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高含能金属射流切割材料及其制备方法和应用
申请号	CN202211357791.4	申请日	2022-11-01	公开(公告)号	CN118028644A	公开(公告)日	2024-05-14
申请人	中国石油天然气集团有限公司; 中国石油集团西部钻探工程有限公司;			发明人	徐克东; 石义; 徐传友; 吴欣; 孙凯; 曾从良; 艾伟;
摘要	本发明涉及高含能金属射流切割及应用领域，是一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料及其制备方法和应用，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；然后，将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。本发明具有高的理论热值和良好的释能特性，快速燃烧释放大量热量和产气量，可形成射流对油管达到切割效果，且制备工艺简单高效，成本低，可实现工业化生产。
权利要求	1.一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，其特征在于按照下述方法制备得到：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉50g至70g、平均粒径为10μm的B粉5g至15g、平均粒径为30μm的Al粉5g至20g、平均粒径为40μm的I2O5粉10g至25g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。 2.根据权利要求1所述的PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，其特征在于球磨混粉时，球磨转速为180r/min至220r/min，球磨时间为2.5h至3.5h。 3.根据权利要求1或2所述的PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，其特征在于成型时，模压工艺压力为45MPa至55MPa，模压保压时间为15min至25min。 4.一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉50g至70g、平均粒径为10μm的B粉5g至 15g、平均粒径为30μm的Al粉5g至20g、平均粒径为40μm的I2O5粉10g至25g、硬质合金磨球 400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。 5.根据权利要求4所述的PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料的制备方法，其特征在于球磨混粉时，球磨转速为180r/min至220r/min，球磨时间为2.5h至3.5h。 6.根据权利要求4或5所述的PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料的制备方法，其特征在于成型时，模压工艺压力为45MPa至55MPa，模压保压时间为15min至25min。 7.一种根据权利要求1或2或3所述的PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料石油开采中管具切割施工中的应用。
说明书全文	高含能金属射流切割材料及其制备方法和应用技术领域 [0001] 本发明涉及高含能金属射流切割及应用领域，是一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料及其制备方法和应用，以上所述PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料即为本发明高含能金属射流切割材料。背景技术 [0002] 高含能金属射流切割技术，即高温切割炬所采用的技术，是目前油井处理卡钻事故的新型井下切割技术，其利用了高含能金属材料在燃烧过程中的高产热量及高产气量，来对金属目标管柱烧蚀和冲刷从而实现切割的目的。 [0003] 用于高含能金属射流切割的药品材料要形成熔融金属射流必须要产生一定量的气体，尤其是在水下切割过程中，产气量尤为关键。其配方Al粉常被选择作为还原剂，与不同氧化剂反应释放大量热量，具有较高反应温度，同时添加产气剂，形成高温高压的金属射流，对管柱进行冲刷、烧蚀，达到切割管柱的效果。聚四氟乙烯（简写为PTFE）在高含能金属射流切割技术应用中，作为粘合剂，不仅可改善制品的机械强度和物理化学安定性，同时也作为氧化剂，可与Al发生反应，释放出大量的能量。因此Al粉和PTFE在我国石油勘探与开采领域具有巨大的应用前景。发明内容 [0004] 本发明提供了一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料及其制备方法和应用，克服了上述现有技术之不足，其具有高的理论热值和良好的释能特性，快速燃烧释放大量热量和产气量，从而形成射流对油管达到切割。 [0005] 本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，按照下述方法制备得到：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉50g至70g、平均粒径为10μm的B粉5g至15g、平均粒径为30μm的Al粉5g至20g、平均粒径为40μm的I2O5粉10g至25g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。 [0006] 下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：上述球磨混粉时，球磨转速为180r/min至220r/min，球磨时间为2.5h至3.5h。 [0007] 上述成型时，模压工艺压力为45MPa至55MPa，模压保压时间为15min至25min。 [0008] 本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料的制备方法，按照下述方法进行：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉50g至70g、平均粒径为10μm的B粉5g至15g、平均粒径为30μm的Al粉5g至20g、平均粒径为40μm的I2O5粉10g至25g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。 [0009] 下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：上述球磨混粉时，球磨转速为180r/min至220r/min，球磨时间为2.5h至3.5h。 [0010] 上述成型时，模压工艺压力为45MPa至55MPa，模压保压时间为15min至25min。 [0011] 本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料石油开采中管具切割施工中的应用。 [0012] 本发明的优异效果为：Al‑I2O5体系具有高的理论热值和良好的释能特性，快速燃烧释放大量热量，同时反应产物为超低沸点的I，具有较高的产气量，可形成射流对油管达到切割效果；体系中的PTFE‑B具有较高的理论热值，能释放一定热量的同时，其中PTFE作为粘合剂，改善制品的机械强度，降低了药剂的机械感度，改善了药剂的物理化学安定性，另外与B粉作用，也起到了产气剂的作用；采用粉末冶金工艺和模压工艺技术，具有制备高效，成本低的特点，可实现工业化生产。附图说明 [0013] 附图1为本发明用于新型井下切割时，反应压力随时间变化曲线图。具体实施方式 [0014] 本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。 [0015] 下面结合实施例对本发明作进一步描述：实施例1：该PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，按照下述方法制备得到：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉50g至70g、平均粒径为10μm的B粉5g至15g、平均粒径为30μm的Al粉5g至20g、平均粒径为40μm的I2O5粉10g至25g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。 [0016] 本发明中，Al‑I2O5体系在发生化学反应时会释放大量的化学能，其理论反应热为3 25.62kJ/cm ，反应产物I2 具有超低的沸点，产气量充足，PTFE‑B具有较高的理论热值 3 （13.67kJ/cm），提高释能特性的同时，其中PTFE作为粘合剂，改善制品的机械强度和物理化学安定性，另外与B粉作用，也起到了产气剂的作用。 [0017] 实施例2：作为上述实施例的优化，球磨混粉时，球磨转速为180r/min至220r/min，球磨时间为2.5h至3.5h。 [0018] 实施例3：作为上述实施例的优化，成型时，模压工艺压力为45MPa至55MPa，模压保压时间为15min至25min。 [0019] 实施例4：该PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料的制备方法，按照下述步骤进行：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉50g至70g、平均粒径为10μm的B粉5g至15g、平均粒径为30μm的Al粉5g至20g、平均粒径为40μm的I2O5粉10g至25g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料。 [0020] 实施例5：该PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料石油开采中管具切割施工中的应用。 [0021] 实施例6：该PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，按照下述方法制备得到：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉69.92g、平均粒径为10μm的B粉10.08g、平均粒径为30μm的Al粉8.94g、平均粒径为40μm的I2O5粉11.06g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体，其中，球磨转速为200r/min，球磨时间为3h；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，其中，成型时，模压工艺压力为 50MPa，模压保压时间为20min。 [0022] 实施例7：该PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，按照下述方法制备得到：球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉52.44g、平均粒径为10μm的B粉7.56g、平均粒径为30μm的Al粉17.88g、平均粒径为40μm的I2O5粉22.12g、硬质合金磨球400g，将所需量的PTFE粉、B粉、Al粉、I2O5粉和硬质合金磨球加入到球磨罐内，用球磨机上进行球磨混合，得到含能粉体，其中，球磨转速为200r/min，球磨时间为3h；成型：将含能粉体装进模具内，采用模压工艺压制，得到PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，其中，成型时，模压工艺压力为50MPa，模压保压时间为20min。 [0023] 本发明PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料的反应热值可达4500J/g，将本发明PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料用于新型井下切割时，反应压力随时间变化曲线如图1所示。图1可以看出，同样的测试条件，使用本发明PTFE‑B‑Al‑I2O5高含能金属射流切割材料，可瞬时产生较高的反应压力。 [0024] 综上所述，本发明具有高的理论热值和良好的释能特性，快速燃烧释放大量热量和产气量，可形成射流对油管达到切割效果，且制备工艺简单高效，成本低，可实现工业化生产。 [0025] 以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

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