一种耐热可溶解压裂球

专利检索2025-02-04  9

本发明属于致密页岩气压裂球成型制备技术,具体涉及一种耐热可溶解压裂球。


背景技术:

1、随着传统能源开采的枯竭,低渗透、超低渗透的非常规油气资源逐渐成为各国油气田的增产主体,但这种油气资源开发难度极大,采集效率低,造成了开采成本的提高,不利于资源的开发及利用。

2、压裂技术能够利用水压作用,在致密的岩石中产生缝隙,增多油气通道,有利于油气的汇合及流淌,从而提高油气的流动水平,大幅提高产量。近来,分段压裂使用压裂球将油气储层分成若干段,用同一套泵车依次单段压裂。从而达到最大化储层渗流能力、提高导流性和生产力。但压裂球完成临时封堵任务后,需将压裂球返排至地面,但有时存在由于地层压力不足或球变形等导致压裂球卡死在通道内而无法返排至地面的情况,此时需要钻铣工艺来钻孔作业后疏通管道,增加了成本和操作时间。

3、临时封堵任务的压裂球需要有充足的机械强度,尤其是高的压缩强度来完成分段压裂作业。相比于聚合物基陶瓷材料,镁合金具有综合的力学性能,同时在水氧环境能发生腐蚀,但腐蚀速率较慢,并且在地表深层地下,温度越来越高,压裂球工作温度在100度左右。镁合金压裂球在高温封堵受压时,抗蠕变性能降低从而导致耐热性能差,产生高温强度不稳定现象,因此,需要调控镁合金压裂球的组份来加快降解并保持耐热性能。


技术实现思路

1、针对背景技术中镁合金压裂球降解慢及耐热性差的问题,本发明提出一种耐热可溶解压裂球,既有高温强度又有快的降解。

2、本发明所述的一种耐热可溶解压裂球是通过以下技术方案实现的:

3、一种耐热可溶解压裂球,由镁铝基体和锑组成,其中锑的质量分数为0.3-1.7wt.%,铝的质量分数为6wt.%,余量为镁。

4、进一步地,所述一种耐热可溶解压裂球中,所述锑的质量分数为0.6-1.2wt.%。

5、进一步地,所述一种耐热可溶解压裂球中,所述锑的质量分数为0.9wt.%。

6、进一步地,所述锑粉的尺寸为10-25微米,所述镁铝基体粉末尺寸为30-50微米。

7、本发明所述的一种耐热可溶解压裂球是通过以下步骤制备的:

8、步骤一粉末配置:

9、将所述锑粉在细化后,称取一定质量,分4-8次加到镁铝基体粉末中,采用搅拌混合设备在干燥惰性环境中分散锑粉末1-3小时,获得混合粉末;

10、步骤二机械分散:

11、机械混合后,所述混合粉末装入球磨机进行进一步球磨分散并细化,球料比为8:1,惰性保护气体为氩气,所述球磨机的转速为110-240r/min,所述球磨的时间为80-120分钟;

12、步骤三电火花烧结:

13、经过机械分散后的混合粉末采用电火花烧结工艺进行凝固成型,所述烧结温度为370-550度,烧结压力为0.5-1.1kn,保温时间为6-8分钟;电火花烧结的毛坯,经过打磨、抛光、机加工后制成不同直径的压裂球。

14、进一步的,所述一种耐热可溶解压裂球硬度为60-105hv。

15、进一步的,所述一种耐热可溶解压裂球在温度为100度时,压裂强度为170-395mpa。

16、进一步的,所述一种耐热可溶解压裂球在氯化钾溶液中腐蚀速率为1.1-3.5mm/y。

17、所述一种耐热可溶解压裂球中,锑能够与镁形成锑化镁,锑化镁熔点高,具有高的热稳定性和力学强度,弥散分布在晶粒周围,起到锚定作用防止晶粒热膨胀及原子跃迁,更能够分散转移机械载荷,从而在高温及热载荷作用下能够保持镁合金的抗蠕变性能及抗变形能力。同时,锑化镁结合镁合金基体中的铝化镁,共同组成双峰第二相,腐蚀电位高于镁合金基体电位,活化了镁合金基体,提高了腐蚀动力,加快了镁合金基体电子转移速率,造成镁合金基体溶解加快。

18、本发明中,电火花烧结具有升温快的特性,降低了晶粒长大速度,起到细化晶粒,从而产生细晶强化的效果;同时在镁-铝-锑合金凝固中,电火花烧结能够施加一定的挤压力,避免了常规粉末成型工艺中微孔、气孔等结构缺陷,提高了合金的致密性,进而提高了压缩强度。

19、本发明中锑含量需要严格控制,添加量过多可能会引起在镁铝基体中混合困难,易产生汇聚与分散不均,弥散强化效果及双峰第二相加快降解效果有限,因此锑含量及颗粒尺寸、搅拌混合、球磨参数等步骤起着重要作用;如果锑添加量较少,则生成的锑化镁相数量有限并且分布范围很小,不足以分散或承载镁铝基体高温中受到的载荷,也难以活化镁铝基体而不能明显加速降解。

20、电火花烧结工艺对镁-铝-锑合金成型性能有较大影响,主要控制烧结温度及施加压力,若电火花烧结温度低,混合粉末无法完全熔化而制得致密试样;若烧结温度过高,则粉末可能出现汽化,同时熔化及冷却时间长,烧结效率低。

21、与现有技术相比,本发明优点如下:

22、(1)本发明中,所述一种耐热可溶解压裂球在100度高温封堵作业时,具有较高的抗蠕变性能,在受到高温载荷时,压缩强度高,满足不同工况下井底温度变化对压裂球耐热性能要求。

23、(2)本发明中,所述一种耐热可溶解压裂球在完成临时封堵任务后,因双峰第二相而产生较快的电化学腐蚀,腐蚀后的微观颗粒能够随返排液排出管道,消除了井下钻铣工序清除压裂球的弊端。



技术特征:

1.一种耐热可溶解压裂球,其特征在于:由镁铝基体和锑组成,其中锑的质量分数为0.3-1.7wt.%,铝的质量分数为6wt.%,余量为镁。

2.根据权利要求1所述一种耐热可溶解压裂球,其特征在于:所述一种耐热可溶解压裂球中,锑的质量分数为0.6-1.2wt.%。

3.根据权利要求1所述一种耐热可溶解压裂球,其特征在于:所述一种耐热可溶解压裂球中,所述锑的质量分数为0.9wt.%。

4.根据权利要求1所述一种耐热可溶解压裂球,其特征在于:所述一种耐热可溶解压裂球中,所述所述锑粉的尺寸为10-25微米,所述镁铝基体粉末尺寸为30-50微米。

5.根据权利要求1所述一种耐热可溶解压裂球,其特征在于:所述一种耐热可溶解压裂球在温度为100度时,压裂强度为170-395mpa。

6.根据权利要求5所述一种耐热可溶解压裂球,其特征在于:所述压裂球在氯化钾溶液中腐蚀速率为1.1-3.5mm/y。


技术总结
本发明涉及一种耐热可溶解压裂球,属于致密页岩气压裂球技术领域。所述一种耐热可溶解压裂球,由镁铝基体和锑组成,其中锑的质量分数为0.3‑1.7wt.%,铝的质量分数为6wt.%,余量为镁。所述镁铝基体粉末和锑粉经过粉末配置、机械分散后,采电火花快速烧结制备成型,获得组织细小致密的微观结构。本发明的有益效果是制备的镁‑铝‑锑材质压裂球在地表深层井底承受高温时具有耐热性能,保持充足的压裂强度,同时具有双峰第二相,活化镁基体,加快降解。

技术研发人员:李升,陈志宁,陈朝御,高焰霄,李欣怡,杨昊铎,周旭涛,杜洪兴,戚文朱
受保护的技术使用者:湖南理工学院
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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