氯化钾水溶液中的重量损失来测试材料腐蚀。
腐蚀速率示于下表1中。样品包括标准合金(即，不添加镍的AZ80A)和具有不同量的所添加的镍的两个样品。
表1
表1中的数据清楚地示出在已加入镍的样品中实现的增加的腐蚀水平，在较高的镍含量的情况下导致较高的腐蚀速率。
还使用标准化拉伸测试(即ASTM B557-10)来测试样品的机械性质，并且结果示于下表2中。
表2
图1示出了样品DF9905D的微观结构(即0.61wt％镍)。标记为“1”的微观结构的暗区域是α-Mg相(即在与其他合金元素的固溶体中的包含镁的相)。微观结构的亮区域，其示例标记为“2”，是包含腐蚀促进元素(即在这种情况下为镍)和镁的相。
实施例2-镁钇稀土合金
重复实施例1的程序，但是其中用商业合金Elektron 43代替基础镁合金AZ80A。使用具有3.7-4.3wt％的Y、0.2-1.0wt％的Zr、2.0-2.5wt％的Nd和0.3-1.0wt％的稀土元素的组成的WE43C合金。
腐蚀速率示于下表3中。样品包括标准合金(即，不添加镍的WE43C)和具有不同量的所添加的镍的五个样品。
表3
表3中的数据清楚地示出了在添加了镍的样品中实现的增加的腐蚀水平，在较高的镍含量的情况下导致较高的腐蚀速率。
还使用标准化拉伸测试来测试这些样品的机械性质，并且结果示于下表4中。
表4
表4中的数据示出，当与现有技术的组合物相比时，本发明的合金具有改善的机械性质，特别是0.2％保证强度。
实施例3A-镁铝合金
通过按照以下表5中所列的量组合各组分(余量为镁)来制备另外的镁合金组合物。然后，这些组分通过在750℃下加热被熔化。然后将产品铸造成坯料并且挤出成棒。
表5
还使用相同的标准化拉伸测试来测试这些样品的机械性质，并且结果示于下表6中。
表6
该数据示出，向这些镁-铝合金中添加镍显著提高了合金的腐蚀速率。有利地，对于这些合金，提供这种腐蚀速率的增加，同时保持合金的机械性质(以0.2％保证强度为例)。因此，在该实施例中测试的合金可以用作井下工具中的部件，这归因于它们的高腐蚀速率和良好的机械性质的组合。
实施例3B-镁钇稀土合金
通过组合下表7中所列的量的组分制备另外的镁合金组合物。然后这些组合物通过在750℃下加热来熔化。然后将产品铸造成坯料并且挤出成棒。
表7
使用标准化拉伸测试来测试这些样品的机械性质，并且结果示于下表8中。
表8
该数据示出，对于镁-铝合金，向这些镁-钇-稀土合金中添加镍显著增加了合金的腐蚀速率。有利地，对于这些合金，提供这种腐蚀速率的增加，同时保持合金的机械性质(以0.2％保证强度为例)。然而，除了这些有利的性质之外，对于这些合金，腐蚀速率的增加大体上与添加的镍的量成比例。这可以提供以下的另外的特征：这些合金的腐蚀速率因此是“可调节的”，并且可以产生具有特定期望的腐蚀速率或特定腐蚀速率的范围的合金。因此，在该实施例中测试的合金可以发现作为井下工具中的部件的用途，这归因于它们的高腐蚀速率和良好的机械性质的组合。
实施例3C-镁锌合金
通过按照以下表9中所列的量组合各组分来制备镁合金组合物。然后，这些组合物通过在750℃下加热被熔化。然后将产品铸造成坯料并且挤出成棒。
表9
使用标准化拉伸测试来测试这些样品的机械性质，并且结果示于下表10中。
表10
该数据示出，对于镁-铝和镁-钇-稀土合金，向这些镁-锌合金中添加镍显著增加了它们的腐蚀速率。镁-锌合金在本领域中已知具有高强度值，并且在本公开内容中示出添加镍也增加了它们的腐蚀速率。然而，数据表明这些合金的机械性质(以0.2％保证强度为例)随着镍含量的增加而降低。
该实施例示出，当向其中添加镍时，并非所有镁合金都提供本发明的某些用途所需的机械强度，并且事实上难以预测当添加腐蚀促进元素例如镍时特定合金的性质将如何改变。
在图2、图3和图4中，已经将实施例3A、3B和3C的合金的机械性质相对于Ni添加(wt％)作图。
图2特别地示出了对于实施例3C的镁-锌合金(“Mg-Zn”，其中锌是主要的强化元素)，当添加镍时，损失了在20％和40％之间的强度。相比之下，镁-铝(“Mg-Al”)和镁-钇-稀土(Mg-Y-RE)合金(实施例3A和3B)的强度被维持。图3是示出相对于Ni添加(wt％)的绝对保证强度值(MPa)的标绘图。
图4是腐蚀速率相对于Ni添加(wt％)的标绘图。对于镁-钇-稀土合金，已经通过数据点绘制了线，证明了这些合金的腐蚀速率和Ni添加之间的相关性。这示出镁-钇稀土合金可以有利地被调整以实现期望的特定腐蚀速率或腐蚀速率的范围。
Claims (20)
1.一种镁合金，适合于用作可腐蚀的井下制品，其中所述合金具有在93℃下在15％KCl中的至少50mg/cm2/天的腐蚀速率以及当使用标准拉伸测试方法ASTM B557-10测试时的至少50MPa的0.2％保证强度。
2.如权利要求1所述的镁合金，具有在93℃下在15％KCl中的至少100mg/cm2/天的腐蚀速率。
3.如权利要求1或权利要求2所述的镁合金，当使用标准拉伸测试方法ASTM B557-10测试时，具有至少150MPa的0.2％保证强度。
4.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的镁合金，包含以0.01-15wt％的量的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种。
6.如权利要求4或权利要求5所述的镁合金，其中当已添加Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种时，所述镁合金的所述0.2％保证强度为基础合金的0.2％保证强度的至少80％。
7.如前述权利要求中任一项所述的镁合金，包含：
(a)0.01-10wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，
(b)1-10wt％的Y，
(c)1-15wt％的除Y之外的至少一种稀土金属，和
(d)0-1wt％的Zr。
8.如权利要求7所述的镁合金，包含0.1-8wt％的Ni。
9.如权利要求7或权利要求8所述的镁合金，包含3.3-4.3wt％的Y、多至1wt％的Zr和1.5-2.5wt％的Nd。
10.如权利要求1-6中任一项所述的镁合金，包含：
(a)0.01-10wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，
(b)1-15wt％的Al，
(c)0.1-1wt％的Mn，以及
(d)任选地Ca、Sn和Zn中的一种或多种。
11.如权利要求10所述的镁合金，包含0.01-3wt％的Ni。
12.如权利要求10或权利要求11所述的镁合金，包含2-6wt％的Sn。
13.如权利要求10-12中任一项所述的镁合金，包含0.2-3wt％的Zn。
14.如权利要求10或权利要求11所述的镁合金，包含1-10wt％的Ca。
15.如权利要求1-6中任一项所述的镁合金，包含：
(a)0.01-15wt％的Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，
(b)1-9wt％的Zn，以及
(c)任选地Mn和Zr中的一种或多种。
16.如权利要求15所述的镁合金，包含0.1-1wt的Mn或0.05-1wt％的Zr。
17.如权利要求16所述的镁合金，包含0.1-1wt的Mn和0.1-5wt％的Cu。
18.一种井下工具，优选地为压裂球，包含如前述权利要求中任一项所述的镁合金。
19.一种用于生产如权利要求1-17中任一项所述的镁合金的方法，包括以下步骤：
(a)使镁或镁合金熔化，
(b)向熔化的镁或镁合金中添加Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种，使得Ni、Co、Ir、Au、Pd或Cu中的一种或多种熔化，
(c)使所得的熔化的镁合金混合，以及
(d)铸造所述镁合金。
20.一种水力压裂的方法，包括使用如权利要求18所述的井下工具。
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