本发明涉及石油天然气勘探开发领域，具体地说涉及一种用于页岩气井分段压裂的可溶解憋压球。
背景技术：
在页岩油气、低渗透储层的定向井、水平井压裂增产工艺过程中，经常使用多级滑套分段压裂技术。投球式压裂滑套作为分段压裂技术中的关键工件，依靠井口依次投入直径由小到大的憋压球，依次将各段滑套打开，再进行后续压裂施工。待全部产层压裂结束后，憋压球在地层压力作用下返排出井口，若返排不畅，则下入钻具将球座及憋压球共同钻掉，以利于后期油气井生产。现有的憋压球，在井底受压时容易变形、影响憋压效果与顺利返排，且水平井趾端小直径憋压球返排难度大，经常需要下入钻具进行磨铣，导致施工周期延长，增加施工成本与风险。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种用于页岩气井分段压裂的可溶解憋压球，以解决现有技术中分段压裂时需要返排或磨铣憋压球的问题，实现憋压球可在井下环境中进行可控溶解的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于页岩气井分段压裂的可溶解憋压球，制作该憋压球的基体材料为核体晶粒直径60~100μm的金属mg，金属mg晶粒外包覆有厚度为10μm的壳体材料，所述壳体材料在富含cl—的电解质溶液中的腐蚀速率低于所述基体材料，所述壳体材料的间隙内均匀分布有β相金属元素，所述基体材料、壳体材料、β相金属元素的配比为5:3:2。针对现有技术中在分段压裂时需要返排或磨铣憋压球的问题，本发明提供了一种用于页岩气井分段压裂的可溶解憋压球。用于分段压裂技术的可溶解憋压球需要满足耐高压和可溶解的要求，因此其制作材料需要选用具有一定活性和强度的金属材料，并进行相应改进，以满足井底高压环境使用，以及在富含cl—的压裂液和地层水中完成电解。因此，本发明中使用金属mg为制作憋压球的基体材料，金属mg的标准电极电位为-2.37v，腐蚀电位一般在+0.5~-1.65v之间，腐蚀主要以单价的mg离子与水反应生成更加稳定的二价mg产物，由于压裂液和地层水中都富含cl—，所以会进一步发生反应生成mgcl2和氢氧根离子，从而使金属表面迅速发生电腐蚀，该反应过程如下所示：
mg+h++h2o→mg2++oh—+h2
mg(oh)2+2cl—→mgcl2+2oh—
由于制作所述憋压球的基体晶粒过大会降低材料强度，不利于憋压球的承压性能，而晶粒过小又增加生产成本，因此优选所述金属mg的核体晶粒直径在60~100μm范围内，在保证其强度及承压的前提下，尽量降低生产成本。金属mg晶粒外包覆有厚度为10μm的壳体材料，用以保证溶解性能的可控。所述壳体材料在富含cl—的电解质溶液中的腐蚀速率低于所述基体材料，即壳体材料必须与金属mg之间形成电化学腐蚀电位差，以便于在完成憋压打开滑套的工作之前，憋压球不会开始电解。所述壳体材料若太薄，不利于腐蚀速率的控制，若太厚又占用体积过大不便于制备，因此经过多次实验得出其厚度为10μm时为最佳厚度。此外，所述壳体材料的间隙内均匀分布有β相金属元素，通过高温稳定的β相金属元素的弥散强化作用，提高憋压球的耐压强度。通过上述方式，以保证憋压球的强度和溶解性能。
优选的，所述壳体材料为al和/或al2o3。al和al2o3满足上述作为壳体材料的所有要求，并且其晶粒易于与金属mg聚结，便于制造。
优选的，所述β相金属元素为fe和/或cu。fe和cu的β相结构易于获得。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种用于页岩气井分段压裂的可溶解憋压球，通过使用核体晶粒直径60~100μm的金属mg作为基体材料，并在其外包覆有厚度为10μm的腐蚀速率低于金属mg的壳体材料，并在其中均与分布β相金属元素，使基体材料、壳体材料、β相金属元素的配比为5:3:2，从而满足憋压球耐高压和可溶解的要求，实现憋压球可在井下环境中进行可控溶解的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成
本技术：
的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一个具体实施例的金相模型微观示意图。
其中：1-基体材料，2-壳体材料，3-β相金属元素。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的一种用于页岩气井分段压裂的可溶解憋压球，制作该憋压球的基体材料1为核体晶粒直径60~100μm的金属mg，金属mg晶粒外包覆有厚度为10μm的壳体材料2金属铝，所述金属铝的间隙内均匀分布有β相的fe，所述mg、al、fe的配比为5:3:2。本实施例中，使用上述材料制成直径38.1mm的憋压球进行有限元数模分析，其中所选取的纯mg材料弹性模量44.8gpa，泊松比0.35，球座体内径35mm。模型分析结果显示，当球体承受70mpa压力时，最大应力处为球体与球座表面的接触点，其最大应力值为288mpa。而对该憋压球进行抗压性能试验得到，其最大抗压能力均超过了300mpa，大于憋压球与球座在70mpa压力下的理论接触应力。因此，本实施例中的憋压球可满足70mpa的承压要求，对于非异常压力的常规地层均能使用。此外，将憋压球置于85℃、质量浓度3%的kcl溶液中，模拟井下情况进行了溶解性试验。经测试，溶解速率达到0.2g/h且稳定。由此，可以解决现有技术中分段压裂时需要返排或磨铣憋压球的问题，实现憋压球可在井下环境中进行可控溶解的目的。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。