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1、10申请公布号CN104285032A43申请公布日20150114CN104285032A21申请号201380024060022申请日2013040413/466,31120120508USE21B33/12200601E21B23/0620060171申请人贝克休斯公司地址美国得克萨斯72发明人徐志跃许颖清GL赫恩BM理查德74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038代理人李英54发明名称可分解和贴合的金属性密封件及其制备方法57摘要一种密封件，包括金属复合材料，其具有包括金属性纳米基体材料的蜂窝纳米基体，布置在该蜂窝纳米基体中的金属基体，和分解剂；内密封表面；和离开内。
2、密封表面径向布置的外密封表面。该密封件可通过以下方法制备将金属基体粉末、分解剂、和金属纳米基体材料组合以形成组合物；将该组合物压实以形成压实组合物；烧结该压实组合物；和压制该烧结组合物以形成密封件。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014110786PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0352622013040487PCT国际申请的公布数据WO2013/169418EN2013111451INTCL权利要求书2页说明书18页附图20页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书18页附图20页10申请公布号CN104285032ACN104285。
3、032A1/2页21一种密封件，其包含金属复合材料，其包括包含金属性纳米基体材料的蜂窝纳米基体；布置在该蜂窝纳米基体中的金属基体；和分解剂；第一密封表面；和与第一密封表面相对布置的第二密封表面。2权利要求1的密封件，其中将第一密封表面布置在密封件的内部上，并且将第二密封表面径向布置在密封件的外部上离开第一密封表面。3权利要求1的密封件，其中将分解剂布置在金属基体外的蜂窝纳米基体中。4权利要求1的密封件，其中将分解剂布置在金属基体中。5权利要求1的密封件，其中金属基体包含铝、铁、镁、锰、锌、或包含前述的至少一种的组合。6权利要求1的密封件，其中分解剂包含钴、铜、铁、镍、钨、锌、或包含前述的至少一。
4、种的组合。7权利要求1的密封件，其中金属性纳米基体材料包含铝、钴、铜、铁、镁、镍、硅、钨、锌、其氧化物、其氮化物、其碳化物、其金属间化合物、其金属陶瓷、或包含前述的至少一种的组合。8权利要求1的密封件，其中基于密封件的重量，金属基体的量为约50WT约95WT。9权利要求1的密封件，其中基于密封件的重量，分解剂的量为约025WT约15WT。10权利要求1的密封件，其中基于密封件的重量，金属纳米基体材料的量为约10WT约50WT。11权利要求1的密封件，其还包含添加剂颗粒，该添加剂颗粒包括金属、碳、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属间化合物、金属陶瓷、或包含前述的至少一种的组合。12权利要求。
5、11的密封件，其中基于密封剂的重量，添加剂颗粒的量为约05WT约25WT。13权利要求1的密封件，其还包含外密封表面中的压盖。14权利要求13的密封件，其还包含布置在压盖中的弹性体。15权利要求14的密封件，其中该弹性体包括丁二烯橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯、环氧氯丙烷橡胶、三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶、氟橡胶、丁腈橡胶、全氟橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚氯丁二烯、聚异戊二烯、聚硫橡胶、SANIFLUOR、硅橡胶、丁苯橡胶、或包含前述的至少一种的组合。16权利要求1的密封件，其中该密封件是暂时密封件。17权利要求1的密封件，其中该密封件具有约10约75的百分比延伸率。18权利要求1的密封件，其中该密封。
6、件具有约15KSI约50KSI的屈服强度。19权利要求1的密封件，其中该密封件具有约30KSI约80KSI的压缩强度。20权利要求1的密封件，其中该密封件具有最高至1000的温度等级。权利要求书CN104285032A2/2页321权利要求1的密封件，其中该密封件是可分解的，以响应与流体的接触。22权利要求1的密封件，其中该流体包含盐水、无机酸、有机酸、或包含前述的至少一种的组合。23权利要求1的密封件，该密封件具有约1MG/CM2/小时约10,000MG/CM2/小时的分解速率。24一种制品，其包含权利要求1的密封件，其中该制品是压裂塞、桥塞、垫圈或瓣阀。25权利要求24的制品，其中将该密封。
7、件配置成形成金属至金属密封以响应压缩力的施加。26一种用于制备密封件的方法，该方法包括将金属基体粉末、分解剂、和金属纳米基体材料组合以形成组合物；将该组合物压实以形成压实组合物；烧结该压实组合物；和压制该烧结组合物以形成密封件。27一种用于暂时密封元件的方法，该方法包括施加压力以使权利要求1的密封件变形；使密封件贴合一定的空间以形成暂时密封；和使暂时密封与流体接触以分解暂时密封。28权利要求27的方法，其中该暂时密封为金属至金属密封。29权利要求27的方法，其中第一密封表面为内密封表面，并且第二密封表面为离开内密封表面径向布置的外密封表面。30一种分解剂，其包含在受控的电解材料当中布置的金属、。
8、脂肪酸、陶瓷颗粒、或包含前述的至少一种的组合，其中分解剂改变受控的电解材料的分解速率。31权利要求30的分解剂，其中受控的电解材料包含包含金属性纳米基体材料的蜂窝纳米基体；和布置在蜂窝纳米基体中的金属基体。32权利要求31的分解剂，其中将该分解剂布置在金属基体外的蜂窝纳米基体中。33权利要求30的分解剂，其中该金属包含钴、铜、铁、镍、钨、锌、或包含前述的至少一种的组合。34权利要求30的分离剂，其中脂肪酸包含油酸、硬脂酸、月桂酸、羟基硬脂酸、二十二烷酸、花生四烯酸、亚油酸、亚麻酸、蓖麻油酸、棕榈酸、褐煤酸、或包含前述的至少一种的组合。35权利要求30的分解剂，其中该陶瓷颗粒包含氮化硼、碳化钨、。
9、碳化钽、碳化钛、碳化铌、碳化锆、碳化硼、碳化铪、碳化硅、硼碳化铌、氮化铝、氮化钛、氮化锆、氮化钽、或包含前述的至少一种的组合。权利要求书CN104285032A1/18页4可分解和贴合的金属性密封件及其制备方法0001相关申请的交叉引用0002本申请要求2012年5月8日提交的美国申请第13/466311号的权益，通过引用以其全文并入本文。背景技术0003包括油和天然气井、CO2固定SEQUESTRATION钻井等的井下结构经常利用钻井部件或工具，由于它们的功能，仅需要具有有限的使用寿命，其显著低于井的使用寿命。在部件或工具使用功能完成之后，必须将其移除或处置以便恢复用于使用包括烃制备、CO2。
10、捕获或固定等的流体通道的原始尺寸。可通过将部件或工具碾磨或钻削出钻井来完成部件或工具的处置，这通常是费时且昂贵的操作。该行业通常易接受消除从钻井移除部件或工具而没有这样的碾磨和钻削操作的新系统、材料和方法。发明内容0004本文中公开了一种密封件，其包含金属复合材料，该金属复合材料包括包含金属性纳米基体材料的蜂窝纳米基体；布置在该蜂窝纳米基质中的金属基质；和分解剂；第一密封表面；和与第一密封表面相对布置的第二密封表面。0005本文中还公开了一种用于制备密封件的方法，该方法包括将金属基体粉末、分解剂、和金属纳米基体材料组合以形成组合物；将该组合物压实以形成压实组合物；烧结该压实组合物；和压制该烧结。
11、组合物以形成密封件。0006还公开了一种用于暂时密封井下元件的方法，该方法包括施加压力以使密封件变形如上所述；使该密封件贴合一定空间以形成暂时密封；和使该暂时密封与井下流体接触以分解该暂时密封。0007另外公开了一种分解剂，其包含在受控的电解材料当中布置的金属、脂肪酸、陶瓷颗粒或包含前述的至少一种的组合，其中该分解剂改变受控电解材料的分解速率。附图说明0008以下说明不应视为以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件标号相似0009图1描绘了可分解的管状连接ANCHORING系统的横截面视图；0010图2描绘了可分解的金属复合材料的横截面视图；0011图3是如本文中公开的可分解的金属复合材料的示。
12、例性实施方案的显微照片；0012图4描绘了用于制备图2中显示的可分解的金属复合材料的组合物的横截面视图。0013图5A是没有蜂窝纳米基体的纯金属的显微照片；0014图5B是具有金属基体和蜂窝纳米基体的可分解的金属复合材料的显微照片；0015图6是对于包括蜂窝纳米基体的各种可分解的金属复合材料的质量损失对时间的图表，其表明选择性地可调节的分解速率；说明书CN104285032A2/18页50016图7A是由纯MG粉末形成的压块的断裂表面的电子显微照片；0017图7B是具有如本文中所述的蜂窝纳米基体的可分解的金属复合材料的示例性实施方案的断裂表面的电子显微照片；0018图8是具有蜂窝纳米基体的金属。
13、复合材料的压缩强度对蜂窝纳米基体的成分AL2O3的重量百分比的图表；0019图9A描绘了钻井中可分解的管状连接系统的实施方案的横截面视图；0020图9B描绘了在安装位置上图9A的系统的横截面视图；0021图10描绘了可分解的截头圆锥零件的横截面视图；0022图11描绘了可分解的底部截头的横截面视图；0023图12A、12B和12C分别描绘了可分解的套管的透视图、横截面视图和俯视图；0024图13A和13B分别描绘了可分解的密封件的透视图和横截面视图；0025图14描绘了可分解的管状连接系统的另一个实施方案的横截面视图；0026图15描绘了在安装位置上图14的可分解的管状连接系统的横截面视图；0。
14、027图16描绘了可分解的管状连接系统的另一个实施方案的横截面视图；0028图17描绘了在可分解的管状连接系统中具有弹性体支承环的可分解的密封件的另一个实施方案的横截面视图；0029图18A和18B分别描绘了可分解的密封件的另一个实施方案的横截面视图和透视图。具体实施方式0030参考附图通过例示而不是限制在本文中呈现所公开的装置和方法的一个或多个实施方案的详细描述。0031发明人发现高强度、高延展性还可完全分解的管状连接系统可由选择性和可控地分解以响应与某些井下流体接触或以响应变化的状况的材料制得。这样的可分解的系统包括部件，所述部件为选择性地可腐蚀的并且具有选择性地可调节的分解速率和选择性地。
15、可调节的材料性质。此外，该可分解的系统具有部件，所述部件具有不同的压缩和拉伸强度并且包括密封件以形成例如贴合的金属至金属密封、圆锥体、可变形的套管或罩和底部接头。如本文中使用的，“可分解的”意指材料或部件为可消耗的、可腐蚀的、可降解的、可溶解的、可弱化的或以其它方式可移除的。要理解的是本文中术语“分解DISINTEGRATE”或其任何形式例如分解DISINTEGRATION的使用包括所述的含义。0032在图1中显示了可分解的管状连接系统的一个实施方案。该可分解的管状连接系统110包括密封件112、截头圆锥零件114、套管116本文中显示为滑环、和底部接头118。配置该系统110使得截头圆锥零件。
16、114相对于套管116和相对于密封件112的轴向移动导致套管116和密封件112分别径向改变。尽管在该实施方案中径向改变是在径向向外的方向上，但是在替代性的实施方案中径向改变可在其它方向上例如径向向内。此外，在向其施加压缩力时可改变密封件112的壁部分的轴向长度D1和厚度T1。密封件112、截头圆锥零件114、套管116和底部截头118即系统110的部件是可分解的并且包含金属复合材料。该金属复合材料包括分解剂和布置在蜂窝纳米基体中的金属基体。0033在一个实施方案中，将分解剂布置在金属基体中。在另一个实施方案中，将分解说明书CN104285032A3/18页6剂布置在金属基体外。在又一个实施方。
17、案中，将分解剂布置在金属基体中以及金属基体外。该金属复合材料还包括蜂窝纳米基体，该蜂窝纳米基体包含金属性纳米基体材料。可将分解剂布置在金属性纳米基体材料当中的蜂窝纳米基体中。在美国专利申请序列号12/633,682、12/633,688、13/200,832、和13/358,307中公开了示例性的金属复合材料和用于制备该金属复合材料的方法，通过引用以其全文将这些专利申请的每个并入本文。0034金属复合材料例如为如图2所示的粉末压块。该金属复合材料200包括包含纳米基体材料220的蜂窝纳米基体216和包含分散在蜂窝纳米基体216中的颗粒芯部材料218的金属基体214例如多个分散颗粒。颗粒芯部材料。
18、218包含纳米结构材料。将这样的具有蜂窝纳米基体并在其中布置金属基体的金属复合材料称作受控的电解材料。0035参考图2和4，金属基体214可包括任何合适的金属性颗粒芯部材料218，其包括如本文中描述的纳米结构。在一个示例性实施方案中，金属基体214由颗粒芯部14图4形成并且可包括元素例如铝、铁、镁、锌或其组合作为纳米结构的颗粒芯部材料218。更特别地，在一个示例性实施方案中，金属基体214和颗粒芯部材料218可包括各种AL或MG合金作为纳米结构的颗粒芯部材料218，包括各种可沉淀硬化的合金AL或MG合金。在一些实施方案中，颗粒芯部材料218包括镁和铝，其中基于金属基体的重量，铝以约1重量WT约。
19、15WT、特别是约1WT约10WT、并且更特别是约1WT约5WT的量存在，重量的余量为镁。0036在另一个实施方案中，可沉淀硬化的AL或MG合金是特别有用的，因为通过纳米结构化和经纳入如本文中描述的颗粒沉淀的沉淀硬化两者，它们可强化金属基体214。金属基体214和颗粒芯部材料218还可包括稀土元素、或稀土元素的组合。示例性的稀土元素包括SC、Y、LA、CE、PR、ND、或ER。可使用包含至少一种前述稀土元素的组合。当存在时，基于金属复合材料的重量，稀土元素可以以约5WT或更少、并且特别是约2WT或更少的量存在。0037金属基体214和颗粒芯部材料218还可包括纳米结构的材料215。在一个示例性。
20、的实施方案中，纳米结构的材料215是具有小于约200纳米NM、特别是约10NM约200NM的晶粒尺寸例如亚晶粒或微晶尺寸，并且特别是小于约100NM的平均晶粒尺寸。金属基体214的纳米结构可包括大角度晶界227其通常用于限定晶粒尺寸、或小角度晶界其可在特定晶粒内作为亚结构出现，有时用于限定微晶尺寸、或其组合。将理解金属基体214的纳米蜂窝基体216和晶粒结构包括晶界227和229的纳米结构的材料215是金属复合材料200的独特特征。特别地，纳米蜂窝基体216不是金属基体214的晶态部分或非晶部分。0038在金属复合材料200中包括分解剂以控制金属复合材料200的分解速率。可将分解剂布置在金属基。
21、体214、蜂窝纳米基体216、或其组合中。根据一个实施方案，分解剂包括金属、脂肪酸、陶瓷颗粒或包含前述的至少一种的组合，将分解剂布置在受控的电解材料当中以改变受控的电解材料的分解速率。在一个实施方案中，将分解剂布置在金属基体外的蜂窝纳米基体中。在一个非限制性实施方案中，分解剂增加金属复合材料200的分解速率。在另一个实施方案中，分解剂减小金属复合材料200的分解速率。分解剂可为金属，包括钴、铜、铁、镍、钨、锌、或包含前述的至少一种的组合。在另一个实施方案中，分解剂为脂肪酸，例如具有640个碳原子的脂肪酸。示例性的脂肪酸包括油酸、硬脂酸、月桂酸、羟说明书CN104285032A4/18页7基硬脂。
22、酸、二十二烷酸、花生四烯酸、亚油酸、亚麻酸、蓖麻油酸、棕榈酸、褐煤酸、或包含前述的至少一种的组合。在又一个实施方案中，分解剂为陶瓷颗粒，例如氮化硼、碳化钨、碳化钽、碳化钛、碳化铌、碳化锆、碳化硼、碳化铪、碳化硅、硼碳化铌、氮化铝、氮化钛、氮化锆、氮化钽、或包含前述的至少一种的组合。此外，陶瓷颗粒可为下面关于强化剂讨论的陶瓷材料之一。这样的陶瓷颗粒具有5M或更小、特别是2M或更小、并且更特别是1M或更小的尺寸。分解剂可以以有效引起金属复合材料200以所需的分解速率分解的量存在，基于金属复合材料的重量，特别是约025WT约15WT、特别是约025WT约10WT、特别是约025WT约1WT。0039。
23、在一个示例性的实施方案中，蜂窝纳米基体216包括铝、钴、铜、铁、镁、镍、硅、钨、锌、其氧化物、其氮化物、其碳化物、其金属间化合物、其金属陶瓷、或包含前述的至少一种的组合。基于密封件的重量，金属基体可以以约50WT约95WT、特别是约60WT约95WT、并且更特别是约70WT约95WT的量存在。此外，基于密封件的重量，金属纳米基体材料的量为约10WT约50WT、特别是约20WT约50WT、并且更特别是约30WT约50WT。0040在另一个实施方案中，金属复合材料包括第二颗粒。如图2和4一般性地说明的，可使用涂覆的金属性粉末10和额外或第二粉末30形成金属复合材料200，即两种粉末10和30可具有。
24、基本上相同的粒料结构而不具有相同的化学化合物。额外粉末30的使用提供了金属复合材料200，该金属复合材料200还包括多个分散的第二颗粒234，如本文中描述的，第二颗粒234分散在蜂窝纳米基体216内并且相对于金属基体214也是分散的。因此，分散的第二颗粒234源于在粉末10、30中布置的第二粉末颗粒32。在一个示例性的实施方案中，分散的第二颗粒234包括NI、FE、CU、CO、W、AL、ZN、MN、SI、其氧化物、其氮化物、其碳化物、其金属间化合物、其金属陶瓷、或包含前述的至少一种的组合。0041再次参考图2，金属基体214和颗粒芯部材料218还可包括添加剂颗粒222。添加剂颗粒222向金属基。
25、体214提供弥散强化机制并且向金属基体214的各个颗粒内的位错移动提供阻挡体或充当限制。此外，可将添加剂颗粒222布置在蜂窝纳米基体216中以强化金属复合材料200。添加剂颗粒222可具有任何合适的尺寸，并且在一个示例性实施方案中，可具有约10NM约1微米、并且特别是约50NM约200NM的平均颗粒尺寸。这里，尺寸意指添加剂颗粒的最大线性尺度。添加剂颗粒222可包括任何合适形式的颗粒，包括嵌入颗粒224、沉淀颗粒226或弥散体颗粒228。嵌入颗粒224可包括任何合适的嵌入颗粒，包括各种硬颗粒。嵌入颗粒可包括各种金属、碳、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属间化合物、金属陶瓷颗粒、或其组合。。
26、在一个示例性实施方案中，硬颗粒可包括NI、FE、CU、CO、W、AL、ZN、MN、SI、其氧化物、其氮化物、其碳化物、其金属间化合物、其金属陶瓷、或包含前述的至少一种的组合。基于金属复合材料的重量，添加剂颗粒可以以约05WT约25WT、特别是约05WT约20WT、并且更特别是约05WT约10WT的量存在。0042在金属复合材料200中，分散在整个蜂窝纳米基体216中的金属基体214可在基本上连续的蜂窝纳米基体216中具有等轴结构或可沿着一根轴为大体狭长的，使得金属基体214的各个颗粒例如为扁圆或扁长形状的。在其中金属基体214具有大体狭长的颗粒的情况下，金属基体214和蜂窝纳米基体216可为连。
27、续或不连续的。构成金属基体214的颗粒尺寸可为约50NM约800M、特别是约500NM约600M、并且更特别是约1M约说明书CN104285032A5/18页8500M。颗粒尺寸可为单分散或多分散的，并且颗粒尺寸分布可为单峰或双峰的。这里的尺寸意指颗粒的最大线性尺度。0043参考图3，显示了金属复合材料的示例性实施方案的显微照片。金属复合材料300具有金属基体214，金属基体214包括具有颗粒芯部材料218的颗粒。此外，将金属基体214的每个颗粒布置在蜂窝纳米基体216中。这里，蜂窝纳米基体216显示为白色网络，该白色网络基本上围绕金属基体214的组分颗粒。0044根据一个实施方案，金属复合材。
28、料由例如粉末成分的组合形成。如图4所说明的，粉末10包括粉末颗粒12，该粉末颗粒12具有具有芯部材料18的颗粒芯部14和具有涂层材料20的金属性涂覆层16。可选择和配置这些粉末成分用于压实和烧结以提供金属复合材料200，该金属复合材料200为轻质的即具有相对低的密度、高强度并且例如通过分解为从钻井可选择和可控制地移除的，以响应钻井性质的变化，包括在合适的钻井流体包括如本文中公开的各种钻井流体中为可选择和可控制地分解的例如通过具有选择性地可调节的分解速率曲线。0045可通过任何合适的方法在用于形成金属基体214的颗粒芯部14中形成纳米结构，包括例如可通过球磨粉末以提供颗粒芯部14、并且更特别是通。
29、过低温碾磨在低温下或在低温流体例如液氮中在球磨介质中球磨粉末以提供用于形成金属基体214的颗粒芯部14来提供变形诱发的纳米结构。可通过任何合适的方法将颗粒芯部14成形为纳米结构的材料215，例如通过本文中描述的材料的预合金化粉末颗粒的碾磨或低温碾磨。还可通过所需量的各种合金成分的纯金属粉末的机械合金化来形成颗粒芯部14。机械合金化涉及这些粉末成分的球磨包括低温碾磨以机械地包裹和混合成分并形成颗粒芯部14。除了产生如上所述的纳米结构以外，球磨包括低温碾磨可导致颗粒芯部14和芯部材料18的固溶强化，其进而可导致金属基体214和颗粒芯部材料218的固溶强化。固溶强化可源于机械混合比根据特定的合金成分。
30、相平衡为可能的更高浓度的固溶体中的间隙或置换溶质原子的能力，由此向颗粒内的位错移动提供阻挡体或充当限制，这进而提供了颗粒芯部14和金属基体214中的强化机制。还可通过包括例如惰性气体凝聚、化学蒸发凝聚、脉冲电子沉积、等离子体合成、非晶固体的结晶、电沉积和严重塑性变形的方法形成具有纳米结构晶界227、229的颗粒芯部14。纳米结构还可包括高位错密度，例如约1017M2至1018M2的位错密度，其可为比通过传统方法例如冷轧而变形的类似合金材料高两个或三个数量级。0046通过多个具有多个粉末颗粒12的金属性涂层16的压实和烧结，例如通过冷等静压CIP、热等静压HIP或动态锻造，基本上连续的蜂窝纳米基。
31、体材料216参见图3和纳米基体材料220由金属性涂覆层16形成。由于与烧结相关的扩散效果，纳米基体材料220的化学组成可不同于涂层材料20的组成。金属复合材料200还包括多个颗粒，其构成包含颗粒芯部材料218的金属基体214。随着将金属性涂覆层16在一起烧结形成蜂窝纳米基体216，金属基体214和颗粒芯部材料218对应于并且由多个粉末颗粒12的多个颗粒芯部14和颗粒芯部材料218形成。由于与烧结相关的扩散效果，颗粒芯部材料218的化学组成还可不同于芯部材料18的化学组成。0047如本文中使用的，术语蜂窝纳米基体216不意味着粉末压块的主要成分，而是意指一种或多种少数成分无论以重量计还是以体积计。
32、。这区别于其中基体以重量或体积计构成主要成分的大多数基体复合材料。术语基本上连续的蜂窝纳米基体的使用旨在描述说明书CN104285032A6/18页9金属复合材料200内纳米基体材料220的分布的大的、规则的、连续的和相互连接的属性。如本文中使用的，“基本上连续的”描述了纳米基体材料220在整个金属复合材料200中的延伸使得其在基本上所有的金属基体214之间延伸并且包封基本上所有的金属基体214。基本上连续的用于表明不需要围绕金属基体214的各个颗粒的蜂窝纳米基体220的完整连续性和规则级别。例如，一些粉末颗粒12上的颗粒芯部14上方的涂覆层16中的缺陷在金属复合材料200的烧结期间可引起颗粒。
33、芯部14的桥接，由此导致蜂窝纳米基体216内的局部不连续性，即使在粉末压块的其它部分中蜂窝纳米基体216是基本上连续的并且表现出如本文中描述的结构。相比之下，在金属基体214的大体狭长的颗粒的情况下即非等轴形状，例如通过挤压形成的那些，“基本上不连续的”用于表明金属基体214的每个颗粒周围的纳米基体的不完全连续性和中断例如开裂或分离，例如可在预定的挤压方向上出现。如本文中使用的，“蜂窝”用于表明纳米基体限定纳米基体材料220的整体上重复、相互连接的室或格的网络，所述室或格包括并且还与金属基体214相互连接。如本文中使用的，“纳米基体”用于描述基体的尺寸或级别，特别是金属基体214的相邻颗粒之间。
34、基体的厚度。在一起烧结形成纳米基体的金属性涂覆层自身是纳米级厚度涂覆层。因为除了金属基体214的多于两个颗粒的交切以外，大部分位置处的蜂窝纳米基体216通常包含两个涂覆层16从具有纳米级厚度的相邻粉末颗粒12的互扩散和结合，形成的蜂窝纳米基体216还具有纳米级厚度例如如本文中描述的涂覆层厚度的约两倍并且因此被描述为纳米基体。此外，术语金属基体214的使用不意味着金属复合材料200的少数成分，而是意指一种或多种多数成分无论以重量计还是以体积计。术语金属基体的使用旨在表达金属复合材料200内颗粒芯部材料218的不连续和离散的分布。0048可通过任何合适的方式镶嵌该嵌入颗粒224，包括例如通过将硬颗。
35、粒与颗粒芯部材料18一起球磨或低温碾磨。沉淀颗粒226可包括可在金属基体214内沉淀的任何颗粒，包括与所关注的材料特别是金属合金的成分的相平衡和它们的相对量一致的沉淀颗粒226例如可沉淀硬化的合金，并且包括由于非平衡条件可沉淀的那些，例如可在如在机械合金化期间已知发生的以高于其相平衡限制的量被迫使进入合金的固溶体中的合金成分被充分加热以激活能够沉淀的扩散机制时发生。弥散体颗粒228可包括源自颗粒芯部14的制造的元素的纳米级颗粒或簇，例如与球磨相关的那些，包括碾磨介质例如球或碾磨流体例如液氮的成分或颗粒芯部14自身的表面例如金属性氧化物或氮化物。弥散体颗粒228可包括元素例如FE、NI、CR、M。
36、N、N、O、C、H等。可将添加剂颗粒222布置在与颗粒芯部14和金属基体214连接的任何地方。在一个示例性实施方案中，如图2所说明的可将添加剂颗粒222布置在金属基体214的表面之内或之上。在另一个示例性实施方案中，将多个添加剂颗粒222布置在金属基体214的表面上并且如图2所说明的还可将其布置在蜂窝纳米基体216中。0049类似地，分散的第二颗粒234可由涂覆或未涂覆的第二粉末颗粒32例如通过将第二粉末颗粒32与粉末颗粒12分散而形成。在一个示例性实施方案中，可用与粉末颗粒12的涂覆层16相同的涂覆层36来涂覆该涂覆的第二粉末颗粒32，使得涂覆层36也导致纳米基体216。在另一个示例性实施方。
37、案中，可不涂覆第二粉末颗粒232，使得分散的第二颗粒234嵌入纳米基体216内。可混合粉末10和额外的粉末30以形成分散颗粒214和分散的第二颗粒234的均匀分散体或形成这些颗粒的非均匀分散体。由于颗粒芯部34、或涂覆层说明书CN104285032A7/18页1036、或它们两者的组成差异，分散的第二颗粒234可由不同于粉末10的任何合适的额外粉末30形成，并且可包括本文中公开的用作第二粉末30的任何材料，该材料不同于被选择来形成粉末压块200的粉末10。0050在一个实施方案中，金属复合材料任选包括强化剂。强化剂提高金属复合材料的材料强度。示例性的强化剂包括陶瓷、聚合物、金属、纳米颗粒、金属。
38、陶瓷等。特别地，强化剂可为二氧化硅、玻璃纤维、碳纤维、炭黑、碳纳米管、硼化物、氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物、磷化物、硫化物、钴、镍、铁、钨、钼、钽、钛、铬、铌、硼、锆、钒、硅、钯、铪、铝、铜、或包含前述的至少一种的组合。根据一个实施方案，将陶瓷与金属组合以形成金属陶瓷，例如碳化钨、氮化钴等。示例性的强化剂特别地包括镁砂、莫来石、氧化钍、氧化铍、氧化铀、尖晶石、氧化锆、氧化铋、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、钛酸钡、堇青石、氮化硼、碳化钨、碳化钽、碳化钛、碳化铌、碳化锆、碳化硼、碳化铪、碳化硅、硼碳化铌、氮化铝、氮化钛、氮化锆、氮化钽、氮化铪、氮化铌、氮化硼、氮化硅、硼化钛、硼化铬、硼化锆、。
39、硼化钽、硼化钼、硼化钨、硫化铈、硫化钛、硫化镁、硫化锆、或包含前述的至少一种的组合。强化剂聚合物的非限制性实例包括聚氨酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯等。0051在一个实施方案中，强化剂为具有约100微米或更少、特别是约10微米或更少、并且更特别是500NM或更少的尺寸的颗粒。在另一个实施方案中，纤维强化剂可与粒料强化剂组合。据认为强化剂的纳入可提高金属复合材料的强度和断裂韧性。不希望受理论所束缚，较细即较小尺寸的颗粒可产生与较大尺寸的颗粒相比更强的金属复合材料。此外，强化剂的形状可变化并且包括纤维、球、杆、管等。强化剂可以以001重量WT20WT、特别是001WT10WT、并且更特别是001WT5WT。
40、的量存在。0052在一种用于制备包含金属复合材料的可分解的连接系统的部件例如密封件、截头圆锥零件、套管、底部接头等的方法中，该方法包括将金属基体粉末、分解剂、金属纳米基体材料和任选地强化剂组合以形成组合物；压实该组合物以形成压实组合物；烧结该压实组合物；和压制该烧结组合物以形成可分解系统的部件。可将该组合物的零件混合、碾磨、掺混等以形成例如如图4所示的粉末10。应理解金属纳米基体材料是布置在金属基体粉末上的涂层材料，其在被压实和烧结时形成蜂窝纳米基体。可通过在压力下压制即压实该组合物以形成生坯压块来形成压块。随后在约15,000PSI约100,000PSI、特别是约20,000PSI约80,0。
41、00PSI、并且更特别是约30,000PSI约70,000PSI的压力下在约250约600、并且特别是约300约450的温度下压制该生坯压块以形成粉末压块。压制以形成粉末压块可包括模具中的压缩。还可将粉末压块机加工以将粉末压块成型成有用的形状。或者，可将粉末压块压制成有用的形状。机加工包括使用例如碾磨机、台锯、车床、异型铣刀、放电机器等切削、锯切、烧蚀、碾磨、铣端面、车削、钻孔等。0053金属基体200可具有任何所需的形状和尺寸，包括柱体棒、条、片、环或可机加工、成形或以其它方式用于形成有用的制造制品的其它形式，包括各种井眼工具和部件。由用于形成金属复合材料200的烧结和压制方法通过使粉末颗粒。
42、12包括颗粒芯部14和涂覆层16变形，使用压制来形成可分解的连接系统的部件例如密封件、截头圆锥零件、套管、底部接头等，以提供金属复合材料200的全密度和所需的宏观形状和尺寸以及其显微结构。颗粒层的金属基体214和蜂窝纳米基体216的各个颗粒的形态例如等轴或大体狭长的源自于烧结和随着粉末颗粒12被压实并且互扩散和变形以填充金属基体214的颗粒说明书CN104285032A108/18页11间空间图2的变形。可选择烧结温度和压力以确保金属复合材料200的密度实现基本上完全的理论密度。0054对于例如在井下环境中的使用，金属复合材料具有有益的性质。在一个实施方案中，由金属复合材料制得的可分解的连接系。
43、统的部件具有可在井下运行的初始形状，并且在密封件和套管的情况下，可随后在压力下变形。金属复合材料是强的和有延展性的，基于可分解的连接系统的部件的原始尺寸，具有约01约75、特别是约01约50、并且更特别是约01约25的百分比延伸率。金属复合材料具有每平方英寸约15千磅KSI约50KSI、并且特别是约15KSI约45KSI的屈服强度。金属复合材料的压缩强度为约30KSI约100KSI，并且特别是约40KSI约80KSI。可分解的连接系统的部件可具有相同或不同的材料性质，例如百分比延伸率、压缩强度、拉伸强度等。0055与弹性体材料不同，本文中的可分解的连接系统的部件包括具有最高至约1200、特别是。
44、最高至1000、并且更特别是约800的温度等级。可分解的连接系统是暂时的，因为该系统为可选择性和可调节地分解的以响应与井下流体的接触或条件例如PH、温度、压力、时间等的变化。此外，该可分解的连接系统的部件可具有相同或不同的分解速率或与井下流体的反应性。示例性的井下流体包括盐水、无机酸、有机酸、或包含前述的至少一种的组合。盐水例如可为海水、油层产出水、完井盐水、或其组合。盐水的性质可取决于盐水的特性和组分。作为一个实例，除了通常的含卤化物的盐以外，海水包含数种成分，例如硫酸盐、溴和痕量金属。另一方面，油层产出水可为从由地表制备的产油藏例如油气藏提取的水。油层产出水还称作油层盐水并且经常包含许多组。
45、分例如钡、锶和重金属。除了天然出现的盐水盐水和油层产出水以外，完井盐水可由新鲜水添加各种盐例如KCL、NACL、ZNCL2、MGCL2、或CACL2合成，以增加盐水的密度，例如CACL2盐水的每加仑106磅。完井盐水通常提供优化以对抗井下储层压力的流体静压力。可改变上述盐水以包括额外的盐。在一个实施方案中，盐水中包括的额外盐为NACL、KCL、NABR、MGCL2、CACL2、CABR2、ZNBR2、NH4CL、甲酸钠、甲酸铯等。基于该组合物的重量，该盐可以以约05WT约50WT、特别是约1WT约40WT、并且更特别是约1WT约25WT的量存在于盐水中。0056在另一个实施方案中，井下流体为无。
46、机酸，其可包括盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸、氢溴酸、高氯酸、或包含前述的至少一种的组合。在又一个实施方案中，井下流体为有机酸，其可包括羧酸、磺酸、或包含前述的至少一种的组合。示例性的羧酸可包括甲酸、乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、四氟乙酸、丙酸、丁酸、草酸、苯甲酸、苯二甲酸包括邻、间和对异构体等。示例性的磺酸包括烷基磺酸和芳基磺酸。烷基磺酸包括例如甲磺酸。芳基磺酸包括例如苯磺酸或甲苯磺酸。在一个实施方案中，烷基可为枝化或未枝化的并且可包含一个至约20个碳原子且可为取代或未取代的。芳基可为烷基取代的，即可为烷芳基，或可通过亚烷基与磺酸部分连接即芳烷基。在一个实施方案中，芳基可用杂原子进。
47、行取代。芳基可具有约3个碳原子约20个碳原子并且包括多核环结构。0057金属复合材料的分解速率还称作溶解速率为每小时每平方厘米约1毫克MG/CM2/小时约10,000MG/CM2/小时、特别是约25MG/CM2/小时约1000MG/CM2/小时、并且更特别是约50MG/CM2/小时约500MG/CM2/小时。取决于用于形成本文中的金属复合材料的组合物和加工条件，分解速率是可变化的。说明书CN104285032A119/18页120058不希望受理论束缚，本文中的金属复合材料的出乎预料地高的分解速率是由通过金属基体和蜂窝纳米基体提供的显微结构所致。如上讨论的，通过使用涂覆粉末的粉末冶金加工例如压。
48、实和烧结来提供这样的显微结构，其中涂层产生纳米蜂窝基体并且粉末颗粒产生金属基体的颗粒芯部材料。据认为金属复合材料中蜂窝纳米基体与金属基体的颗粒芯部材料的紧密接近产生用于金属基体的快速且可调节地分解的电位点。这样的电解位点在缺少蜂窝纳米基体的单一金属和合金中是没有的。为了说明，图5A显示了由镁粉末形成的压块50。尽管压块50表现出被颗粒边界54包围的颗粒52，但是颗粒边界构成基本上一致的材料颗粒52之间的物理边界。然而，图5B显示了复合材料金属56粉末压块的示例性实施方案，该复合材料金属56包括具有布置在蜂窝纳米基体62中的颗粒芯部材料60的金属基体58。复合材料金属56由涂覆氧化铝的镁颗粒形成。
49、，其中在粉末冶金加工下，氧化铝涂层产生蜂窝纳米基体62，并且镁产生具有镁的颗粒芯部材料60的金属基体58。蜂窝纳米基体62不仅是作为图5A中的颗粒边界54的物理边界，而且还是插在金属基体58的邻近颗粒芯部材料60之间的化学边界。然而压块50图5A中的颗粒52和颗粒边界54不具有电位点，具有颗粒芯部材料60的金属基体58建立与蜂窝纳米基体62连接的多个电位点。电位点的反应性取决于金属基体58和蜂窝纳米基体62中使用的化合物作为用于金属复合材料的金属基体和蜂窝纳米基体显微结构的加工条件的结果。0059此外，通过在粉末和涂层中使用的粉末冶金加工条件和化学材料的选择，本文中的金属复合材料的显微结构是可控制的。因此，如对于图6中各种组成的金属复合材料所说明的，分解速率是选择性地可调节的，图6显示了对于包括蜂窝纳米基体的各种金属复合材料的质量损失对时间的图表。具体地，图6显示了对于四种不同的金属复合材料金属复合材料A80、金属复合材料B82、金属复合材料C84、和金属复合材料D86的分解速率曲线。每条曲线的每个部分由图6中的黑点分隔的斜率。