製造和使用功能梯度複合工具的方法

2023-04-28 05:05:06 2

製造和使用功能梯度複合工具的方法
【專利摘要】本發明公開了一種製造複合井下物件的方法。該方法包括：形成至少一個能腐蝕的芯部構件，芯部構件包括在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料；和在所述芯部構件上設置至少一個外構件，外構件包括在所述井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料。其中，能腐蝕的芯部構件具有組分梯度或密度梯度或其組合。其中，第一腐蝕速率明顯比第二腐蝕速率大。還公開了一種使用複合井下物件的方法。該方法包括：形成如上所述的複合井下物件，使用該物件執行第一井眼操作，將所述物件暴露於井眼流體，以及選擇性地腐蝕能腐蝕的第二構件。
【專利說明】製造和使用功能梯度複合工具的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求於2012年4月28日提交的美國申請第13/096442號的權益，其全部內容以引用的方式併入本文。
[0003]本申請包含的主題涉及與本申請同一天提交的共同未決專利申請(代理人案卷號為WBI4-50897-US)的主題，該專利申請被轉讓給與本申請相同的受讓人，即德克薩斯州休斯頓的貝克休斯公司，其全部內容以引用的方式併入本文。
【背景技術】
[0004]井下鑽探、完井和生產操作通常利用井眼元件或工具，該井眼元件或工具由於其功能因而僅需具有有限的使用壽命，並且必須從井眼移除或在井眼中除去以便恢復流體通道的原有尺寸以用於包括生產烴、隔離CO2等。傳統上元件或工具的處理常常是通過將其鑽出或銑出井眼，這通常是耗時的並且是昂貴的操作。
[0005]已經提出通過使用各種井眼流體溶解可降解的聚乳酸聚合物來移除元件或工具。然而，這些聚合物通常不具有機械強度、斷裂韌性以及在井眼的工作溫度範圍內執行井眼元件或工具功能所需的其它機械性能，因此，它們的應用是有限的。
[0006]已經提出使用其它可降解材料，包括某些可降解金屬合金，該可降解金屬合金以某些反應性金屬(例如招)為多數成分和以其它合金組分(例如，鎵、銦、秘、錫及其它們的混合物和組合)為少數成分形成，且不排除某些次要合金元素，例如，鋅、銅、銀、鎘、鉛及其它們的混合物和組合。這些材料可以通過熔化組分的粉末然後固化熔化物以形成合金，或通過衝壓、壓制、燒結或類似的方式處理上面所提及的量的反應性金屬和其它合金成分的粉末混合物而使用粉末冶金。這些材料包括利用重金屬的許多組合，所述重金屬例如是可能不適合於與材料的降解一起釋放到環境中的鉛、鎘等。另外，它們的形成可能涉及多種熔化現象，這產生了受到各個合金組分的相平衡和固化特徵支配的合金結構，並且不會產生最佳的或令人滿意的合金微結構、機械性能或溶解特性。
[0007]因此，非常需要開發一種能用於形成井眼元件或工具的材料，使該井眼元件或工具具有執行其所需功能所需的機械性能，然後通過使用井眼流體進行受控溶解而被從井眼中移除。

【發明內容】

[0008]在一個示例性實施例中公開了一種製造複合井下物件的方法。所述方法包括:形成至少一個能腐蝕的芯部構件，所述芯部構件包括在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料，以及在所述芯部構件上設置至少一個外構件，所述外構件包括在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料，其中，所述能腐蝕的芯部構件具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，所述第一腐蝕速率明顯比所述第二腐蝕速率大。
[0009]在另一個示例性實施例中，公開了一種製造複合井下物件的方法。所述方法包括:形成至少一個芯部構件，所述芯部構件包括在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料，以及在所述芯部構件上設置至少一個能腐蝕的外構件，所述外構件包括在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料，其中，所述能腐蝕的外構件具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，所述第二腐蝕速率明顯比所述第一腐蝕速率大。
[0010]在又一個示例性實施例中，公開了一種使用複合井下物件的方法。所述方法包括:形成包括第一構件和能腐蝕的第二構件的複合井下物件，所述第一構件包括在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料，所述能腐蝕的第二構件包括在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料，其中，所述能腐蝕的第二構件具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，所述第二腐蝕速率明顯比第一腐蝕速率大。所述方法還包括:使用所述物件執行第一井眼操作。所述方法進一步包括:使所述物件暴露於所述井眼流體，和選擇性地腐蝕所述能腐蝕的第二構件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]現在參照附圖，其中，在圖中相同的元件用相同的附圖標記標明。
[0012]圖1是本文公開的井下物件的示例性實施例的剖視圖；
[0013]圖2是圖1中剖面2的剖視圖，圖示了本文公開的梯度部分的實施例；
[0014]圖3是本文公開的梯度部分的另一個實施例的剖視圖；
[0015]圖4是本文公開的井下物件的第二示例性實施例的剖視圖；
[0016]圖5是本文公開的井下物件的第三示例性實施例的剖視圖；
[0017]圖6是本文公開的井下物件的第四示例性實施例的剖視圖；
[0018]圖7是本文公開的井下物件的第五示例性實施例的剖視圖；
[0019]圖8是本文公開的井下物件的第六示例性實施例的剖視圖；
[0020]圖9是本文公開的井下物件的第七示例性實施例的剖視圖；
[0021]圖10是本文公開的井下物件的第八示例性實施例的剖視圖；
[0022]圖11是本文公開的井下物件的第九示例性實施例的剖視圖；
[0023]圖12是本文公開的井下物件的第十示例性實施例的剖視圖；
[0024]圖13是製造本文公開的井下物件的方法的流程圖；
[0025]圖14是製造本文公開的井下物件的第二方法的流程圖；
[0026]圖15是使用本文公開的井下物件的方法的流程圖；
[0027]圖16是用於製造本文公開的納米基體複合粉末壓坯的覆置金屬粉末的剖視圖；
[0028]圖17是本文公開的納米基體複合粉末壓坯的剖視圖；
[0029]圖18是本文公開的前體納米基體複合粉末壓坯的剖視圖。
【具體實施方式】
[0030]參照圖1-圖12，公開了複合井下物件10。複合井下物件10可包括多種鑽井工具和元件中的任何一個。這些鑽井工具和元件可包括各種分流球12、球座14、塞16、塞座18、盤20、鏢狀物21、套筒22和管狀段23等。複合井下物件10在預定井眼流體24中能選擇性地被腐蝕。複合井下物件10可通過使用預定井眼流體24而選擇性地被移除。作為替代，通過使用預定井眼流體24來選擇性地腐蝕所述物件10的一部分而可使這些複合井下物件10從一種形狀重新被配置為另一種形狀或者從一種尺寸重新被配置為另一種尺寸。這些特徵例如也可組合，例如，通過使用預定井眼流體24或預定井眼流體24的組合將物件10從一種形狀重新配置為另一種形狀或者從一種尺寸重新配置為另一種尺寸並隨後將所述物件10從井眼中移除。本文所描述的複合井下物件10包括功能梯度複合材料，該功能梯度複合材料包括能快速腐蝕的金屬部分26和在預定的井眼流體24中能以慢得多的速率腐蝕的更耐腐蝕的部分28。在某些實施例中，複合井下物件10可包括堅固的、能選擇性地快速腐蝕的金屬芯部構件30或基部，該金屬芯部構件或基部包括第一材料32，所述第一材料包含能腐蝕的金屬部分26並且由堅硬的防腐蝕的外構件40保護，外構件包括第二材料42，所述第二材料包含更耐腐蝕的部分28。在其它實施例中，配置可相反，複合井下物件10可包括堅固的、能選擇性地快速腐蝕的金屬外構件50或基部，該金屬外構件或基部包括第一材料32，所述第一材料包含能腐蝕的金屬部分26，該能腐蝕的金屬部分包圍堅硬的耐腐蝕芯部構件60，所述耐腐蝕芯部構件包含第二材料42，所述第二材料包括更耐腐蝕的部分
28。能腐蝕的金屬部分26可包括包含功能梯度材料70的功能梯度部分70，功能梯度材料設置在能腐蝕的金屬部分26的第一材料32和更耐腐蝕的部分28的第二材料40之間。這種結構使得工具在使用物件(例如工具操作)期間耐腐蝕，同時允許芯材料在暴露於預定的井眼流體時快速地重新配置或移除。例如，可使用梯度部分70在第一材料32和第二材料42之間提供微觀結構轉變，這是因為這些材料可具有明顯不同的冶金性能和機械性能。能腐蝕的金屬部分26可由本文公開的納米基體複合材料形成。相對更耐腐蝕的部分28可由比能腐蝕的金屬部分26更耐腐蝕的任何適合材料形成，優選地，由明顯比能腐蝕的金屬部分26更耐腐蝕的任何材料形成，更尤其是，可包括例如表現出高硬度和耐磨性的材料。
[0031]參照圖1，在一個示例性實施例中，複合井下物件包括:至少一個包括第一材料32的能腐蝕的芯部構件30，第一材料32在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕。複合井下物件10還包括至少一個設置在芯部構件30上並且包含第二材料42的外構件40，所述第二材料在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕，其中，能腐蝕的芯部構件30具有包含組分梯度或密度梯度或其組合的梯度部分70，其中，第一腐蝕速率明顯比第二腐蝕速率大。
[0032]外構件40可具有任何合適的形狀或厚度。在一個實施例中，外構件40包括設置在芯部構件30上的一層，這通過如下方式來完成:直接將第二材料42沉積在芯部構件30的梯度部分70的外部部分或外部表面36上，或者可替換地，沉積在設置在芯部構件30上的、單獨形成的梯度部分70的外部部分或外部表面36上。可採用各種沉積方法，例如，本文描述的噴鍍、濺鍍和其它薄膜沉積技術、包覆、粉末的壓制、熱噴塗或粉末的雷射熔融。外構件40也可形成為單獨構件和通過包括本文描述的那些方法的任何合適的附接方法而附接在芯部構件30的外部部分36上。例如，外構件40可形成為包括本文描述的納米基體粉末壓坯的粉末壓坯，然後通過合適的附接方法附接在芯部構件30的外構件上。合適的附接方法包括等靜壓壓制、擴散結合、熱成型、焊接、銅焊、粘合等。外構件40也可形成為一個或多個部分或部段，這些部分或部段彼此附接以包圍芯部構件30，可與芯部構件30直接附接或不與芯部構件直接附接。在一個示例性實施例中，外構件40可形成為兩個薄壁等分半球，這兩個薄壁等分半球可圍繞著大體上呈球形的芯部構件30設置，使得等分半球33壓靠在芯部構件40上，隨後使半球例如通過諸如焊接接頭35的接頭圍繞其接合周緣接合。外構件40可具有執行井眼操作或與其相關聯的物件10操作所需的任何合適的厚度。在一個示例性實施例中，外構件40包括設置在芯部構件30上的較薄的層，更具體地具有達到約為IOmm的厚度，更具體地約Imm至約5mm,再更具體地約0.1mm至約2mm。外構件也可包括沉積薄膜，厚度可為500微米或更小，更具體地為100微米或更小，再更具體地為10微米或更小。
[0033]在某些實施例中，芯部構件30可由外構件40完全或部分地包圍，例如外構件40包括完全或部分包圍芯部構件30的外層的示例。在其它一些實施例中，外構件40可僅被施加到芯部構件30的一個或多個部分上，例如施加到暴露於井眼流體24的那些部分上。在另外的實施例中，物件10包括大體上呈球形的分流球12，如圖1所示。能腐蝕的芯部構件30大體上為球形，外構件40為如圖1所示那樣設置在芯部構件上的大體上呈球形的層，梯度部分70在芯部構件和外構件之間。在另外的實施例中，物件10包括筒形塞16，如圖4所示。能腐蝕的芯部構件30大體上呈筒形，外構件40包括設置在芯部構件30上的包圍層。在又一實施例中，物件10包括中空筒形套筒22，如圖5所示。芯部構件30包括圍繞縱向軸線設置的中空筒，外構件40包括設置在芯部構件30和梯度部分70上的層。套筒22的一端或兩端還可包括座部，例如，錐形球座14或塞座18,如圖7所示。在另一個實施例中，物件10可包括筒形盤20，如圖6所示。芯部構件30包括筒形盤，外構件40包括設置在芯部構件40和梯度部分70上的層。在另一個實施例中，物件10可包括包含筒形盤部分27和截頭圓錐形尾部部分29的鏢狀物21，如圖8所示。截頭圓錐形尾部部分29可包括多個錐形翅片31，錐形翅片徑向地繞縱向軸線33間隔開。芯部構件30包括筒形盤，外構件40包括設置在芯部構件30和梯度部分70上的層。在又一個實施例中，物件10可包括筒形管狀段23，其例如可被用於形成井眼套管的一部分，如圖9所示。本領域普通技術人員將發現，包括上面描述的物件10形狀的鑽井工具或元件可用於多種鑽探、完井和生產操作中，這些形式也可包括本文包含的各種特徵25，例如，各種孔、狹槽、肩部、槽溝、脊部和類似物，如圖9中與管狀段23 —起所示的那樣。這些形狀形式還可彼此嵌套，使得上面描述的多個球或筒或套筒可彼此嵌套，並具有逐漸更大或更小的尺寸。本文描述的具有本文提及的不同形狀形式的物件10也可彼此嵌套，比如，較小的球12套在較大的球12內，如圖11所示，並且較小的球12套在較大的塞16中，如圖12所示，或者反之亦然。
[0034]能腐蝕的芯部構件30包括能選擇性腐蝕的第一材料32。第一材料32可包括能被預定的井眼流體選擇性地快速腐蝕的金屬材料。更具體地，能選擇性腐蝕的金屬材料可包括多種納米基體複合材料，如在於2009年12月8日和於2010年10月27日提交的共同擁有的共同未決美國專利申請12/633，682和12/913,310中所描述的，其全部內容以引用方式併入本文。參照圖16，納米基體複合物為壓坯，該壓坯可由金屬粉末110形成，所述金屬粉末包含覆有金屬的多個粉末顆粒112。可形成粉末顆粒112以提供粉末110，該粉末包括自由流動的粉末，這種粉末可以被灌注或以其它方式設置在具有各種形狀和尺寸的各種模板或模具(未顯示)中，並可用於製造本文描述的前體粉末壓坯100 (圖19)和粉末壓坯200(圖18)，所述壓坯可用作生產出的各種物件或者可在生產各種物件中使用，所述物件包括各種井眼工具或元件。
[0035]粉末10中的每個覆有金屬的粉末顆粒112都包括顆粒芯114和設置在顆粒芯114上的金屬覆層116。顆粒芯114包括芯材料118。芯材料118可包括任何適合形成顆粒芯114的材料，顆粒芯提供可燒結形成重量輕、高強度的粉末壓坯200的粉末顆粒112，所述粉末壓坯具有可選擇和可控制的溶解特性。在一個實施例中，適合的芯材料包括電化學活性金屬，該電化學活性金屬具有比鋅的標準氧化電勢大或與鋅的標準氧化電勢相等的標準氧化電勢，在另一個實施例中包括Mg、Al、Mn、Fe或Zn，或其合金、或組合。芯材料118也可包括電化學活性比鋅小的其他金屬或非金屬材料，或其組合。可選擇芯材料118以用於在預定井眼流體中提供高溶解率，但也可選擇芯材料以用於提供相對較低的溶解率，包括零溶解率，此時，納米基體材料的溶解導致顆粒芯114在井眼流體的界面處被快速破壞並被從顆粒壓坯中釋放出來，從而即使芯材料118本身可能具有低溶解率並且包含可能幾乎不溶於井眼流體的芯材料120，溶解使用這些芯材料118的顆粒芯114製成的顆粒壓坯的有效率也比較高。
[0036]粉末110的每個覆有金屬的粉末顆粒112還均包括設置在顆粒芯114上的金屬覆層116。金屬覆層116包括金屬覆置材料120。金屬覆置材料120使粉末顆粒112和粉末110具有金屬屬性。金屬覆層116是一種納米尺度的覆層。在一個示例性實施例中，金屬覆層116的厚度可為約25nm至約2500nm。金屬覆層116的厚度可以在顆粒芯114的表面上變化，但優選地在顆粒芯114的表面上厚度大致均勻。金屬覆層116可包括單層或作為多層覆結構的多層。金屬覆置材料120可包括提供可燒結的外表面121的任何合適的金屬覆置材料120，該可燒結的外表面被配置為燒結到相鄰的、同樣具有金屬覆層116和可燒結的外表面121的粉末顆粒112上。在粉末110的一個示例性實施例中，顆粒芯114包括Mg、Al、Mn、Fe或Zn，或其合金、或其組合作為芯材料118，更具體地可包括純Mg和Mg合金，金屬覆層 116 包括 Al、Zn、Mn、Mg、Mo、W、Cu、Fe、S1、Ca、Co、Ta、Re 或 Ni，或其合金，或其氧化物、氮化物或碳化物，或上述材料的任意組合作為覆置材料120。粉末110也可包括附加粉末或第二粉末30，所述附加粉末或第二粉末散布在多個粉末顆粒112中，如圖16所示。在一個示例性實施例中，第二粉末130包括多個第二粉末顆粒132。這些第二粉末顆粒132可被選擇用於改變由粉末110和第二粉末130形成的粉末顆粒壓坯200的物理特性、化學特性、機械特性或其它特性、或是這些特性的組合。在一個示例性實施例中，改變特性可包括改變梯度部分70中的組分梯度或密度梯度、或其組合。第二粉末顆粒132可覆置有或未覆置金屬覆層136。當被覆置時(包括單層覆置或多層覆置)，第二粉末顆粒132的覆層136可包括與粉末顆粒112的覆置材料120相同的覆置材料140，或覆置材料140可以不同。第二粉末顆粒132 (未覆置)或顆粒芯134可包括提供所需好處的任何合適的材料，包括多種金屬。在一個示例性實施例中，當使用包含Mg、Al、Mn、Fe或Zn，或其合金、或組合的被覆置的粉末顆粒112時，合適的第二粉末顆粒132可包括例如N1、W、Cu、Co或Fe，或其組合。
[0037]本文所使用的術語「大體上連續的蜂窩式納米基體216」不表示粉末壓坯的主要成分，而是指無論在重量上或是在體積上都次要的一種或多種組分。這與大多數基體複合材料不同在於大多數基體包括的是在重量上或體積上的主要組分。使用術語大體上連續的蜂窩式納米基體意在描述納米基體材料220在粉末壓坯200中廣泛、規則、連續且互連的分布特徵。本文使用的「大體上連續」描述了納米基體材料在整個粉末壓坯200中的延伸，以便其在基本上所有散布的顆粒214之間延伸並包圍所述基本上所有散布的顆粒。大體上連續用於表示納米基體不需要完全連續並有秩序地圍繞每個散布的顆粒214。例如，某些粉末顆粒112上的顆粒芯114上的覆層116中的缺陷會使顆粒芯114在燒結粉末壓坯200期間橋接，因而，即使在粉末壓坯的其它部分中納米基體在大體上是連續的並表現出本文描述的結構，也會導致蜂窩式納米基體216中產生局部的不連續。本文使用的「蜂窩式」用於表示納米基體限定了納米基體材料220的室或單元構成的網絡，所述納米基體材料的室或單元大體上重複、互連並且包圍散布的顆粒214並與散布的顆粒互連。本文使用的「納米基體」用於描述基體的尺寸或尺度，特別是基體在相鄰的散布顆粒214之間的厚度。燒結在一起以形成納米基體的金屬覆層本身是納米尺度厚度的覆層。因為在除了超過兩個散布的顆粒214交叉處的大多數地方，納米基體通常包括使兩覆層116與相鄰的包含有納米尺度厚度的粉末顆粒112相互擴散和結合，所以形成的基體也具有納米尺度厚度(例如，約為本文描述的覆層厚度的兩倍)，因此也描述為納米基體。另外，所使用的術語「散布的顆粒214」不表示粉末壓坯200的少數成分，而是指在重量上或在體積上是多數的一種或多種成分。使用術語「散布的顆粒」意在傳達顆粒芯材料218在粉末壓坯200中的非連續和離散分布。
[0038]散布的顆粒214和顆粒層的蜂窩式網絡216的等軸形態來自於粉末顆粒112的燒結和變形，因為這些顆粒壓制、相互擴散並且變形以填充顆粒間空隙115。可選擇燒結溫度和壓力以確保粉末壓坯200的密度大體上達到了完全理論密度。參照圖17，如本文所述，燒結的粉末壓坯200可包括燒結的前體粉末壓坯100，該前體粉末壓坯包括多個變形且機械結合的粉末顆粒。前體粉末壓坯100可通過這樣的方式形成:將粉末110壓制至粉末顆粒112彼此壓入的狀態，從而使粉末顆粒變形並形成與該變形相關聯的顆粒間機械結合或其它結合，所述結合足以使變形的粉末顆粒112相互粘著並形成具有生坯密度的生坯狀態粉末壓坯，該生坯密度可變化並且部分地由於顆粒間空隙115的存在而小於粉末110的充分壓實壓坯的理論密度。壓制可這樣進行，例如，通過在室溫下等靜壓壓制粉末110以提供粉末顆粒112形成前體粉末壓坯100所需要的變形和顆粒間結合。
[0039]燒結並動態鍛造的粉末壓坯200包括包含Mg的散布的顆粒214和包含本文描述的各種納米基體材料的納米基體216，該粉末壓坯表現出優異的機械強度和低密度。本文所用的動態鍛造指的是在足以促進燒結相鄰的粉末顆粒12的金屬覆層16的溫度和時間段下動態地施加負荷，優選地可包括在足以形成燒結的完全緻密粉末壓坯200的時間和溫度下以預定的加載率動態地施加鍛造負荷。在一個實施例中，顆粒芯14包括Mg，金屬覆層16包括本文所述的多種單層覆層和多層覆層，例如包含Al的多種單層覆層和多層覆層，通過以約450°C至約470°C的溫度Ts燒結長達約I小時而不施加鍛造壓力來執行動態鍛造，然後通過以約為0.5至約2ksi/秒的緩變率施加等靜壓力直到約為30ksi至約60ksi的最大壓力Ps來進行動態鍛造，這就導致了 15秒至約120秒的鍛造周期。
[0040]粉末壓坯200包括包含Mg的散布的顆粒214和包含本文描述的多種納米基體材料220的納米基體216，該粉末壓坯表現出約為至少37ksi的室溫壓制強度，並且進一步表現出超過大約50ksi的室溫壓制強度。本文描述類型的粉末壓坯200能夠達到與基於粉末110的組分的壓坯材料的預定理論密度大體上相等的真實密度，所述粉末的組分包括顆粒芯114的組分和金屬覆層116的組分的相對量，在本文中也被描述為完全壓實的粉末壓坯。粉末壓坯200包括包含Mg的散布的顆粒和包含本文描述的多種納米基體材料的納米基體216，該粉末壓坯表現出的真正密度約為1.738g/cm3至約2.50g/cm3，這大體上等於預定的理論密度，與預定的理論密度的差異最多為4%。粉末壓坯200包括包含Mg的散布的顆粒214和包含本文描述的多種納米基體材料的蜂窩式納米基體216，該粉末壓坯在15%的鹽酸中表現出範圍在從約4750mg/cm2/hr至約7432mg/cm2/hr的腐蝕速率。這一系列的反應提供了，例如在小於一小時中通過改變井眼流體將由這種材料形成的3英寸直徑的球從井眼中移除的能力。[0041]外構件40設置在芯部構件30上，並且包括在預定的井眼流體24中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料42。如本文所述，第一材料32的第一腐蝕速率明顯比第二材料42的第二腐蝕速率高。外構件40的第二材料42可為任何適合的材料，包括各種金屬、聚合物或陶瓷、或其複合物、或其其它組合。合適的材料包括典型地應用在井眼環境中使用的管材中的合金，包括各種等級的鋼，尤其是各種等級的不鏽鋼。其它合適的合金包括Fe基合金、Ni基合金、Co基合金和超級合金。合適的聚合物可包括在足以起到本文所述的第二材料42的作用的一段時間內向預定井眼流體24提供低穿透性的任何聚合物。合適的聚合物包括多種含氟聚合物和聚氨酯。合適的陶瓷可包括金屬碳化物、氧化物或氮化物、或其組合，包括碳化鶴、碳化娃、碳化硼、氧化招、氧化錯、氧化鉻、氮化娃或氮化鈦。
[0042]在一個實施例中，第一材料32和第二材料42的腐蝕速率的差使得能選擇性腐蝕的井下物件10能在存在預定的井眼流體24的情況下用於其預定目的，例如，用於特定的井眼操作，並提供在預定井眼流體24中的足以執行井眼操作的操作壽命或關鍵服務時間。在另一個實施例中，腐蝕速率的差異使井下物件10能在不暴露於預定井眼流體24的情況下用於其預定目的，例如用於特殊井眼操作，並且一旦井眼操作完成就可引入預定的井眼流體以選擇性地腐蝕物件10。上面提供了第一材料32的快速腐蝕速率的示例。第二材料42在井眼流體中的第二腐蝕速率可以是低於第一腐蝕速率的任何合適的速率，更尤其是，其可低大約一個至大約十個數量級，更尤其是，低大約一個至大約三個數量級。這可包括約為
0.0Olmg/cm2/hr 至大約 1.0mg/cm2/hr 的腐蝕速率。
[0043]如圖所示，更具體的如圖2和圖3所示，能腐蝕的芯部構件32具有帶組分梯度或密度梯度、或其組合的梯度部分70。在一個實施例中，梯度部分70包括組分梯度或密度梯度、或其組合，該梯度部分包括設置在能腐蝕的芯部構件和外構件之間的一個或多個過渡層。該一個或多個層可用於任何合適的目的，包括例如在具有不同材料屬性(比如，不同的晶體結構、不同的熱膨脹係數等)的第一材料和第二材料之間提供過渡，以便減小它們之間界面處的應力並促進外構件40附著在芯部構件30上。這一個或多個層還可用於控制物件10的密度，這通過如下方式進行:提供一區域，芯部構件的第一材料32在該區域中可通過增加受控量的另外的材料來調整，例如增加一定量的第二材料42，以便提供具有預定密度的物件10。這一個或多個層還可用於控制物件10的腐蝕速率，這通過如下方式來完成:提供與芯部構件30的第一材料32或外構件40的第二材料42具有不同腐蝕速率的一層或多層，例如提供具有介於第一材料32的腐蝕速率與第二材料42的腐蝕速率之間的腐蝕速率的一層或多層。儘管梯度部分70在上面描述為芯部構件30的組分梯度或密度梯度、或其組合，但應理解梯度部分70也可與外構件40相關聯，進一步地，可以考慮使其作為設置在外構件40和芯部構件30之間的單獨的梯度件72。儘管組分梯度或密度梯度、或其組合可包括均勻地圍繞芯部構件30設置的一層或多層，其也可非均勻地設置作為在芯部構件30和外構件40之間的部分70或區域，並且可用來，例如，在物件10中提供變化的重量分布，包括各種非軸對稱的重量分布。這樣，組分梯度或密度梯度、或其組合可用於，例如，當物件經過井眼流體在井眼中下降時通過非均勻地對物件10的特定部分進行加重來使物件定位或使其預先放置。
[0044]梯度部分70以及與其相關聯的組分梯度或密度梯度、或其組合可以以任何合適的方式建立。在一個示例性實施例中，組分梯度可通過在芯部構件和外構件之間設置層來建立，該層包括由第一材料32和諸如第二材料的另外的材料混合而成的粉末混合物構成的粉末壓坯。即使當芯部構件30和梯度部分70或包含組分梯度的層被壓制至完全理論密度時，只要第一材料和其它材料是具有不同密度的不同材料，這種結構就提供組分梯度和密度梯度。例如，如果芯部構件30是通過壓制包含鎂合金顆粒芯的粉末形成的，並且所述鎂合金顆粒芯具有鋁或鋁合金納米層以形成納米基體複合物，該納米基體複合物包括分散在本文描述的鋁或鋁合金納米基體中的分散的鎂顆粒，則梯度部分70中可形成組分梯度，該組分梯度是通過壓制用於形成芯部構件30的相同的覆有鋁的鎂粉末顆粒與其它金屬或金屬合金的納米顆粒或微顆粒(例如第二材料42的顆粒)的混合物來實現的。雖然組分梯度可通過使用外構件40的第二材料42來形成,密度梯度也可通過使用任何其它材料來形成，所述其它材料包括具有不同於第一材料32的密度的第二材料42。用於形成組分梯度的其它材料可為任何合適的材料，包括各種金屬和金屬合金、陶瓷、玻璃等。當組分梯度也用於提供密度梯度時，使用包括元素周期表中IVB-VIIB族中的金屬的各種高原子量的金屬可能是有益的。
[0045]密度梯度可以以任何合適的方式建立，所述方式包括上面描述將第一材料32的粉末與另外的材料比如第二材料42的粉末混合，然後壓制至預定密度，例如壓制至這些材料混合物的理論密度，以便形成粉末壓坯。密度梯度也可通過將第一材料32的粉末壓制至不用於芯部構件30的第一材料32的密度的密度來建立，所述密度包括比芯部構件30的密度大或小的密度。在一個實施例中，芯部構件30可包括第一材料32的粉末的粉末壓坯，第一材料的粉末被壓至完全理論密度，梯度部分70層可包括第一材料32的粉末的粉末壓坯，第一材料的粉末被壓至小於完全理論密度。在另一個實施例中，芯部構件30可包括第一材料32的粉末的粉末壓坯，第一材料的粉末被壓至小於完全理論密度，梯度部分70或層可包括第一材料32的粉末的粉末壓坯，第一材料的粉末被壓至更高的密度，該密度包括完全理論密度。
[0046]第一材料32的、具有組分梯度或密度梯度、或其組合的梯度部分70可從鄰近外構件40的外部部分35朝遠離外構件40的內部部分37延伸，所述梯度部分可以是圖2所示的單層或單個區域，或者是如圖3所示的多個不連續層或組分梯級。在一個實施例中，梯度部分70可包括第一材料32的、從內部部分37至外部部分35的遞減量或遞減密度或其組合。例如，在圖2中，芯部構件30包括100%重量百分比的第一材料，該第一材料例如是具有散布在其中的鎂或鎂合金顆粒的鋁納米基體。梯度部分70包括三個具有不同成分的非連續層。第一層80可包括例如大體上呈球形的粉末壓坯，該粉末壓坯由均質粉末混合物組成，所述粉末混合物包括75%重量百分比的第一材料32和25%重量百分比的第二材料42。第二層82可包括，例如，重量佔50%的第一材料32和重量佔50%的第二材料42。第三層84可包括，例如，重量佔25%的第一材料32和重量佔75%的第二材料42。外構件40包括重量佔百分之百的第二材料42。在本實施例中，組分梯度或密度梯度、或其組合，從內部部分37至外部部分35以非連續的梯級變化，對應於提供了多個非連續的組分梯級和密度梯級的層，每個層都具有如上所述的不同的成分或密度。
[0047]在另一個示例中，芯部構件中的第一材料的組分梯度或密度梯度或其組合從內部部分至外部部分連續地變化，如圖2所示。第一構件的量可發生變化，例如，第一材料從在芯部構件30的內部部分37中佔重量的75%變化到在外部部分35中佔重量的0%。相應地，其它材料比如第二材料42的量也可發生變化，例如，第二材料從在外部部分35中佔重量的100%變化到在內部部分37中佔重量的0%。在本示例中，能腐蝕的芯部構件30也包括能腐蝕的芯部構件30中的第二材料42的、從接近外構件40的外部部分35朝內部部分37的梯度部分70，該梯度部分具有組分梯度或密度梯度或其組合。
[0048]外構件40可配置為具有均勻的或可變的厚度，該厚度足以提供井下物件10的預定工作時間，這包括在預定井眼流體24中的預定工作時間，其中，預定井眼流體中第二材料42的腐蝕速率使得外構件變得足夠薄，從而預定井眼流體與第一材料32接觸並開始快速腐蝕包括其間的梯度部分70的芯部構件30。例如，外構件40的腐蝕可以以第二腐蝕速率大體上均勻地在外構件40的整個表面或部分表面上進行，直至預定井眼流體24破環外構件40並與包括設置在其間的梯度部分70的、芯部構件30的第一材料32接觸。在另一個示例中，如圖4-圖12所示，外構件40可包括一個入口位置90或多個入口位置90,該入口位置被配置成響應於預定井眼條件為預定井眼流體24穿過外構件40進入芯部構件30以便腐蝕能腐蝕的芯部構件30的第一材料32提供入口。井眼條件可包括用於為預定井眼流體24流到能腐蝕的芯部構件30提供入口的任何合適的條件。在一個實施例中，入口位置90可包括外構件40和第二材料42的局部減薄部，這通過提供外構件的表面44上的凹部或能腐蝕的芯部構件30的突出部實現，如圖4所示，並且井眼條件可包括將預定井眼流體置於與入口位置90相接觸一段足以使預定井眼流體24能腐蝕入口位置90處的第二材料42的厚度的時間。在另一實施例中，入口位置90也可包括不同的入口位置材料92，該入口位置材料可響應於井眼條件或井眼條件的變化而不是預定的井眼流體24而提供通過外構件40的入口。例如，井眼條件可包括足以改變入口位置90的性質的熱量或溫度或其組合，例如通過包括熔化的相變，或者足以使得預定井眼流體24進入芯部構件40的機械性質的改變。在另一個實施例中，入口位置90可包括止回閥94，並能響應於包括壓力變化的井眼條件而使預定井眼流體24進入。也可以使用任何適合的井眼條件來為預定井眼流體24穿過外構件40通過入口位置90到芯部構件30提供入口。在一個示例性實施例中，入口位置90可包括足以為預定井眼流體24響應於井眼條件或井眼條件的變化而通到芯部構件30提供入口的、外構件40的第二材料40的厚度差、組分差或密度差中的至少一種。
[0049]在一個示例性實施例中，至少一個能腐蝕的構件30和至少一個外構件42可包括多個芯部構件，該多個芯部構件具有相應的多個設置在其上的外構件，其中，相應的芯部構件30和相關的外構件40相互嵌套以形成芯部構件30和外構件40的交替布置，如圖11和圖12所示。在圖11所示實施例中，多個中空球形芯部構件30相互嵌套以形成分流球12的交替布置，分流球包括具有外構件40的芯部構件30。各個芯部構件30和相應的外構件40可通過使用本文描述的方法按順序形成，使得最裡面的外構件40/芯部構件30可被一個或多個相繼的更大的外構件40/芯部構件30包圍。雖然相同的形狀可相互嵌套，例如如圖11所示的多個分流球12，以及多個筒形塞(未顯示)或多個嵌套的套筒22或球座14 (未顯示)，不同的形狀也可相互嵌套。在圖12所示的示例性實施例中，筒形塞16中可嵌套有具有另外形狀的物件10,例如分流球12。同樣,筒形塞16中可嵌套有一個分流球12或多個分流球12(未顯示)。這些配置提供了物件10，其能選擇性地腐蝕以將該物件重新構造成另一個物件10，該另一個物件可用於後續的井眼操作，而不需要送入第二或後續的物件10。例如，可使用多個嵌套的球12以使得當在井眼中的特定高度處完井操作時，可移除最外邊的外構件40/芯部構件30，並且直徑可被選擇為使得餘下的物件10能穿過球座到達井眼中更低的高度。當然，本領域的普通技術人員將理解相反的布置也能起到作用，使得最外邊的外構件40/芯部構件30的移除將能使球通過球座向上移動至井眼更接近地表的部分。
[0050]儘管上面描述的布置在包括上面描述的應用在內的許多應用中有用，但是第一材料32和第二材料42的相反的布置也是可能的，如圖10所示，其中，第一材料包括外構件50，第二材料42包括芯部構件60，使得，外構件50能快速地在井眼流體24中腐蝕以暴露出芯部構件60，芯部構件具有低得多的腐蝕速率。這樣，複合井下物件10可包括至少一個能腐蝕的外構件50和至少一個設置在外構件50中的芯部構件60,外構件包括本文描述的在井眼流體24中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料32，芯部構件包括第二材料42，第二材料在預定井眼流體24中能以第二腐蝕速率腐蝕，其中，能腐蝕的外構件50具有梯度部分70，梯度部分具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，第一腐蝕速率明顯比本文描述的第二腐蝕速率大。可能需要這種配置，例如，用於通過使用外構件使物件10在井眼中定位而將物件10定位在井眼中的確定位置，接著暴露於預定井眼流體24以移除外構件50，將芯部構件留在特定位置或方位處。
[0051]參照圖13，公開了如本文描述的一種製造複合井下物件10的方法300。方法300總體上包括:在步驟310中形成至少一個能腐蝕的芯部構件30，所述芯部構件包括在井眼流體24中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料32 ;以及在步驟220中在芯部構件30上設置至少一個外構件40，外構件40包括在井眼流體24中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料42，其中，能腐蝕的芯部構件30具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，第一腐蝕速率明顯比第二腐蝕速率大。
[0052]能腐蝕的芯部構件30可具有任何合適的外形，包括如本文所述的尺寸和形狀。在步驟310中形成能腐蝕的芯部構件30可通過使用任何合適的形成方法來進行，包括加壓和動態鍛造各種粉末壓坯，尤其是如本文所述的各種被覆置的金屬粉末的粉末壓坯。
[0053]形成步驟310可包括:形成未燒結的粉末壓坯或前體粉末壓坯100作為能腐蝕的芯部構件30。未燒結的粉末壓坯100(圖18)例如可通過使用諸如衝壓、鍛造、擠出、等靜壓等各種粉末壓制方法來形成。通常，用以形成未燒結的粉末壓坯或前體粉末壓坯100的粉末壓制將在在壓制時不提供用於加熱粉末顆粒的外部熱源的情況下進行，或者，作為替代，通過在壓制時將粉末加熱至明顯比選定用於金屬覆層的材料的熔化溫度低的溫度，使得在相鄰的粉末顆粒間基本上不會有固態相互擴散。未燒結的粉末壓坯100可形成足以保持能腐蝕的芯部構件30的被壓實的形狀的機械結合，例如，在相鄰粉末顆粒的金屬覆層之間形成機械結合。未燒結的粉末壓坯100將通常具有預定空隙率或密度，所述空隙率或密度的量由與壓制相關的因素決定，例如壓制壓力、壓制時間和用於形成壓坯的金屬粉末的性質。在一個實施例中，未燒結的粉末壓坯100可通過壓制包括多個金屬粉末顆粒的粉末來形成，各個粉末顆粒均包括顆粒芯，顆粒芯包括包含Mg、Al、Zn、Fe或Mn,或其合金、或其組合的芯材料，以及設置在顆粒芯上的金屬覆層，其中，壓制使得相鄰顆粒的金屬覆層彼此形成足以形成並保持粉末壓坯的形狀的機械結合，如圖18所示。
[0054]形成步驟310也可包括:形成燒結的粉末壓坯200作為能腐蝕的芯部構件30。燒結的粉末壓坯200可包括燒結至基本上獲得粉末壓坯的完全理論密度，以及部分燒結至獲得低於粉末壓坯的完全理論密度，包括部分燒結至獲得預定空隙率或密度。燒結的粉末壓坯通常以在相鄰粉末顆粒的金屬覆層間相互擴散(例如固態相互擴散)為特徵，使得在它們之間形成了化學結合或金屬結合。燒結的粉末壓坯例如可通過使用諸如衝壓、滾壓、包括動態鍛造的鍛造、擠壓或包括熱等靜壓的等靜壓或其組合等各種粉末壓制方法來形成。通常，用以形成燒結粉末壓坯的粉末壓制將結合在壓制時提供外部熱源以加熱粉末顆粒來進行，並且可包括在壓制時將粉末加熱至接近選擇用於金屬覆層的材料的熔化溫度的溫度。在一些實施例中，這可包括將粉末加熱至剛好低於金屬覆層材料的熔化溫度的溫度，在其它實施例中，甚至還包括將粉末加熱至稍高於金屬覆層材料的熔化溫度的溫度。在一個示例性實施例中，在步驟310中形成燒結的粉末壓坯和能腐蝕的芯部構件30包括:形成大體上連續的蜂窩式的納米基體，該納米基體包括納米基體材料和結合層，所述納米基體材料包括散布在蜂窩式的納米基體中的多個散布的顆粒，所述散布的顆粒包括包含Mg、Al、Zn、Fe或Mn、或其合金、或其組合的顆粒芯材料，所述結合層在散布的顆粒之間在整個蜂窩式的納米基體中延伸，如圖17所示。
[0055]梯度部分70和相關的組分密度或密度梯度或其組合可通過任何適合的方法設置在能腐蝕的芯部構件30和外構件40之間。例如，其可與能腐蝕的芯部構件30形成為一體，或者可作為外構件40設置在能腐蝕的芯部構件30上之前設置在能腐蝕的芯部構件30和外構件40之間的單獨的梯度部分70或構件，或者通過在外構件40設置在能腐蝕的芯部構件上之前將具有組分梯度或密度梯度或其組合的層沉積在能腐蝕的芯部構件30上形成。在步驟310中形成能腐蝕的芯部構件30可包括:例如，建立第一材料32的、從芯部構件30的鄰近外構件40的外部部分36朝向芯部構件30的遠離外構件40的內部部分37的組分梯度或密度梯度或其組合，如圖2和圖3所示。
[0056]在一個實施例中，形成步驟310包括:建立第一材料32的從鄰近外構件40的外部部分37朝向遠離外構件40的內部部分35的組分梯度或密度梯度或其組合，這通過從內部部分37至外部部分35連續地改變所述組分梯度或密度梯度或其組合來進行，如圖2所示。這例如可通過在梯度部分70中連續地改變第一材料32的密度來實現。可採用第一材料32的粉末的各種形式的噴射成形和熔融來連續地改變密度，例如採用雷射燒結前體壓坯100、雷射直接沉積或覆置、立體光刻或熔融沉積成型沉積方法。這可包括，例如，具有單一粉末尺寸的第一材料32的粉末的漸進式雷射熔融，連續地改變能量或功率以便提供粉末顆粒更大或更小程度的熔融和結合以及連續變化的密度。在另一個示例性實施例中，第一材料32的成分或密度或其組合可從內部部分37至外部部分35連續地變化。可對至少兩種粉末尺寸的第一材料32採用各種形式的噴射成形和熔融來改變密度或組分或其組合，這通過使用固定的或可變能量密度或功率密度而連續地改變所提供的兩種粉末尺寸的值來進行。在又一個示例性實施例中，這可通過改變梯度部分70中第一材料32的組分來執行，這種改變通過在梯度部分70中的第一材料32中引入連續改變量的其它材料(例如第二材料42)來進行。例如，重量上的連續改變量從鄰近外構件40的外部部分35中的100%的第二材料42及0%的第一材料32變為內部部分37中的0%的第二材料42及100%的第一材料32。可採用對第一材料的粉末和諸如第二材料的其它材料的粉末進行各種形式的噴射成形和熔融來連續地改變組分，例如，在通過使用固定的或可變的能量密度或功率密度連續地改變粉末的比例的同時採用粉末的雷射熔融。可採用各種已知的用於確保被沉積的一種或多種材料均勻覆置的方法，包括在沉積和雷射熔融噴射的粉末期間旋轉或掃描基層，或作為替代，在沉積期間掃描基層表面的噴射的粉末和雷射。
[0057]在另一個實施例中，形成步驟310包括:建立第一材料32的、從鄰近外構件40的外部部分35朝向遠離外構件40的內部部分37的組分梯度或密度梯度或其組合，這通過從內部部分37至外部部分35以非連續的級或層改變組分梯度或密度梯度或其組合來進行，如圖3所示。每個級中的密度或組分或其組合可通過使用第一材料32或第一材料32和諸如第二材料的其它材料的組合併通過任何合適的方法來改變，所述方法例如上面描述的使用雷射熔融粉末的方法。在各級或層中，密度或組分或其組合可不變或可連續地變化。
[0058]在步驟320中在芯部構件30上設置至少一個外構件40可通過任何合適的方法來執行。在一個實施例中，在步驟320中在芯部構件30上設置外構件40可包括:在芯部構件30設置第二材料42的粉末壓坯。這例如可通過壓制可用於圍住能腐蝕的芯部構件30的一種或多種形式的第二材料42的來進行。例如，如果能腐蝕的芯部構件30大體上為球形，夕卜構件40可包括兩個中空半球形粉末壓制坯件40，該坯件的尺寸可使其內表面靠著能腐蝕的芯部構件的外表面設置，並且通過接頭沿著其毗連的周緣結合，如圖1所示。在另一個實施例中，在步驟320中在芯部構件30上設置外構件40可包括:在芯部構件30上設置第二材料42層。第二材料42層可通過任何合適的沉積方法沉積，所述方法包括浸到熔融金屬浴中、包含電鍍和化學鍍的鍍覆、濺鍍和其它薄膜沉積技術、覆置、粉末壓制、熱噴射、或將第二材料42的粉末雷射熔融在能腐蝕的芯部構件的外表面或外部部分上、或其組合。
[0059]參照圖13，方法300也可選地包括:在步驟330中在外構件上形成入口位置90，如本文所述，入口位置90被配置成響應於井眼條件的變化為井眼流體通到芯部構件提供入口。在步驟330中在外構件上形成入口位置90可通過任何合適的方法來執行。形成步驟330可與在步驟320中在芯部構件30上設置外構件40 —體地執行，或者通過另外的一個或多個形成操作來執行。例如，在入口位置90包括第二材料42的局部變薄時,這可通過芯部構件30和/或外構件40的設計來實現。作為替代，其可通過從外構件40上化學地、機械地或以其它方式移除第二材料42來執行。化學移除可通過化學或電化學銑、化學蝕刻或其它化學移除方法來實現，並可包括使用光刻用掩模或圖案形成技術來限定入口位置90的形態或形狀，接著通過蝕刻或其它材料移除技術適當地移除材料以形成入口位置。機械移除可通過加工、鑽孔、研磨或其它材料移除方法來實現。
[0060]如上面所述的，第一材料32和第二材料42的相反設置也是可能的，如圖10和圖14總體上所示，並可通過製造複合井下物件10的方法400形成，該方法包括:在410步驟中形成至少一個芯部構件60，所述芯部構件包括在井眼流體24中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料42，以及在步驟420中在芯部構件60上設置至少一個能腐蝕的外構件50，所述外構件包括在預定井眼流體24中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料32，其中，能腐蝕的外構件50具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，第一腐蝕速率明顯比第二腐蝕速率大。在此結構中，可通過任何合適的方法來形成第二材料42的芯部構件60，所述方法包括鑄造、鍛造、加工或各種粉末壓制方法或其組合。
[0061]在步驟410中形成能腐蝕的外構件50可包括:建立第一材料32的、從鄰近芯部構件60的內部部分37朝向遠離芯部構件60的外部部分35的組分梯度或密度梯度或其組合。建立第一材料32的、從鄰近芯部構件60的內部部分37朝向遠離芯部構件60的外部部分35的組分梯度或密度梯度或其組合可包括:如本文所描述的那樣從內部部分37至外部部分35連續地改變組分梯度或密度梯度或其組合。作為替代，或與其相結合，建立第一材料32的、從鄰近芯部構件60的內部部分37朝向遠離芯部構件60的外部部分35的組分梯度或密度梯度或其組合可包括:從內部部分37至外部部分35以非連續的級或層改變組分梯度或密度梯度或其組合。在每個級中，組分梯度或密度梯度可不變，或者可連續地變化，如本文所述。如本文所述，包括組分梯度或或密度梯度或其組合的梯度部分70可被形成為第一材料32的粉末壓坯或者第一材料和包括第二材料42的另外的材料的組合的粉末壓坯，如本文所述。在一個實施例中，方法400和形成步驟410可包括:建立其它材料的、在能腐蝕的外構件50中從鄰近芯部構件的內部部分37朝向外部部分35的組分梯度或密度梯度或其組合，所述其它材料包括芯部構件60的第二材料42，類似於本文中其它地方所描述的第一材料32和第二材料42的組合。
[0062]在一個實施例中，在步驟420中在芯部構件30上設置能腐蝕的外構件50包括:在芯部構件60上設置第一材料32的粉末壓還。第一材料32的粉末壓還可通過使用本文披露的任何粉末應用或壓制方法直接形成在芯部構件60上，或替代地，可單獨地作為一個單一件或多個件形成，並通過任何合適的沉積方法設置在芯部構件60上，包括本文所述的方法，以便將第二材料42附接、連接或沉積在第一材料32上。
[0063]在一個示例性實施例中，公開了使用複合井下物件的方法500，如圖15所示。方法500包括:在步驟510中形成複合井下物件，該井下物件包括第一構件30、50和能腐蝕的第二構件40、60，第一構件包括在預定井眼流體24中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一能腐蝕的材料32，能腐蝕的第二構件包括在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料42，其中，第一能腐蝕的構件具有梯度部分70，該梯度部分具有組分梯度或密度梯度或其組合，其中，第一腐蝕速率明顯比第二腐蝕速率大。形成步驟510可包括或採用:例如，製造複合井下物件10的方法300或是方法400。方法500還包括:在步驟520中使用物件10來執行第一井眼操作；在步驟530中將物件暴露在預定井眼流體24中；和在步驟540中選擇性地腐蝕第一能腐蝕的構件30、50。方法500中用到的物件可包括任何合適的井下物件10，尤其是各種鑽井工具和組件。
[0064]在一個實施例中，井下物件10可包括如本文所描述的各種配置的分流球12、塞16或盤20，其中，在步驟520中使用物件來執行預定井眼操作包括結合壓裂、完井或生產操作完全或部分關閉孔。井下物件10具有外構件40，外構件包括第二材料42的薄層或覆層，其足以關閉要關的孔，並耐受預定的井眼流體24 —段足以執行預定的井眼操作(例如壓裂地層)的時間。可選擇外構件40和預定井眼流體24，使得例如經過了足以執行預定井眼操作的時間的條件出現時，預定井眼流體24已經溶解了外構件40，以足以進入芯部構件30，從而芯部構件30快速地被預定井眼流體24腐蝕，使得外構件的任何餘下的部分將被破環或分解，因此而移除了分流球12、塞16或盤20並打開了孔。也可以以任意組合的方式使用其它井眼條件，包括對井眼流體加溫和/或加壓、加入其它物質，比如其它井眼流體以選擇性地增加第二材料42的第二腐蝕速率，以便促進其腐蝕，從而為流體流到第一材料32提供入□。
[0065]在另一個實施例中，井下物件10可包括管狀段23，管狀段23可用於形成井眼的套管的一部分，其具有一個或多個管狀壁部分，管狀壁部分包括結構25,該結構包括芯部構件30和外構件40以限定諸如通孔91或開口、盲孔93或盲口、管道、通道、槽95、凸肋97、肩部99或其它結構的結構。在步驟520中使用物件10來執行預定井眼操作可包括任何合適的井眼操作，例如使用管狀段23作為用於流體的管道、鋼絲繩、線纜、工具、組件或其它穿過管狀段的井眼物件，以用於與壓裂、完井或生產操作相關聯的各種目的。可選擇外構件40和井眼流體24，使得當例如經過了足以執行預定井眼操作的時間的條件出現時，預定井眼流體就溶解外構件40，以足以能進入芯部構件30，從而芯部構件30快速地被井眼流體24腐蝕，使得外構件的任何餘下的部分被破壞或分解，從而將限定在管狀段中的結構暴露出來。這例如可用於類似於穿孔操作創建一個或多個穿過管狀段23的開口，或者用於打開管道，例如可用於包括壓裂操作在內的許多完井或生產操作。可採用將肩部95或凸肋97暴露在內表面上，以便例如為套筒、球或塞提供座。
[0066]在又一個實施例中，井下物件10可包括中空筒，該筒可被插到例如套管中並用作套筒22或座，所述座包括球座14或塞座18，中空筒的一個或多個部分包括本文公開的芯部構件30和外構件40。使用步驟520可包括中空筒的任何適合的使用，包括作為可用在套管中的各種固定套筒或滑動套筒，例如用於隱藏或顯露套管中開口或管道的套筒，或各種筒形座，該筒形座可與球12或塞16 —起使用以打開或關閉井眼以用於與壓裂、完井或生產操作相關聯的各種目的。可選擇外構件40和預定井眼流體24，使得當出現例如經過了足以執行預定井眼操作的時間的條件時，預定井眼流體24已經溶解了外構件40，以足以進入芯部構件30，因而芯部構件30快速地被井眼流體24腐蝕，使得外構件40的任何餘下部分被破壞或分解，從而中空筒從井眼中被移除。
[0067]在步驟530中將物件暴露於預定的井眼流24可包括:將物件10暴露於適合於腐蝕所描述的能腐蝕的第一材料32和第二材料42的任何預定井眼流體24。在一個實施例中，暴露步驟530可包括:將第二材料42的暴露表面浸入井眼流體中一段足以腐蝕穿過第二材料42到達梯度部分70的時間，其中，梯度部分70中的第一材料32開始快速的腐蝕，包括梯度部分70的第一材料32可被快速地移除。合適的井眼流體24可包括水、各種水溶液、鹽水或包含有機酸或無機酸的酸，或其組合。在另一個實施例中，在步驟530中將井下物件10暴露於井眼流體24包括:響應於井眼條件而打開第二構件40中的入口位置90，以允許井眼流體進入第一能腐蝕的件，如本文所述。
[0068]選擇性地腐蝕540可包括:完全腐蝕第一能腐蝕的構件30，使得井下物件10通過預定井眼流體24而完全被從井眼中移除。替代地，選擇性地腐蝕540可包括:移除井下物件10的一部分。這可包括，例如，腐蝕如本文所述的第一能腐蝕的構件30以改變物件10的形狀或尺寸。在一個實施例中，當物件10包括多個嵌套的物件(例如多個嵌套球12)時，如本文所述，選擇性地腐蝕步驟540可包括移除最外層，例如最外面的球12，使得物件10的尺寸(例如，直徑)減小，餘下的部分可穿過座至井眼的另一個部分，更加接近或更加遠離地表以固定在另一個座中。選擇性地腐蝕步驟540可重複進行，以便相繼地移除嵌套物件10並減小所述尺寸，例如減小球12的直徑，使得餘下部分逐漸地運動通過球座到達井眼的另一個部分，更加接近或更加遠離地表以固定在另一個底座中。
[0069]儘管描述了優選實施例，但在不偏離本發明的精神和範圍的條件下，可對這些實施例做出修改和替換。相應地，應理解，本發明的描述是示例性的，無任何限制作用。
【權利要求】
1.一種製造複合井下物件的方法，包括: 形成至少一個能腐蝕的芯部構件，所述芯部構件包括第一材料，所述第一材料在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕； 在所述芯部構件上設置至少一個外構件，所述外構件包括第二材料，所述第二材料在所述井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕。其中，所述能腐蝕的芯部構件具有組分梯度或密度梯度或者這兩種梯度的組合，其中，所述第一腐蝕速率明顯比所述第二腐蝕速率大。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，形成能腐蝕的芯部構件包括形成未燒結的粉末壓坯。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，形成未燒結的粉末壓坯包括:壓制包括多個金屬粉末顆粒的粉末，每個粉末顆粒均包括顆粒芯和金屬覆層，所述顆粒芯包括包含Mg、Al、Zn、Fe或Mn、或其合金、或其組合的芯材料，所述金屬覆層設置在所述顆粒芯上，其中，壓制導致相鄰顆粒的所述金屬覆層彼此形成足以形成所述粉末壓坯的機械結合。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，形成能腐蝕的芯部構件包括形成燒結的粉末壓坯。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，形成燒結的粉末壓坯包括:形成大體上連續的蜂窩式的納米基體，所述納米基體包括納米基體材料、多個散布的顆粒和結合層，所述散布的顆粒包括包含Mg、Al、Zn、Fe或Mn、或其合金、或其組合的顆粒芯材料,所述多個散布的顆粒散布在蜂窩式的納米基體中，所述結合層在整個納米基體中在所述散布的顆粒之間延伸。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，形成能腐蝕的芯部構件包括:建立第一材料的、從靠近所述外構件的外部部分朝向遠離所述外構件的內部部分的組分梯度或密度梯度或者這兩種梯度的組合。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，建立第一材料的、從靠近所述外構件的外部部分朝向遠離所述外構件的內部部分的組分梯度或密度梯度或者這兩種梯度的組合包括:使所述組分梯度或所述密度梯度或這兩種梯度的組合從所述內部部分到所述外部部分連續地變化。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，建立第一材料的、從靠近所述外構件的外部部分朝向遠離所述外構件的內部部分的組分梯度或密度梯度或者這兩種梯度的組合包括:使所述組分梯度或所述密度梯度或這兩種梯度的組合從所述內部部分到所述外部部分以非連續的梯級變化。
9.根據權利要求6所述的方法，所述方法還包括:在能腐蝕的芯部構件中建立第二材料的、從靠近所述外構件的外部部分朝向所述內部部分的組分梯度或密度梯度或者這兩種梯度的組合。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述芯部構件上設置外構件包括:在所述芯部構件上設置第二材料的粉末壓坯。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述芯部構件上設置外構件包括:在所述芯部構件上沉積第二材料層。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，沉積第二材料層包括:浸潰、鍍覆、濺鍍、包覆、熱噴或雷射熔融、或其組合。
13.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述芯部構件上設置外構件還包括:在所述第二構件上形成入口，所述入口位置被配置成響應於井眼條件變化為井眼流體通到所述芯部構件提供入口。
14.一種製造複合井下物件的方法，所述方法包括: 形成至少一個芯部構件，所述芯部構件包括在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料； 在所述芯部構件上設置至少一個能腐蝕的外構件，所述外構件包括在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料，其中，所述能腐蝕的外構件具有複合梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合，其中，所述第二腐蝕速率明顯比所述第一腐蝕速率大。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，形成所述能腐蝕的芯部構件包括建立第二材料的、從靠近所述芯部構件的內部部分朝向遠離所述芯部構件的外部部分的組分梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，建立第二材料的、從靠近所述芯部構件的內部部分朝向遠離所述芯部構件的外部部分的組分梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合包括:使所述組分梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合從所述內部部分到所述外部部分連續地變化。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，建立第二材料的、從靠近所述芯部構件的內部部分朝向遠離所述芯部構件的外部部分的組分梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合包括:使所述組分梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合從所述內部部分到所述外部部分以非連續的梯級變化。
18.根據權利要求15所述的方法，所述方法還包括:在能腐蝕的外構件中建立第一材料的、從靠近所述芯部構件的內部部分朝向所述外部部分的組分梯度或密度梯度或這兩種梯度的組合。
19.根據權利要求14所述的方法，其中，在所述芯部構件上設置外部構件包括:在所述芯部構件上設置所述第一材料的粉末壓坯。
20.一種使用複合井下物件的方法，所述方法包括: 形成包括第一構件和能腐蝕的第二構件的複合井下物件，所述第一構件包括在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕的第一材料，所述能腐蝕的第二構件包括在井眼流體中能以第二腐蝕速率腐蝕的第二材料，其中，所述能腐蝕的第二構件具有組分梯度或密度梯度或這兩者梯度的組合，其中，所述第二腐蝕速率明顯比所述第一腐蝕速率大； 使用所述物件執行第一井眼操作； 將所述物件暴露於所述井眼流體； 選擇性地腐蝕所述能腐蝕的第二構件。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，所述物件包括分流球、塞或盤，所述井眼操作包括在壓裂、完井或生產期間關閉孔。
22.根據權利要求20所述的方法，其中，將所述物件暴露於所述井眼流體包括:將所述物件暴露在水、鹽水、或酸、或其組合中。
23.根據權利要求20所述的方法，其中，選擇性地腐蝕包括完全腐蝕所述能腐蝕的第二構件。
24.根據權利要求20所述的方法，其中，選擇性地腐蝕包括部分地腐蝕所述能腐蝕的第二構件。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，部分地腐蝕所述能腐蝕的第二構件包括移除能腐蝕的第二構件的層。
26.根據權利要求24所述的方法，其中，部分地腐蝕所述能腐蝕的第二構件包括:移除所述構件的可移除的部分以提供剩餘部分。
27.根據權利要求26所述的方法，其中，所述剩餘部分的形狀與所述能腐蝕的第二構件的形狀不同。
28.根據權利要求20所述的方法，其中，將所述物件暴露於井眼流體包括:打開所述第一構件中的開口位置，以允許所述井眼流體進入所述能腐蝕的第 二構件。
【文檔編號】E21B21/08GK103502563SQ201280020571
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月25日 優先權日:2011年4月28日
【發明者】徐志躍, M·詹森 申請人:貝克休斯公司