【摘要】：我國近幾年探明的油氣儲量中,70%是低滲透非常規(guī)油氣資源,且低滲透非常規(guī)油氣資源在未來我國油氣產(chǎn)量中所占的比重還將進(jìn)一步增長,這對我國油氣產(chǎn)能的穩(wěn)定增長具有重要的影響。開發(fā)這些非常規(guī)油氣資源必須依靠水力壓裂和酸壓等儲層改造技術(shù),其中采用套管滑套、裸眼封隔器以及橋塞的多層多段壓裂是目前的常用技術(shù)。井下分層分段壓裂過程中,層段間需要投球或下橋塞進(jìn)行封隔,再進(jìn)行下一步施工,待施工完成后,需將此類暫堵工具去除。在井下暫堵工具中引入可降解材料,讓工件在井下自行溶解失效,可以省去鉆磨和回收工序,降低工程風(fēng)險,提高施工效率,同時也可避免鉆屑及循環(huán)液對儲層造成傷害。因此,井下暫堵工具用高強(qiáng)度可降解材料的研發(fā)可實(shí)現(xiàn)提效和環(huán)保雙贏模式,大幅提高作業(yè)效率,降低作業(yè)成本。鎂合金材料的強(qiáng)塑性、剛度和加工性能都要遠(yuǎn)優(yōu)于可降解高分子材料,并且可以通過成分調(diào)節(jié)、熱處理、塑性變形、表面處理等方法對其降解速率進(jìn)行有效調(diào)控。本文在Mg-Zn-Ca合金的基礎(chǔ)上,添加Ni和Cu元素制備井下暫堵工具可降解壓裂球材料Mg-Zn-Ca-Ni-Cu合金,使用EDS能譜儀對其元素及成分含量進(jìn)行分析,研究合金元素在Mg基體中的分布規(guī)律。通過對鑄態(tài)Mg-Zn-Ca-Ni-Cu合金進(jìn)行熱處理和熱擠壓變形處理,測試不同狀態(tài)下合金的力學(xué)性能和腐蝕性能,研究不同加工狀態(tài)對Mg-Zn-Ca-Ni-Cu合金的力學(xué)性能及腐蝕性能的影響規(guī)律,尋找合適的Mg-Zn-Ca-Ni-Cu合金生產(chǎn)加工工藝以滿足井下暫堵工具可降解壓裂球的使用要求。研究結(jié)果表明,Ni和Cu元素的添加對合金的力學(xué)行為的影響并不顯著,但是會明顯加速合金的高溫/室溫降解速率;熱處理對合金的力學(xué)性能有較為明顯的提升,但仍然無法滿足井下暫堵工具可降解壓裂球材料的技術(shù)指標(biāo);熱擠壓變形處理在顯著提高M(jìn)g-Zn-Ca-Ni-Cu合金力學(xué)性能的同時,對合金的腐蝕降解速率也有一定程度的提升,經(jīng)此處理后的合金滿足井下暫堵工具可降解壓裂球材料的技術(shù)指標(biāo),可以對壓裂球進(jìn)行試制并進(jìn)入實(shí)際使用階段。
[Abstract]:Of the proven oil and gas reserves in China in recent years, 70% are low permeability unconventional oil and gas resources, and the proportion of low permeability unconventional oil and gas resources in the future oil and gas production in China will further increase. This has an important impact on the steady growth of oil and gas production capacity in China. The development of these unconventional oil and gas resources must rely on hydraulic fracturing and acid fracturing and other reservoir reconstruction techniques, in which casing sliding sleeve, open-hole Packer and multi-layer and multi-section fracturing of bridge plug are commonly used at present. In the process of downhole stratification fracturing, it is necessary to seal off the layer by throwing ball or the lower bridge plug, and then to carry out the next construction. After the completion of the construction, the temporary plugging tool should be removed. By introducing degradable material into downhole temporary plugging tool, the workpiece can dissolve and fail by itself, which can save drilling and recovery process, reduce engineering risk, improve construction efficiency, and avoid damage to reservoir caused by drilling chip and circulating fluid at the same time. Therefore, the research and development of high strength biodegradable materials for underground temporary plugging tools can achieve a win-win mode of promoting efficiency and environmental protection, greatly improve the working efficiency and reduce the operating cost. The high plasticity, stiffness and processability of magnesium alloy are much better than those of degradable polymer, and the degradation rate of magnesium alloy can be effectively controlled by means of composition adjustment, heat treatment, plastic deformation, surface treatment and so on. In this paper, on the basis of Mg-Zn-Ca alloy, Ni and Cu elements are added to prepare Mg-Zn-Ca-Ni-Cu alloy, which can be used to degrade fracturing ball material in downhole temporary plugging tool. The elements and composition of Mg-Zn-Ca-Ni-Cu alloy are analyzed by EDS spectrometer. The distribution of alloying elements in Mg matrix was studied. The mechanical and corrosion properties of as-cast Mg-Zn-Ca-Ni-Cu alloy were tested by heat treatment and hot extrusion deformation. The effects of different working conditions on the mechanical properties and corrosion properties of Mg-Zn-Ca-Ni-Cu alloys were studied. To find suitable Mg-Zn-Ca-Ni-Cu alloy production and processing technology to meet the requirements of downhole temporary plugging tool biodegradable fracturing ball. The results show that the addition of Ni and Cu elements has no significant effect on the mechanical behavior of the alloy, but it can obviously accelerate the degradation rate of the alloy at high temperature / room temperature. Heat treatment can obviously improve the mechanical properties of the alloy, but it still can not meet the technical index of the downhole temporary plugging tool degradable fracturing ball material. The mechanical properties of Mg-Zn-Ca-Ni-Cu alloy were significantly improved by hot extrusion deformation treatment, and the corrosion degradation rate of the alloy was also improved to a certain extent. The treated alloy can meet the technical specifications of fracturing ball material degradable by downhole temporary plugging tool, and the fracturing ball can be trial-produced and entered the stage of practical application.
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE93;TG146.22

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 尹麗麗;6005A合金的加工特性和性能[J];輕合金加工技術(shù);2000年06期

2 劉志義;李云濤;劉延斌;夏卿坤;;Al-Cu-Mg-Ag合金析出相的研究進(jìn)展[J];中國有色金屬學(xué)報;2007年12期

3 ;鈷40軸尖合金的性能與應(yīng)用[J];儀表材料;1972年01期

4 祁紅璋;安建軍;嚴(yán)彪;;Cu-15Ni-8Sn合金的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J];金屬功能材料;2009年04期

5 謝春生,周天樂;CuNiBeCrZr合金的組織和性能[J];金屬熱處理;2003年02期

6 溫燕寧;肖來榮;張喜民;李威;鄭英鵬;耿占吉;;Cu-Zn-Al-Ni合金的組織與性能[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年04期

7 徐翩;尚文靜;姜業(yè)欣;;Cu-Ni-Si系合金的研究進(jìn)展[J];上海有色金屬;2011年04期

8 林松波;金善勤;楊誠健;陳國峰;;無鈹高硬度電極合金材料[J];電焊機(jī);1985年06期

9 陳斌,馮林平,鐘皓,周鐵濤,劉培英;變形Mg-Li-Al-Zn合金的組織與性能[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2004年10期

10 曹偉產(chǎn);梁淑華;馬德強(qiáng);王獻(xiàn)輝;楊曉紅;;超細(xì)WCrCu30合金的電擊穿特性[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2010年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 李灼華;;Mg對Cu-Be、Ni-Be合金強(qiáng)化作用探討[A];第三屆彈性合金與工藝學(xué)術(shù)交流會論文集[C];1991年

2 陳眾迎;龍連春;;三維編織復(fù)合材料的力學(xué)性能研究現(xiàn)狀[A];北京力學(xué)會第15屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2009年

3 陳青;盧嘉德;胡良全;;酚醛樹脂結(jié)構(gòu)與高溫力學(xué)性能相關(guān)性的探索研究[A];復(fù)合材料：生命、環(huán)境與高技術(shù)——第十二屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

4 尹玉階;;轉(zhuǎn)向拉桿、前控制擺臂球套熱擠壓工藝的研究與經(jīng)濟(jì)分析[A];2007年汽車學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

5 黃玉亭;楊勇新;李平;顧習(xí)峰;王明明;;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料格柵力學(xué)性能測試與評估[A];第十八屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

6 張小英;;土壤填埋降解后絲素纖維的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[A];蘇州市自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文匯編(2008-2009)[C];2010年

7 王玉金;周玉;宋桂明;黃智恒;雷廷權(quán);;鎢絲增強(qiáng)鎢基復(fù)合材料的組織與力學(xué)性能[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（下）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

8 謝穎然;;高頻插座的熱擠壓工藝[A];中國電子學(xué)會生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會機(jī)械加工專業(yè)委員會第八屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2001年

9 徐獻(xiàn)忠;施力;劉雯雯;劉大全;郭惠麗;庫丹;;食品的力學(xué)性能與人類咬合過程參量的關(guān)系[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

10 陳希原;;35鋼輪套熱擠壓余熱淬火熱處理[A];2010年重慶市機(jī)械工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 ;Nb在變形高溫合金中的作用[N];世界金屬導(dǎo)報;2003年

2 王寶順;玻璃潤滑熱擠壓工藝助力高質(zhì)量鋼材生產(chǎn)[N];中國冶金報;2010年

3 ;熱軋帶鋼力學(xué)性能在線監(jiān)控系統(tǒng)（待續(xù)）[N];世界金屬導(dǎo)報;2001年

4 周琦;加強(qiáng)非常規(guī)油氣資源勘探[N];中國石化報;2009年

5 中國石油大學(xué)工商管理學(xué)院副院長 董秀成;非常規(guī)油氣資源將成油氣產(chǎn)業(yè)主角[N];證券日報;2011年

6 記者 劉玉林 馬茜;共同推進(jìn)非常規(guī)油氣資源開發(fā)[N];臨汾日報;2013年

7 記者 禹洋;非常規(guī)油氣資源開采前景看好[N];經(jīng)濟(jì)日報;2014年

8 羅佐縣;非常規(guī)油氣資源具有戰(zhàn)略地位[N];中國石化報;2007年

9 中石化石油勘探開發(fā)研究院 羅佐縣;非常規(guī)油氣資源儲量豐富 尚屬探索性發(fā)展階段[N];中國工業(yè)報;2007年

10 羅佐縣;建立長效機(jī)制開發(fā)非常規(guī)油氣資源[N];中國石化報;2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 魏守征;Ti/Al合金氬弧熔—釬焊接頭組織結(jié)構(gòu)及連接機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2015年

2 伊軍英;Dy對Mg-Y-Nd系合金組織和性能影響規(guī)律研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 盧金文;鈦合金中Mo元素的強(qiáng)化機(jī)理及組織演變[D];東北大學(xué);2014年

4 孟凡國;028鐵鎳基耐蝕合金油井管制備工藝優(yōu)化及組織精確控制[D];北京科技大學(xué);2016年

5 舒文祥;Mg和Cu元素調(diào)控的7xxx系鋁合金凝固特性及強(qiáng)韌化機(jī)理研究[D];北京科技大學(xué);2016年

6 孟春艷;艦船用含Zn5xxx系鋁合金的抗腐蝕機(jī)理及板材開發(fā)[D];北京科技大學(xué);2016年

7 謝偉濱;高強(qiáng)高彈Cu-20Ni-20Mn合金微觀組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律及其對性能的影響[D];北京有色金屬研究總院;2016年

8 張建新;鑄態(tài)及變形Mg-Sn-Si合金的組織演化和強(qiáng)韌化[D];河南理工大學(xué);2014年

9 李建輝;Zr_3Al基合金的化學(xué)成分設(shè)計(jì)與組織性能探究[D];燕山大學(xué);2016年

10 郭娜娜;Mo-Nb-Hf-Zr-Ti難熔高熵合金組織與力學(xué)性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 郭皓;井下暫堵工具用可溶鎂合金研究[D];長安大學(xué);2017年

2 楊金文;影響GNiCr40Al3Ti合金組織和性能因素的研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 蔡禮園;稀土變質(zhì)處理對高性能鑄造鋁合金影響的研究[D];沈陽大學(xué);2015年

4 王建;Cr、Sc對Al-Cu-Mg-Ag合金的組織與性能的影響[D];鄭州大學(xué);2015年

5 龐玉璇;體擴(kuò)散和界面擴(kuò)散下Ni-Al合金沉淀行為[D];南京理工大學(xué);2015年

6 賈琨;稀土元素Yb對ZK60鎂合金和A360鋁合金組織和性能的影響[D];西南大學(xué);2015年

7 陸晟;等通道擠壓工藝對Al-Mg-Si合金組織及力學(xué)性能影響的研究[D];江西理工大學(xué);2015年

8 孔亞萍;Al-Mg-Si基導(dǎo)體材料組織和性能的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

9 王杰;主合金元素對高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金鑄態(tài)組織及均熱態(tài)組織的影響[D];北京有色金屬研究總院;2015年

10 程丹丹;Mg-Nd-Zn-Zr-Y生物材料的制備及性能研究[D];河南科技大學(xué);2015年

，

本文編號：2363855