一种可溶性镁钐稀土合金及其制备方法与流程

本说明书一个或多个实施例涉及金属材料领域，尤其涉及一种可溶性镁钐稀土合金及其制备方法。

背景技术：

1、由于全球石油世界页岩气资源十分丰富，但目前尚未得到广泛地勘探与开发，其根本原因在于页岩基质渗透率很低，不仅勘探开发困难较大，而且开采所需成本较高。由于科学技术水平不断提高，人们开发出了水平井多级压裂技术，压裂改造是增加低渗透油气藏的单井产量的最有效的措施，压裂球在整个压裂过程中起着至关重要的作用，传统的压裂球在完成压裂作业后，必须返排至地面或者钻铣掉以保证石气顺利流出，导致操作复杂并且成本高昂。国内的油田大多使用塑料球或钢球作为压裂球，由于钢球比重大，在水平地层层段很难快速坐封投球滑套的球座，从而影响压裂液和油气的流通通道，使用可溶性压裂球不仅可以增加施工的安全性，还可以降低开采成本，提高开采效率，是改进水平井分段压裂技术的重要方法。

2、基于此，需要在此类工具中引入可降解材料，无需通过压差释放到地面或钻出，让压裂球在压裂工作完成后可自行消解。众所周知，金属镁密度小、比强度高、尺寸稳定性好、阻尼减震性能好、易于回收利用；由于镁合金耐蚀性较差、可以在电解质溶液中快速溶解，因此被用来作为可溶性压裂球的制备材料。

3、2011年美国贝克休斯公司提出滑套压裂球的概念并率先研发出相关的产品后，对我国进行了严密的技术封锁[1～3]。哈利伯顿公司(halliburton)紧随贝克休斯公司之后，在2013年研发出了可以在较高温度下使用的可溶性压裂球[4～5]。bobby j.salinas等人[6]研制了纳米结构的cem(可控电解金属球)，cem质轻、抗压强度高，在3wt.％kcl溶液中溶解速率为0.46-439.9mg/cm2/h。刘志斌等[7]制备的可溶性压裂球的密度仅为1.88g/cm3，利于开采过程中压裂球在管道中的运输和定位，但其溶解速率还有待进一步提高。中国专利“一种高塑可溶mg-gd基镁合金及其制备方法”(申请号202010465863.1)和中国专利“一种含fe可溶镁合金及其制备方法”(申请号202110142919.4)分别公布了一种可快速溶解的高塑可溶mg-gd基镁合金和含fe可溶镁合金。然而本发明人发现：上述专利用到的主要原材料分别为gd 1.0～3.0％，ni 0.05-0.5％、cu≤0.02％和nd 0.20～5.00wt％、ce 0～2.00wt％，余量都为mg以及少量不可避免杂质元素，虽然制备出来的合金能够满足适用于压裂球可用的可溶性镁合金材料服役条件，但gd和nd均为价格昂贵的稀土材料，因此为降低成本，扩大其应用，发明一种低成本可快速溶解的高强稀土镁合金十分有必要。

4、综上所述，本申请现提出可溶性镁钐稀土合金及其制备方法解决上述出现的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决背景技术中提出的问题，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出可溶性镁钐稀土合金及其制备方法，适用于压裂球可用的可溶性镁钐稀土合金具有低成本、力学性能良好等优点，且在电解质溶液中的溶解速率满足需求，解决了压裂球在压裂任务完成后不易返排和无法自行消解的问题。

2、基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种可溶性镁钐稀土合金，包括以下成分：sm，1.5～2wt％；zn，2.5～3wt％；zr，0.3～0.6wt％；ni，2～6wt％；余量为mg及不可避免的杂质元素。

3、根据本发明实施例提出的可溶性镁钐稀土合金，包括以下成分：sm，2wt％；zn，2.5wt％；zr，0.5wt％；ni：4wt％；余量为mg及不可避免的杂质元素。

4、根据本发明实施例提出的一种制备方法，用于形成前文所述的可溶性镁钐稀土合金，包括以下步骤：按预定比例称取原材料，称取纯镁、纯锌、mg-30sm中间合金、mg-30zr中间合金、mg-30ni中间合金备用；将纯镁、纯锌、mg-30sm中间合金、mg-30zr中间合金、mg-30ni中间合金打磨去除表面氧化皮并放入干燥炉中预热备用；将预热好的原料放入真空感应炉的熔炼坩埚中；对真空感应炉抽真空后，再充入保护气体；对真空感应炉加热熔炼合金，待完全熔化后保温3分钟均匀化，然后浇铸到模具中，获得成分合格的母合金；将获得的母合金放入不锈钢坩埚中，在井式电阻炉重熔；待合金熔化后打渣，保温30mim，然后将盛有熔体的不锈钢坩埚缓慢放入水中冷却，待熔体凝固后取出，从而获得可溶性镁钐稀土合金。

5、根据本发明实施例提出的制备方法，所述步骤s6中冷却方式为室温水冷，以速度0～8mm/s往常温水中冷却。

6、根据本发明实施例提出的制备方法，合金熔化打渣后的保温时间为25-30mim。

7、从上面所述可以看出，本发明包括以下有益效果：

8、本发明公开了一种可溶性镁钐稀土合金及其制备方法，该材料适合作为开采石油方向的暂堵性材料，且经使用后无需后续处理，便可自行消解，有利于提高开采效率、消除油井回堵现象，同时对降低我国油气井钻探可溶性压裂球的成本、摆脱压裂球依赖进口的局面，具有重要的意义。

技术特征：

1.一种可溶性镁钐稀土合金，其特征在于，包括以下成分：

2.根据权利要求1所述的可溶性镁钐稀土合金，其特征在于，包括以下成分：

3.一种制备方法，用于形成权利要求1或2中的可溶性镁钐稀土合金，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述合金熔化打渣保温后的冷却方式为室温水冷，以速度0～8mm/s往常温水中冷却。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，合金熔化打渣后的保温时间为25-30mim。

技术总结
本发明属于金属材料领域，公开了一种可溶性镁钐稀土合金，包括以下成分组成：Sm；Zn；Zr；Ni；Mg及杂质元素。一种制备方法，包括以下步骤：S1，称取原材料；S2，将预热后的原材料投入真空感应炉的熔炼坩埚中；S3，对真空感应炉抽真空后，再充入保护气体；S4，对真空感应炉加热熔炼合金，然后浇铸到模具中，获得成分合格的母合金；S5，将母合金放入不锈钢坩埚中，在井式电阻炉重熔；S6，待合金熔化后打渣保温，将盛有熔体的不锈钢坩埚缓慢放入水中，待熔体凝固后取出。本发明可解决压裂球在压裂任务完成后不易返排和无法自行消解的问题；与其它稀土可溶性镁合金相比，本发明稀土镁合金具有强韧性适中，价格便宜的优点。

技术研发人员：杨初斌,娄崟崟,王智慧,韩宝军,彭光怀
受保护的技术使用者：江西师达镁合金技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13