一种高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴对含30%铜的镁-铜合金进行预处理；⑵对含50%镍的铝-镍合金进行预处理；⑶分别对镁锭、铝锭、锌锭进行预处理；⑷分别对铁粉和银粉进行预处理；⑸制备铸锭；⑹将铸锭进行机加工后退火；⑺挤压准备：将步骤⑹所得的铸锭、模具、挤压筒分别加热；⑻对步骤⑺所得的铸锭进行挤压，得到型材并进行牵引；⑼对步骤⑻所得的型材进行切割；⑽将步骤⑼所得的产品进行机加工后淬水，并进行时效处理后使其自然冷却至室温；⑾对步骤⑽所得的材料进行加工，即得所需尺寸的压裂球。本发明专利技术工艺简单、易于实施，所得产品力学性能和腐蚀速率都大幅度提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料类及石油开采领域，尤其涉及一种高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法。
技术介绍
非常规油气资源分为非常规石油资源和非常规天然气资源两大类。前者主要指重(稠)油、超重油、深层石油等，后者主要指低渗透气层气、煤层气、天然气水合物、深层天然气及无机成因油气。此外，油页岩通过相应的化学工艺处理后产出的可燃气和石油也属于非常规油气资源的核心技术，多级压裂是目前开发该资源的最好技术。压裂球是决定压裂是否成功的主要因素，压裂球的材质决定了其应用领域及工艺复杂程度的先决条件，因此，有必要对其制备材料进行研究，以保证非常规资源的合理开发及利用。然而，近年来压裂球的材质在应用领域存在以下显著的技术缺点：⑴易堵塞：由于水平井压裂需投入低密度球，即可满足球在水平段前进打开压裂滑套；目前较多使用低密度树脂球，但施工过程中出现球受井底高温及压力的作用变形，卡堵了滑套通道，下层无法正常返排，导致地层污染及无法正常生产的情况。⑵强度低：同理，由于水平井压裂需要低密度球，所以目前采用的材料如陶瓷球，塑料球，树脂球强度远不能满足压裂的标准，抗压强度＜250MPa，在压裂过程中易发生变形破碎，严重影响压裂效果。⑶返排困难：由于压裂球在多级压裂过程中的特殊作用，需要其暂时堵塞射孔炮眼，在压裂完成之后需要将其反排打开通道，目前采用的一些压裂球，如钢球，因为其密度较大，质量较重，在反排过程中易堵塞，影响正常生产。⑷溶解速度慢：现在采用的一些可溶性压裂球，虽然解决了反排和易堵塞的问题，但是在溶解压裂球的过程中所需要的时间太久，一般需要240h左右，严重拖慢了生产进度，增加生产成本。因此，迫切需要研发一种高强速溶轻质压裂球，当压裂施工结束后，通过注入溶剂或者加入压裂液中，使之溶解或部分溶解，打开通道，最终达到满足压裂施工和顺利打开通道的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、易于实施的高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法，包括以下步骤：⑴对含30%铜的镁-铜合金进行预处理：将含30%铜的镁-铜合金切成20mm×20mm×20mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101℃的条件下烘干至恒重，即得预处理后的镁-铜合金；⑵对含50%镍的铝-镍合金进行预处理：将含50%镍的铝-镍合金切成10mm×10mm×10mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101℃的条件下烘干至恒重，即得预处理后的铝-镍合金；⑶分别对镁锭、铝锭、锌锭进行预处理：分别将镁锭、铝锭、锌锭切成100mm×50mm×20mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101℃的条件下烘干至恒重，即分别得到预处理后的镁锭、铝锭、锌锭；⑷分别对铁粉和银粉进行预处理：分别将粒度≥100目的铁粉和银粉在温度为101℃的条件下烘干至恒重后，即分别得到干燥的铁粉和干燥的银粉；⑸将所述预处理后的镁锭410~711g、铝锭9~48g、锌锭10~60g及所述预处理后的镁-铜合金167~500g、所述预处理后的铝-镍合金2~24g、所述干燥的铁粉10~30g、所述干燥的银粉1~10g依次加入到熔炼炉中，在惰性气体氩气的保护下升温至660~750℃使其熔化，并搅拌均匀，得到熔融物；所述熔融物在700℃~750℃保温25~35分钟后降温至660~700℃，并在该温度下静置10~20分钟后进行浇铸，得到铸锭；⑹将所述铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至300℃~380℃并保温30~35小时，然后随炉冷却；⑺挤压准备：将所述步骤⑹所得的铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~380℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到350~380℃后保温1~3小时；同时将模具放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为250~380℃，加热方式为冷炉放模，模具实测到300~350℃后保温1~3小时；同时将挤压筒加热至150~300℃；⑻实测温度达到要求之后对挤压筒、挤压头、挤压头与模具连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具和所述步骤⑺所得的铸锭进行挤压，在速度改为恒速度之后对模具运用点冲方式进行冲水冷却，型材出模具衬100~200mm后用牵引机开始牵引；⑼对所述步骤⑻所得的型材进行切割，第一根型材从头部10~50mm处锯掉，尾部从连接处锯掉，第二根型材从与第一根连接处100~200mm处锯掉，尾部从与第三根型材连接处锯掉，第三根型材裁锯位置同第二根，最末一根型材头部裁锯位置同第二根，尾部从剪压余处50mm处锯掉；⑽将所述步骤⑼所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅳ中加热至340℃~400℃，并保温2~5小时，再加热至400~460℃，保温4~10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将所述固溶强化处理后的镁合金进行时效处理后使其自然冷却至室温；⑾对所述步骤⑽所得的材料进行机加工和常规的表面去污处理后，在数控车床上进行加工，即得所需尺寸的压裂球。所述步骤⑴中的含30%铜的镁-铜合金、所述步骤⑵中的含50%镍的铝-镍合金、所述步骤⑶中的镁锭、铝锭、锌锭均为工业级纯度及以上。所述步骤⑷中的铁粉、银粉均为工业级。所述步骤⑻中挤压初始速度为0.5~15mm/s，之后恒速度为0.2~10mm/s。所述步骤⑻中牵引机的牵引力为20~80KN。所述步骤⑻中润滑剂是指动物油脂猪油。所述步骤⑽中的时效处理条件是指温度为170~190℃，时间为20~40小时。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术充分利用一种快速腐蚀的镁合金产品（申请号201410810629.2）制作压裂球，使其力学性能和腐蚀速率均有大幅度提升（参见表1，腐蚀速率的测试参照JB/T7901-1999，具体条件为样球在60℃，3%的KCl溶液中进行测试），其抗拉强度在290MPa以上，抗压强度在380MPa以上，布氏硬度在75以上，且球体密度只有1.8~1.98g/cm3，腐蚀速率为一般可溶性压裂球的5倍以上，在2天之内即可完全溶解。与其他材质的压裂球相比，完美地解决了目前市场上压裂球强度低、易堵塞、难反排和溶解速度慢的问题。大幅度提升多级压裂的成果及效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法，包括以下步骤：⑴对含30%铜的镁‑铜合金进行预处理：将含30%铜的镁‑铜合金切成20mm×20mm×20mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101℃的条件下烘干至恒重，即得预处理后的镁‑铜合金；⑵对含50%镍的铝‑镍合金进行预处理：将含50%镍的铝‑镍合金切成10mm×10mm×10mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101℃的条件下烘干至恒重，即得预处理后的铝‑镍合金；⑶分别对镁锭、铝锭、锌锭进行预处理：分别将镁锭、铝锭、锌锭切成100mm×50mm×20mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101℃的条件下烘干至恒重，即分别得到预处理后的镁锭、铝锭、锌锭；⑷分别对铁粉和银粉进行预处理：分别将粒度≥100目的铁粉和银粉在温度为101℃的条件下烘干至恒重后，即分别得到干燥的铁粉和干燥的银粉；⑸将所述预处理后的镁锭410~711g、铝锭9~48g、锌锭10~60g及所述预处理后的镁‑铜合金167~500g、所述预处理后的铝‑镍合金2~24g、所述干燥的铁粉10~30g、所述干燥的银粉1~10g依次加入到熔炼炉中，在惰性气体氩气的保护下升温至660~750℃使其熔化，并搅拌均匀，得到熔融物；所述熔融物在700℃~750℃保温25~35分钟后降温至660~700℃，并在该温度下静置10~20分钟后进行浇铸，得到铸锭；⑹将所述铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至300℃~380℃并保温30~35小时，然后随炉冷却；⑺挤压准备：将所述步骤⑹所得的铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~380℃，加热方式为空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到350~380℃后保温1~3小时；同时将模具放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为250~380℃，加热方式为冷炉放模，模具实测到300~350℃后保温1~3小时；同时将挤压筒加热至150~300℃；⑻实测温度达到要求之后对挤压筒、挤压头、挤压头与模具连接处用润滑剂进行润滑后放入所述模具和所述步骤⑺所得的铸锭进行挤压，在速度改为恒速度之后对模具运用点冲方式进行冲水冷却，型材出模具衬100~200mm后用牵引机开始牵引；⑼对所述步骤⑻所得的型材进行切割，第一根型材从头部10~50mm处锯掉，尾部从连接处锯掉，第二根型材从与第一根连接处100~200mm处锯掉，尾部从与第三根型材连接处锯掉，第三根型材裁锯位置同第二根，最末一根型材头部裁锯位置同第二根，尾部从剪压余处50mm处锯掉；⑽将所述步骤⑼所得的产品进行机加工，然后运用常规方法除去表面油污，经无水酒精清洗后放入电阻炉Ⅳ中加热至340℃~400℃，并保温2~5小时，再加热至400~460℃，保温4~10小时，淬水，得到固溶强化处理后的镁合金；将所述固溶强化处理后的镁合金进行时效处理后使其自然冷却至室温；⑾对所述步骤⑽所得的材料进行机加工和常规的表面去污处理后，在数控车床上进行加工，即得所需尺寸的压裂球。...

【技术特征摘要】
1.一种高强度、高速溶性的轻质压裂球的制备方法，包括以下步骤：
⑴对含30%铜的镁-铜合金进行预处理：将含30%铜的镁-铜合金切成20mm×20mm×20mm
的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101
℃的条件下烘干至恒重，即得预处理后的镁-铜合金；
⑵对含50%镍的铝-镍合金进行预处理：将含50%镍的铝-镍合金切成10mm×10mm×10mm
的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为101
℃的条件下烘干至恒重，即得预处理后的铝-镍合金；
⑶分别对镁锭、铝锭、锌锭进行预处理：分别将镁锭、铝锭、锌锭切成100mm×50mm×
20mm的小块，并按常规方法去除表面的氧化物和油污，再经无水酒精清洗干净后，在温度为
101℃的条件下烘干至恒重，即分别得到预处理后的镁锭、铝锭、锌锭；
⑷分别对铁粉和银粉进行预处理：分别将粒度≥100目的铁粉和银粉在温度为101℃的
条件下烘干至恒重后，即分别得到干燥的铁粉和干燥的银粉；
⑸将所述预处理后的镁锭410~711g、铝锭9~48g、锌锭10~60g及所述预处理后的镁-铜
合金167~500g、所述预处理后的铝-镍合金2~24g、所述干燥的铁粉10~30g、所述干燥的银粉
1~10g依次加入到熔炼炉中，在惰性气体氩气的保护下升温至660~750℃使其熔化，并搅拌
均匀，得到熔融物；所述熔融物在700℃~750℃保温25~35分钟后降温至660~700℃，并在该
温度下静置10~20分钟后进行浇铸，得到铸锭；
⑹将所述铸锭自然冷却至室温后进行机加工，再运用常规方法除去表面油污，经无水
酒精清洗之后放入电阻炉Ⅰ中进行退火，随炉加热至300℃~380℃并保温30~35小时，然后随
炉冷却；
⑺挤压准备：
将所述步骤⑹所得的铸锭放入电阻炉Ⅱ中，其加热目标温度为300~380℃，加热方式为
空炉到温后一次性放入铸锭，铸锭实测到350~380℃后保温1~3小时；
同时将模具放入电阻炉Ⅲ中，其加热目标温度为250~380℃，加热方式为冷炉放模，模
具实测到300~350℃后保温1~3小时；
同时将挤压筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：田哿，苏薪鉴，柴祥，
申请(专利权)人：青海柴达木青元泛镁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：青海;63