[发明专利]一种可溶桥塞用复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可溶桥塞用复合材料及其制备方法，包含以下质量百分比的原料组分：石墨烯0.01～20wt％，碳化硅0.01～50wt％，镁或镁合金30～99.5wt％，增强剂0.01～50wt％，余量为不可避免杂质；按配比称取原料并混匀后加入到真空储料箱内，粉料在驱动轮和推料轮反向旋转作用下经料斗，沿驱动轮表面凹槽推入至由驱动轮表面凹槽、弧形槽封块和堵料块形成的储料空间内，在摩擦力作用下粉料由进料通道挤入模腔，经成型模具挤出成型，所得材料强度高，可在水中降解，满足可溶桥塞性能要求。

技术领域

本发明属于油气勘探开发用新材料领域，具体涉及一种可溶桥塞用复合材料及其制备方法。

背景技术

压裂是一项广泛应用的油气井增产措施，油井生产到一定阶段后，产能和渗透率降低，为了增强排油能力，提高油井产量，人们发明了压裂工艺技术。压裂的方法分水力压裂和高能气体压裂两大类，水力压裂是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。在地层破裂后的注入液体中，混入比地层密度大数倍的砂子，同流体一并进入裂缝，并永久停留在裂缝中，支撑裂缝处于开启状态，便于油气流流动。当前水力压裂技术已经非常成熟，油气井增产效果明显，已成为油气田增产常用技术，特别对于油流通道很小、渗透率较底的油层增产效果特别突出。分段压裂是常用的压裂技术，在完井套管串上封隔器和压裂滑套，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。压裂液一般采用水基压裂液，在压裂过程中，桥塞需要承受很高的压力，要求桥塞用材料的抗拉强度达到450MPa，屈服强度大于300MPa，延伸率大于3wt％。此外，在压裂过程中，为了扩大裂纹和防止裂纹闭合，常采用酸化压裂。

桥塞是钻完井及增产施工中一项至关重要的部件，实现套管完井水平井不限级数压裂。在压裂过程中，桥塞材料需要在压裂过程中需要同时承受高应力和酸液腐蚀作用而不能破坏，传统桥塞材料采用不锈钢等耐蚀材料制备，这类材料无法溶解，需要下铣刀钻铣，才能打通采油通道，由于是在地下无人状态下作业，目前常用的金属桥塞存在钻铣时间长和成本高的问题。近年来，基于可溶材料的桥塞技术也逐渐备受青睐，国内外石油公司纷纷在可溶桥塞技术上投入大量研发费用，也都取得了显著成果。可溶桥塞材料能够在一定时间内承受酸液腐蚀，且具有高达450MPa的抗拉强度，在压裂结束后能够在水中溶解，从而减少下铣刀钻铣工序，缩短工艺流程，减少施工作业时间，节约大量的成本，而传统的单一材质材料难以满足以上要求，例如不锈钢耐腐蚀，但无法降解；铝合金强度低、且无法在水中快速降解；镁合金能够在水中溶解，但强度一般低于300MPa，无法满足强度需求。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种可溶桥塞用复合材料及其制备方法，所得材料强度高，可在水中降解，满足可溶桥塞性能要求。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种可溶桥塞用复合材料，包含以下质量百分比的原料组分：石墨烯0.01～20wt％，碳化硅0.01～50wt％，镁或镁合金30～99.5wt％，增强剂0.01-50wt％，余量为不可避免杂质。

优选的，所述增强剂选自铜、铝、铁、钛、碳纳米管、硅、碳化钛、碳化硼、碳化锆、碳化钨、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钛、氧化铝、氧化锆、硼化钛或硼化锆中的一种或多种。

优选的，所述原料均为粉末状，且平均粒度不大于500μm。

需要说明的是，本发明上述原料配比的设计基于以下原理：

碱金属族金属能够在水中溶解，但钠、锂、钙等太过活泼，且难以形成高强度的合金，本发明选用金属镁，既能形成一定强度的合金，又能在水中溶解，且溶解速度可通过其它元素来调整。但常用的AZ91D铸造镁合金强度仅200MPa左右，常用变形镁合金强度也仅在300MPa左右，无论铸造或者锻压法制备的镁合金强度均很难达到400MPa，在镁或者镁合金基体内引入石墨烯和碳化硅，可大幅度提高其强度。