[发明专利]可腐蚀的井下制品

说明书

本发明涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金。镁合金包含：(a)2wt％‑7wt％Gd，(b)0wt％‑2wt％Y，(c)0wt％‑5.0wt％Nd，以及(d)至少80wt％Mg，并且具有按照通过ASTM B557M‑10测量的至少22％的伸长率。本发明还涉及包含镁合金的井下工具、用于产生镁合金的方法以及包括使用包含镁合金的井下工具的水力压裂的方法。

本发明涉及适合于用作可腐蚀的井下制品(corrodible downhole article)的镁合金、用于制备这样的合金的方法、包含该合金的制品以及该制品的用途。

背景

石油和天然气工业利用被称为水力压裂或“压裂(fracking)”的技术。这通常包括用在含石油和/或天然气的岩石中的钻孔的系统中的水加压，以便压裂岩石以释放石油和/或天然气。

为了实现此加压，可以使用阀来封闭或分开钻孔系统的不同部分。这些阀被称为井下阀(downhole valve)，在本发明的上下文中使用的词语井下指的是在井或钻孔中使用的制品。

井下塞(downhole plug)是一种类型的阀。常规的塞由许多被锥形部件迫使分开的区段。锥体迫使区段离开，直到区段与管道钻孔接合。然后，塞被小球密封。形成这样的阀的另一种方式包括使用具有在管道内衬(pipe lining)中的预先定位的底座(seat)上接合的多个直径的球体(通常被称为压裂球(fracking ball))。井下塞和压裂球可以由铝、镁、聚合物或复合材料制成。

两种类型的阀的问题与制作阀使用的材料的延展率(ductility)有关。可腐蚀的镁合金，例如用于制造井下阀的那些，由于其六方晶体结构而具有有限的延展率。当这些合金以其可锻造形式(wrought form)使用时，例如当它们被挤出时，这些合金可以呈现出显著的晶体织构(crystallographic texture)(即在特定方向上排列的晶体)。这还可以限制延展率，特别是在横向方向上。这些因素意味着可溶解的镁合金的延展率低于合意的。

本申请人的较早专利申请GB2529062A涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金。此文献公开了一种合金，所述合金包含3.7wt％-4.3wt％Y、0.2wt％-1.0wt％Zr、2.0wt％-2.5wt％Nd以及0.3wt％-1.0wt％稀土，具有21％的最大伸长率(即延展率)、约1100mg/cm²/天的在93℃(200F)在3％KCl中的腐蚀速率以及约200MPa的0.2％验证应力(0.2％proof stress)。这些镁合金的使用范围可以受其延展率的限制。

CN 106086559描述了包含Gd和/或Y以及Ni的镁合金。然而，这些合金中Y和/或Gd的原子百分含量(atomic percentage amount)对应于大于2wt％Y和/或大于7wt％Gd的重量百分比。CN 104152775涉及包含86.7wt％Mg、2.2wt％Ni、5.8wt％Gd以及5.3wt％Nd的镁合金。

已经寻找提供期望的腐蚀特性、但具有改进的延展率的材料。

发明陈述

本发明涉及适合于用作可腐蚀的井下制品的镁合金，其中该合金包含：

(a)2wt％-7wt％Gd，

(b)0wt％-2wt％Y，

(c)0wt％-5.0wt％Nd，以及

(d)至少80wt％Mg，

并且具有按照通过ASTM B557M-10测量的至少22％的伸长率。

关于本发明，术语“合金”被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、将它们混合并再固化而制成的组合物。

关于本发明，术语“稀土金属”被用于指的是十五种镧系元素以及Sc和Y。