制造和使用功能梯度復(fù)合工具的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制造復(fù)合井下物件的方法。該方法包括：形成至少一個(gè)能腐蝕的芯部構(gòu)件，芯部構(gòu)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(gòu)件上設(shè)置至少一個(gè)外構(gòu)件，外構(gòu)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(gòu)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(kāi)了一種使用復(fù)合井下物件的方法。該方法包括：形成如上所述的復(fù)合井下物件，使用該物件執(zhí)行第一井眼操作，將所述物件暴露于井眼流體，以及選擇性地腐蝕能腐蝕的第二構(gòu)件。
【專利說(shuō)明】制造和使用功能梯度復(fù)合工具的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年4月28日提交的美國(guó)申請(qǐng)第13/096442號(hào)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
[0003]本申請(qǐng)包含的主題涉及與本申請(qǐng)同一天提交的共同未決專利申請(qǐng)(代理人案卷號(hào)為WBI4-50897-US)的主題，該專利申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)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?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0004]井下鉆探、完井和生產(chǎn)操作通常利用井眼元件或工具，該井眼元件或工具由于其功能因而僅需具有有限的使用壽命，并且必須從井眼移除或在井眼中除去以便恢復(fù)流體通道的原有尺寸以用于包括生產(chǎn)烴、隔離CO2等。傳統(tǒng)上元件或工具的處理常常是通過(guò)將其鉆出或銑出井眼，這通常是耗時(shí)的并且是昂貴的操作。
[0005]已經(jīng)提出通過(guò)使用各種井眼流體溶解可降解的聚乳酸聚合物來(lái)移除元件或工具。然而，這些聚合物通常不具有機(jī)械強(qiáng)度、斷裂韌性以及在井眼的工作溫度范圍內(nèi)執(zhí)行井眼元件或工具功能所需的其它機(jī)械性能，因此，它們的應(yīng)用是有限的。
[0006]已經(jīng)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(yīng)性金屬(例如招)為多數(shù)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(shù)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(guò)熔化組分的粉末然后固化熔化物以形成合金，或通過(guò)沖壓、壓制、燒結(jié)或類似的方式處理上面所提及的量的反應(yīng)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于與材料的降解一起釋放到環(huán)境中的鉛、鎘等。另外，它們的形成可能涉及多種熔化現(xiàn)象，這產(chǎn)生了受到各個(gè)合金組分的相平衡和固化特征支配的合金結(jié)構(gòu)，并且不會(huì)產(chǎn)生最佳的或令人滿意的合金微結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能或溶解特性。
[0007]因此，非常需要開(kāi)發(fā)一種能用于形成井眼元件或工具的材料，使該井眼元件或工具具有執(zhí)行其所需功能所需的機(jī)械性能，然后通過(guò)使用井眼流體進(jìn)行受控溶解而被從井眼中移除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個(gè)示例性實(shí)施例中公開(kāi)了一種制造復(fù)合井下物件的方法。所述方法包括:形成至少一個(gè)能腐蝕的芯部構(gòu)件，所述芯部構(gòu)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(gòu)件上設(shè)置至少一個(gè)外構(gòu)件，所述外構(gòu)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(gòu)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(gè)示例性實(shí)施例中，公開(kāi)了一種制造復(fù)合井下物件的方法。所述方法包括:形成至少一個(gè)芯部構(gòu)件，所述芯部構(gòu)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(gòu)件上設(shè)置至少一個(gè)能腐蝕的外構(gòu)件，所述外構(gòu)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(gòu)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(gè)示例性實(shí)施例中，公開(kāi)了一種使用復(fù)合井下物件的方法。所述方法包括:形成包括第一構(gòu)件和能腐蝕的第二構(gòu)件的復(fù)合井下物件，所述第一構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(zhí)行第一井眼操作。所述方法進(jìn)一步包括:使所述物件暴露于所述井眼流體，和選擇性地腐蝕所述能腐蝕的第二構(gòu)件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]現(xiàn)在參照附圖，其中，在圖中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)明。
[0012]圖1是本文公開(kāi)的井下物件的示例性實(shí)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(kāi)的梯度部分的實(shí)施例；
[0014]圖3是本文公開(kāi)的梯度部分的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖；
[0015]圖4是本文公開(kāi)的井下物件的第二示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0016]圖5是本文公開(kāi)的井下物件的第三示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0017]圖6是本文公開(kāi)的井下物件的第四示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0018]圖7是本文公開(kāi)的井下物件的第五示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0019]圖8是本文公開(kāi)的井下物件的第六示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0020]圖9是本文公開(kāi)的井下物件的第七示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0021]圖10是本文公開(kāi)的井下物件的第八示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0022]圖11是本文公開(kāi)的井下物件的第九示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0023]圖12是本文公開(kāi)的井下物件的第十示例性實(shí)施例的剖視圖；
[0024]圖13是制造本文公開(kāi)的井下物件的方法的流程圖；
[0025]圖14是制造本文公開(kāi)的井下物件的第二方法的流程圖；
[0026]圖15是使用本文公開(kāi)的井下物件的方法的流程圖；
[0027]圖16是用于制造本文公開(kāi)的納米基體復(fù)合粉末壓坯的覆置金屬粉末的剖視圖；
[0028]圖17是本文公開(kāi)的納米基體復(fù)合粉末壓坯的剖視圖；
[0029]圖18是本文公開(kāi)的前體納米基體復(fù)合粉末壓坯的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]參照?qǐng)D1-圖12，公開(kāi)了復(fù)合井下物件10。復(fù)合井下物件10可包括多種鉆井工具和元件中的任何一個(gè)。這些鉆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。復(fù)合井下物件10在預(yù)定井眼流體24中能選擇性地被腐蝕。復(fù)合井下物件10可通過(guò)使用預(yù)定井眼流體24而選擇性地被移除。作為替代，通過(guò)使用預(yù)定井眼流體24來(lái)選擇性地腐蝕所述物件10的一部分而可使這些復(fù)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。這些特征例如也可組合，例如，通過(guò)使用預(yù)定井眼流體24或預(yù)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并隨后將所述物件10從井眼中移除。本文所描述的復(fù)合井下物件10包括功能梯度復(fù)合材料，該功能梯度復(fù)合材料包括能快速腐蝕的金屬部分26和在預(yù)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(shí)施例中，復(fù)合井下物件10可包括堅(jiān)固的、能選擇性地快速腐蝕的金屬芯部構(gòu)件30或基部，該金屬芯部構(gòu)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并且由堅(jiān)硬的防腐蝕的外構(gòu)件40保護(hù)，外構(gòu)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(shí)施例中，配置可相反，復(fù)合井下物件10可包括堅(jiān)固的、能選擇性地快速腐蝕的金屬外構(gòu)件50或基部，該金屬外構(gòu)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(jiān)硬的耐腐蝕芯部構(gòu)件60，所述耐腐蝕芯部構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)使得工具在使用物件(例如工具操作)期間耐腐蝕，同時(shí)允許芯材料在暴露于預(yù)定的井眼流體時(shí)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，這是因?yàn)檫@些材料可具有明顯不同的冶金性能和機(jī)械性能。能腐蝕的金屬部分26可由本文公開(kāi)的納米基體復(fù)合材料形成。相對(duì)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(yōu)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(xiàn)出高硬度和耐磨性的材料。
[0031]參照?qǐng)D1，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，復(fù)合井下物件包括:至少一個(gè)包括第一材料32的能腐蝕的芯部構(gòu)件30，第一材料32在井眼流體中能以第一腐蝕速率腐蝕。復(fù)合井下物件10還包括至少一個(gè)設(shè)置在芯部構(gòu)件30上并且包含第二材料42的外構(gòu)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(gòu)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(gòu)件40可具有任何合適的形狀或厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，外構(gòu)件40包括設(shè)置在芯部構(gòu)件30上的一層，這通過(guò)如下方式來(lái)完成:直接將第二材料42沉積在芯部構(gòu)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(shè)置在芯部構(gòu)件30上的、單獨(dú)形成的梯度部分70的外部部分或外部表面36上?？刹捎酶鞣N沉積方法，例如，本文描述的噴鍍、濺鍍和其它薄膜沉積技術(shù)、包覆、粉末的壓制、熱噴涂或粉末的激光熔融。外構(gòu)件40也可形成為單獨(dú)構(gòu)件和通過(guò)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(gòu)件30的外部部分36上。例如，外構(gòu)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，然后通過(guò)合適的附接方法附接在芯部構(gòu)件30的外構(gòu)件上。合適的附接方法包括等靜壓壓制、擴(kuò)散結(jié)合、熱成型、焊接、銅焊、粘合等。外構(gòu)件40也可形成為一個(gè)或多個(gè)部分或部段，這些部分或部段彼此附接以包圍芯部構(gòu)件30，可與芯部構(gòu)件30直接附接或不與芯部構(gòu)件直接附接。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，外構(gòu)件40可形成為兩個(gè)薄壁等分半球，這兩個(gè)薄壁等分半球可圍繞著大體上呈球形的芯部構(gòu)件30設(shè)置，使得等分半球33壓靠在芯部構(gòu)件40上，隨后使半球例如通過(guò)諸如焊接接頭35的接頭圍繞其接合周緣接合。外構(gòu)件40可具有執(zhí)行井眼操作或與其相關(guān)聯(lián)的物件10操作所需的任何合適的厚度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，外構(gòu)件40包括設(shè)置在芯部構(gòu)件30上的較薄的層，更具體地具有達(dá)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(gòu)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(shí)施例中，芯部構(gòu)件30可由外構(gòu)件40完全或部分地包圍，例如外構(gòu)件40包括完全或部分包圍芯部構(gòu)件30的外層的示例。在其它一些實(shí)施例中，外構(gòu)件40可僅被施加到芯部構(gòu)件30的一個(gè)或多個(gè)部分上，例如施加到暴露于井眼流體24的那些部分上。在另外的實(shí)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(gòu)件30大體上為球形，外構(gòu)件40為如圖1所示那樣設(shè)置在芯部構(gòu)件上的大體上呈球形的層，梯度部分70在芯部構(gòu)件和外構(gòu)件之間。在另外的實(shí)施例中，物件10包括筒形塞16，如圖4所示。能腐蝕的芯部構(gòu)件30大體上呈筒形，外構(gòu)件40包括設(shè)置在芯部構(gòu)件30上的包圍層。在又一實(shí)施例中，物件10包括中空筒形套筒22，如圖5所示。芯部構(gòu)件30包括圍繞縱向軸線設(shè)置的中空筒，外構(gòu)件40包括設(shè)置在芯部構(gòu)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(gè)實(shí)施例中，物件10可包括筒形盤20，如圖6所示。芯部構(gòu)件30包括筒形盤，外構(gòu)件40包括設(shè)置在芯部構(gòu)件40和梯度部分70上的層。在另一個(gè)實(shí)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(gè)錐形翅片31，錐形翅片徑向地繞縱向軸線33間隔開(kāi)。芯部構(gòu)件30包括筒形盤，外構(gòu)件40包括設(shè)置在芯部構(gòu)件30和梯度部分70上的層。在又一個(gè)實(shí)施例中，物件10可包括筒形管狀段23，其例如可被用于形成井眼套管的一部分，如圖9所示。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將發(fā)現(xiàn)，包括上面描述的物件10形狀的鉆井工具或元件可用于多種鉆探、完井和生產(chǎn)操作中，這些形式也可包括本文包含的各種特征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(gè)球或筒或套筒可彼此嵌套，并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(nèi)，如圖11所示，并且較小的球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(gòu)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(yù)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復(fù)合材料，如在于2009年12月8日和于2010年10月27日提交的共同擁有的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)12/633，682和12/913,310中所描述的，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。參照?qǐng)D16，納米基體復(fù)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(gè)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(dòng)的粉末，這種粉末可以被灌注或以其它方式設(shè)置在具有各種形狀和尺寸的各種模板或模具(未顯示)中，并可用于制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(chǎn)出的各種物件或者可在生產(chǎn)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(gè)覆有金屬的粉末顆粒112都包括顆粒芯114和設(shè)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(jié)形成重量輕、高強(qiáng)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(gè)實(shí)施例中，適合的芯材料包括電化學(xué)活性金屬，該電化學(xué)活性金屬具有比鋅的標(biāo)準(zhǔn)氧化電勢(shì)大或與鋅的標(biāo)準(zhǔn)氧化電勢(shì)相等的標(biāo)準(zhǔn)氧化電勢(shì)，在另一個(gè)實(shí)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(xué)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以用于在預(yù)定井眼流體中提供高溶解率，但也可選擇芯材料以用于提供相對(duì)較低的溶解率，包括零溶解率，此時(shí)，納米基體材料的溶解導(dǎo)致顆粒芯114在井眼流體的界面處被快速破壞并被從顆粒壓坯中釋放出來(lái)，從而即使芯材料118本身可能具有低溶解率并且包含可能幾乎不溶于井眼流體的芯材料120，溶解使用這些芯材料118的顆粒芯114制成的顆粒壓坯的有效率也比較高。
[0036]粉末110的每個(gè)覆有金屬的粉末顆粒112還均包括設(shè)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(gè)示例性實(shí)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(yōu)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(jié)構(gòu)的多層。金屬覆置材料120可包括提供可燒結(jié)的外表面121的任何合適的金屬覆置材料120，該可燒結(jié)的外表面被配置為燒結(jié)到相鄰的、同樣具有金屬覆層116和可燒結(jié)的外表面121的粉末顆粒112上。在粉末110的一個(gè)示例性實(shí)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(gè)粉末顆粒112中，如圖16所示。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第二粉末130包括多個(gè)第二粉末顆粒132。這些第二粉末顆粒132可被選擇用于改變由粉末110和第二粉末130形成的粉末顆粒壓坯200的物理特性、化學(xué)特性、機(jī)械特性或其它特性、或是這些特性的組合。在一個(gè)示例性實(shí)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(dāng)被覆置時(shí)(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(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)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(shí)，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(shù)語(yǔ)“大體上連續(xù)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(wú)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(shù)基體復(fù)合材料不同在于大多數(shù)基體包括的是在重量上或體積上的主要組分。使用術(shù)語(yǔ)大體上連續(xù)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(guī)則、連續(xù)且互連的分布特征。本文使用的“大體上連續(xù)”描述了納米基體材料在整個(gè)粉末壓坯200中的延伸，以便其在基本上所有散布的顆粒214之間延伸并包圍所述基本上所有散布的顆粒。大體上連續(xù)用于表示納米基體不需要完全連續(xù)并有秩序地圍繞每個(gè)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(huì)使顆粒芯114在燒結(jié)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(xù)的并表現(xiàn)出本文描述的結(jié)構(gòu)，也會(huì)導(dǎo)致蜂窩式納米基體216中產(chǎn)生局部的不連續(xù)。本文使用的“蜂窩式”用于表示納米基體限定了納米基體材料220的室或單元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，所述納米基體材料的室或單元大體上重復(fù)、互連并且包圍散布的顆粒214并與散布的顆粒互連。本文使用的“納米基體”用于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(jié)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?yàn)樵诔顺^(guò)兩個(gè)散布的顆粒214交叉處的大多數(shù)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(kuò)散和結(jié)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(shù)語(yǔ)“散布的顆粒214”不表示粉末壓坯200的少數(shù)成分，而是指在重量上或在體積上是多數(shù)的一種或多種成分。使用術(shù)語(yǔ)“散布的顆粒”意在傳達(dá)顆粒芯材料218在粉末壓坯200中的非連續(xù)和離散分布。
[0038]散布的顆粒214和顆粒層的蜂窩式網(wǎng)絡(luò)216的等軸形態(tài)來(lái)自于粉末顆粒112的燒結(jié)和變形，因?yàn)檫@些顆粒壓制、相互擴(kuò)散并且變形以填充顆粒間空隙115?？蛇x擇燒結(jié)溫度和壓力以確保粉末壓坯200的密度大體上達(dá)到了完全理論密度。參照?qǐng)D17，如本文所述，燒結(jié)的粉末壓坯200可包括燒結(jié)的前體粉末壓坯100，該前體粉末壓坯包括多個(gè)變形且機(jī)械結(jié)合的粉末顆粒。前體粉末壓坯100可通過(guò)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(tài)，從而使粉末顆粒變形并形成與該變形相關(guān)聯(lián)的顆粒間機(jī)械結(jié)合或其它結(jié)合，所述結(jié)合足以使變形的粉末顆粒112相互粘著并形成具有生坯密度的生坯狀態(tài)粉末壓坯，該生坯密度可變化并且部分地由于顆粒間空隙115的存在而小于粉末110的充分壓實(shí)壓坯的理論密度。壓制可這樣進(jìn)行，例如，通過(guò)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(jié)合。
[0039]燒結(jié)并動(dòng)態(tài)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(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和低密度。本文所用的動(dòng)態(tài)鍛造指的是在足以促進(jìn)燒結(jié)相鄰的粉末顆粒12的金屬覆層16的溫度和時(shí)間段下動(dòng)態(tài)地施加負(fù)荷，優(yōu)選地可包括在足以形成燒結(jié)的完全致密粉末壓坯200的時(shí)間和溫度下以預(yù)定的加載率動(dòng)態(tài)地施加鍛造負(fù)荷。在一個(gè)實(shí)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(guò)以約450°C至約470°C的溫度Ts燒結(jié)長(zhǎng)達(dá)約I小時(shí)而不施加鍛造壓力來(lái)執(zhí)行動(dòng)態(tài)鍛造，然后通過(guò)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(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)鍛造，這就導(dǎo)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(xiàn)出約為至少37ksi的室溫壓制強(qiáng)度，并且進(jìn)一步表現(xiàn)出超過(guò)大約50ksi的室溫壓制強(qiáng)度。本文描述類型的粉末壓坯200能夠達(dá)到與基于粉末110的組分的壓坯材料的預(yù)定理論密度大體上相等的真實(shí)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(duì)量，在本文中也被描述為完全壓實(shí)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(xiàn)出的真正密度約為1.738g/cm3至約2.50g/cm3，這大體上等于預(yù)定的理論密度，與預(yù)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(xiàn)出范圍在從約4750mg/cm2/hr至約7432mg/cm2/hr的腐蝕速率。這一系列的反應(yīng)提供了，例如在小于一小時(shí)中通過(guò)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(gòu)件40設(shè)置在芯部構(gòu)件30上，并且包括在預(yù)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(gòu)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、或其復(fù)合物、或其其它組合。合適的材料包括典型地應(yīng)用在井眼環(huán)境中使用的管材中的合金，包括各種等級(jí)的鋼，尤其是各種等級(jí)的不銹鋼。其它合適的合金包括Fe基合金、Ni基合金、Co基合金和超級(jí)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(shí)間內(nèi)向預(yù)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(cuò)、氧化鉻、氮化娃或氮化鈦。
[0042]在一個(gè)實(shí)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(yù)定的井眼流體24的情況下用于其預(yù)定目的，例如，用于特定的井眼操作，并提供在預(yù)定井眼流體24中的足以執(zhí)行井眼操作的操作壽命或關(guān)鍵服務(wù)時(shí)間。在另一個(gè)實(shí)施例中，腐蝕速率的差異使井下物件10能在不暴露于預(yù)定井眼流體24的情況下用于其預(yù)定目的，例如用于特殊井眼操作，并且一旦井眼操作完成就可引入預(yù)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于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(gè)至大約十個(gè)數(shù)量級(jí)，更尤其是，低大約一個(gè)至大約三個(gè)數(shù)量級(jí)。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(gòu)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(gè)實(shí)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(shè)置在能腐蝕的芯部構(gòu)件和外構(gòu)件之間的一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡層。該一個(gè)或多個(gè)層可用于任何合適的目的，包括例如在具有不同材料屬性(比如，不同的晶體結(jié)構(gòu)、不同的熱膨脹系數(shù)等)的第一材料和第二材料之間提供過(guò)渡，以便減小它們之間界面處的應(yīng)力并促進(jìn)外構(gòu)件40附著在芯部構(gòu)件30上。這一個(gè)或多個(gè)層還可用于控制物件10的密度，這通過(guò)如下方式進(jìn)行:提供一區(qū)域，芯部構(gòu)件的第一材料32在該區(qū)域中可通過(guò)增加受控量的另外的材料來(lái)調(diào)整，例如增加一定量的第二材料42，以便提供具有預(yù)定密度的物件10。這一個(gè)或多個(gè)層還可用于控制物件10的腐蝕速率，這通過(guò)如下方式來(lái)完成:提供與芯部構(gòu)件30的第一材料32或外構(gòu)件40的第二材料42具有不同腐蝕速率的一層或多層，例如提供具有介于第一材料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。盡管梯度部分70在上面描述為芯部構(gòu)件30的組分梯度或密度梯度、或其組合，但應(yīng)理解梯度部分70也可與外構(gòu)件40相關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步地，可以考慮使其作為設(shè)置在外構(gòu)件40和芯部構(gòu)件30之間的單獨(dú)的梯度件72。盡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(gòu)件30設(shè)置的一層或多層，其也可非均勻地設(shè)置作為在芯部構(gòu)件30和外構(gòu)件40之間的部分70或區(qū)域，并且可用來(lái)，例如，在物件10中提供變化的重量分布，包括各種非軸對(duì)稱的重量分布。這樣，組分梯度或密度梯度、或其組合可用于，例如，當(dāng)物件經(jīng)過(guò)井眼流體在井眼中下降時(shí)通過(guò)非均勻地對(duì)物件10的特定部分進(jìn)行加重來(lái)使物件定位或使其預(yù)先放置。
[0044]梯度部分70以及與其相關(guān)聯(lián)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(gè)示例性實(shí)施例中，組分梯度可通過(guò)在芯部構(gòu)件和外構(gòu)件之間設(shè)置層來(lái)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(gòu)成的粉末壓坯。即使當(dāng)芯部構(gòu)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(shí)，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(jié)構(gòu)就提供組分梯度和密度梯度。例如，如果芯部構(gòu)件30是通過(guò)壓制包含鎂合金顆粒芯的粉末形成的，并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復(fù)合物，該納米基體復(fù)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(guò)壓制用于形成芯部構(gòu)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。雖然組分梯度可通過(guò)使用外構(gòu)件40的第二材料42來(lái)形成,密度梯度也可通過(guò)使用任何其它材料來(lái)形成，所述其它材料包括具有不同于第一材料32的密度的第二材料42。用于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(dāng)組分梯度也用于提供密度梯度時(shí)，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，然后壓制至預(yù)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(guò)將第一材料32的粉末壓制至不用于芯部構(gòu)件30的第一材料32的密度的密度來(lái)建立，所述密度包括比芯部構(gòu)件30的密度大或小的密度。在一個(gè)實(shí)施例中，芯部構(gòu)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于完全理論密度。在另一個(gè)實(shí)施例中，芯部構(gòu)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于完全理論密度，梯度部分70或?qū)涌砂ǖ谝徊牧?2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(gòu)件40的外部部分35朝遠(yuǎn)離外構(gòu)件40的內(nèi)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(gè)區(qū)域，或者是如圖3所示的多個(gè)不連續(xù)層或組分梯級(jí)。在一個(gè)實(shí)施例中，梯度部分70可包括第一材料32的、從內(nèi)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(gòu)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(gè)具有不同成分的非連續(xù)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(zhì)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，重量占50%的第一材料32和重量占50%的第二材料42。第三層84可包括，例如，重量占25%的第一材料32和重量占75%的第二材料42。外構(gòu)件40包括重量占百分之百的第二材料42。在本實(shí)施例中，組分梯度或密度梯度、或其組合，從內(nèi)部部分37至外部部分35以非連續(xù)的梯級(jí)變化，對(duì)應(yīng)于提供了多個(gè)非連續(xù)的組分梯級(jí)和密度梯級(jí)的層，每個(gè)層都具有如上所述的不同的成分或密度。
[0047]在另一個(gè)示例中，芯部構(gòu)件中的第一材料的組分梯度或密度梯度或其組合從內(nèi)部部分至外部部分連續(xù)地變化，如圖2所示。第一構(gòu)件的量可發(fā)生變化，例如，第一材料從在芯部構(gòu)件30的內(nèi)部部分37中占重量的75%變化到在外部部分35中占重量的0%。相應(yīng)地，其它材料比如第二材料42的量也可發(fā)生變化，例如，第二材料從在外部部分35中占重量的100%變化到在內(nèi)部部分37中占重量的0%。在本示例中，能腐蝕的芯部構(gòu)件30也包括能腐蝕的芯部構(gòu)件30中的第二材料42的、從接近外構(gòu)件40的外部部分35朝內(nèi)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(gòu)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(yù)定工作時(shí)間，這包括在預(yù)定井眼流體24中的預(yù)定工作時(shí)間，其中，預(yù)定井眼流體中第二材料42的腐蝕速率使得外構(gòu)件變得足夠薄，從而預(yù)定井眼流體與第一材料32接觸并開(kāi)始快速腐蝕包括其間的梯度部分70的芯部構(gòu)件30。例如，外構(gòu)件40的腐蝕可以以第二腐蝕速率大體上均勻地在外構(gòu)件40的整個(gè)表面或部分表面上進(jìn)行，直至預(yù)定井眼流體24破環(huán)外構(gòu)件40并與包括設(shè)置在其間的梯度部分70的、芯部構(gòu)件30的第一材料32接觸。在另一個(gè)示例中，如圖4-圖12所示，外構(gòu)件40可包括一個(gè)入口位置90或多個(gè)入口位置90,該入口位置被配置成響應(yīng)于預(yù)定井眼條件為預(yù)定井眼流體24穿過(guò)外構(gòu)件40進(jìn)入芯部構(gòu)件30以便腐蝕能腐蝕的芯部構(gòu)件30的第一材料32提供入口。井眼條件可包括用于為預(yù)定井眼流體24流到能腐蝕的芯部構(gòu)件30提供入口的任何合適的條件。在一個(gè)實(shí)施例中，入口位置90可包括外構(gòu)件40和第二材料42的局部減薄部，這通過(guò)提供外構(gòu)件的表面44上的凹部或能腐蝕的芯部構(gòu)件30的突出部實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，并且井眼條件可包括將預(yù)定井眼流體置于與入口位置90相接觸一段足以使預(yù)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(shí)間。在另一實(shí)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(yīng)于井眼條件或井眼條件的變化而不是預(yù)定的井眼流體24而提供通過(guò)外構(gòu)件40的入口。例如，井眼條件可包括足以改變?nèi)肟谖恢?0的性質(zhì)的熱量或溫度或其組合，例如通過(guò)包括熔化的相變，或者足以使得預(yù)定井眼流體24進(jìn)入芯部構(gòu)件40的機(jī)械性質(zhì)的改變。在另一個(gè)實(shí)施例中，入口位置90可包括止回閥94，并能響應(yīng)于包括壓力變化的井眼條件而使預(yù)定井眼流體24進(jìn)入。也可以使用任何適合的井眼條件來(lái)為預(yù)定井眼流體24穿過(guò)外構(gòu)件40通過(guò)入口位置90到芯部構(gòu)件30提供入口。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，入口位置90可包括足以為預(yù)定井眼流體24響應(yīng)于井眼條件或井眼條件的變化而通到芯部構(gòu)件30提供入口的、外構(gòu)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(gè)示例性實(shí)施例中，至少一個(gè)能腐蝕的構(gòu)件30和至少一個(gè)外構(gòu)件42可包括多個(gè)芯部構(gòu)件，該多個(gè)芯部構(gòu)件具有相應(yīng)的多個(gè)設(shè)置在其上的外構(gòu)件，其中，相應(yīng)的芯部構(gòu)件30和相關(guān)的外構(gòu)件40相互嵌套以形成芯部構(gòu)件30和外構(gòu)件40的交替布置，如圖11和圖12所示。在圖11所示實(shí)施例中，多個(gè)中空球形芯部構(gòu)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(gòu)件40的芯部構(gòu)件30。各個(gè)芯部構(gòu)件30和相應(yīng)的外構(gòu)件40可通過(guò)使用本文描述的方法按順序形成，使得最里面的外構(gòu)件40/芯部構(gòu)件30可被一個(gè)或多個(gè)相繼的更大的外構(gòu)件40/芯部構(gòu)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(gè)分流球12，以及多個(gè)筒形塞(未顯示)或多個(gè)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(shí)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(gè)分流球12或多個(gè)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(gòu)造成另一個(gè)物件10，該另一個(gè)物件可用于后續(xù)的井眼操作，而不需要送入第二或后續(xù)的物件10。例如，可使用多個(gè)嵌套的球12以使得當(dāng)在井眼中的特定高度處完井操作時(shí)，可移除最外邊的外構(gòu)件40/芯部構(gòu)件30，并且直徑可被選擇為使得余下的物件10能穿過(guò)球座到達(dá)井眼中更低的高度。當(dāng)然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解相反的布置也能起到作用，使得最外邊的外構(gòu)件40/芯部構(gòu)件30的移除將能使球通過(guò)球座向上移動(dòng)至井眼更接近地表的部分。
[0050]盡管上面描述的布置在包括上面描述的應(yīng)用在內(nèi)的許多應(yīng)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(gòu)件50，第二材料42包括芯部構(gòu)件60，使得，外構(gòu)件50能快速地在井眼流體24中腐蝕以暴露出芯部構(gòu)件60，芯部構(gòu)件具有低得多的腐蝕速率。這樣，復(fù)合井下物件10可包括至少一個(gè)能腐蝕的外構(gòu)件50和至少一個(gè)設(shè)置在外構(gòu)件50中的芯部構(gòu)件60,外構(gòu)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(gòu)件包括第二材料42，第二材料在預(yù)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(gòu)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，用于通過(guò)使用外構(gòu)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，接著暴露于預(yù)定井眼流體24以移除外構(gòu)件50，將芯部構(gòu)件留在特定位置或方位處。
[0051]參照?qǐng)D13，公開(kāi)了如本文描述的一種制造復(fù)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(gè)能腐蝕的芯部構(gòu)件30，所述芯部構(gòu)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(gòu)件30上設(shè)置至少一個(gè)外構(gòu)件40，外構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件30可通過(guò)使用任何合適的形成方法來(lái)進(jìn)行，包括加壓和動(dòng)態(tài)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(jié)的粉末壓坯或前體粉末壓坯100作為能腐蝕的芯部構(gòu)件30。未燒結(jié)的粉末壓坯100(圖18)例如可通過(guò)使用諸如沖壓、鍛造、擠出、等靜壓等各種粉末壓制方法來(lái)形成。通常，用以形成未燒結(jié)的粉末壓坯或前體粉末壓坯100的粉末壓制將在在壓制時(shí)不提供用于加熱粉末顆粒的外部熱源的情況下進(jìn)行，或者，作為替代，通過(guò)在壓制時(shí)將粉末加熱至明顯比選定用于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(huì)有固態(tài)相互擴(kuò)散。未燒結(jié)的粉末壓坯100可形成足以保持能腐蝕的芯部構(gòu)件30的被壓實(shí)的形狀的機(jī)械結(jié)合，例如，在相鄰粉末顆粒的金屬覆層之間形成機(jī)械結(jié)合。未燒結(jié)的粉末壓坯100將通常具有預(yù)定空隙率或密度，所述空隙率或密度的量由與壓制相關(guān)的因素決定，例如壓制壓力、壓制時(shí)間和用于形成壓坯的金屬粉末的性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，未燒結(jié)的粉末壓坯100可通過(guò)壓制包括多個(gè)金屬粉末顆粒的粉末來(lái)形成，各個(gè)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(shè)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并保持粉末壓坯的形狀的機(jī)械結(jié)合，如圖18所示。
[0054]形成步驟310也可包括:形成燒結(jié)的粉末壓坯200作為能腐蝕的芯部構(gòu)件30。燒結(jié)的粉末壓坯200可包括燒結(jié)至基本上獲得粉末壓坯的完全理論密度，以及部分燒結(jié)至獲得低于粉末壓坯的完全理論密度，包括部分燒結(jié)至獲得預(yù)定空隙率或密度。燒結(jié)的粉末壓坯通常以在相鄰粉末顆粒的金屬覆層間相互擴(kuò)散(例如固態(tài)相互擴(kuò)散)為特征，使得在它們之間形成了化學(xué)結(jié)合或金屬結(jié)合。燒結(jié)的粉末壓坯例如可通過(guò)使用諸如沖壓、滾壓、包括動(dòng)態(tài)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(lái)形成。通常，用以形成燒結(jié)粉末壓坯的粉末壓制將結(jié)合在壓制時(shí)提供外部熱源以加熱粉末顆粒來(lái)進(jìn)行，并且可包括在壓制時(shí)將粉末加熱至接近選擇用于金屬覆層的材料的熔化溫度的溫度。在一些實(shí)施例中，這可包括將粉末加熱至剛好低于金屬覆層材料的熔化溫度的溫度，在其它實(shí)施例中，甚至還包括將粉末加熱至稍高于金屬覆層材料的熔化溫度的溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在步驟310中形成燒結(jié)的粉末壓坯和能腐蝕的芯部構(gòu)件30包括:形成大體上連續(xù)的蜂窩式的納米基體，該納米基體包括納米基體材料和結(jié)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(gè)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(jié)合層在散布的顆粒之間在整個(gè)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(guān)的組分密度或密度梯度或其組合可通過(guò)任何適合的方法設(shè)置在能腐蝕的芯部構(gòu)件30和外構(gòu)件40之間。例如，其可與能腐蝕的芯部構(gòu)件30形成為一體，或者可作為外構(gòu)件40設(shè)置在能腐蝕的芯部構(gòu)件30上之前設(shè)置在能腐蝕的芯部構(gòu)件30和外構(gòu)件40之間的單獨(dú)的梯度部分70或構(gòu)件，或者通過(guò)在外構(gòu)件40設(shè)置在能腐蝕的芯部構(gòu)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(gòu)件30上形成。在步驟310中形成能腐蝕的芯部構(gòu)件30可包括:例如，建立第一材料32的、從芯部構(gòu)件30的鄰近外構(gòu)件40的外部部分36朝向芯部構(gòu)件30的遠(yuǎn)離外構(gòu)件40的內(nèi)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(gè)實(shí)施例中，形成步驟310包括:建立第一材料32的從鄰近外構(gòu)件40的外部部分37朝向遠(yuǎn)離外構(gòu)件40的內(nèi)部部分35的組分梯度或密度梯度或其組合，這通過(guò)從內(nèi)部部分37至外部部分35連續(xù)地改變所述組分梯度或密度梯度或其組合來(lái)進(jìn)行，如圖2所示。這例如可通過(guò)在梯度部分70中連續(xù)地改變第一材料32的密度來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刹捎玫谝徊牧?2的粉末的各種形式的噴射成形和熔融來(lái)連續(xù)地改變密度，例如采用激光燒結(jié)前體壓坯100、激光直接沉積或覆置、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(jìn)式激光熔融，連續(xù)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(jié)合以及連續(xù)變化的密度。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一材料32的成分或密度或其組合可從內(nèi)部部分37至外部部分35連續(xù)地變化?？蓪?duì)至少兩種粉末尺寸的第一材料32采用各種形式的噴射成形和熔融來(lái)改變密度或組分或其組合，這通過(guò)使用固定的或可變能量密度或功率密度而連續(xù)地改變所提供的兩種粉末尺寸的值來(lái)進(jìn)行。在又一個(gè)示例性實(shí)施例中，這可通過(guò)改變梯度部分70中第一材料32的組分來(lái)執(zhí)行，這種改變通過(guò)在梯度部分70中的第一材料32中引入連續(xù)改變量的其它材料(例如第二材料42)來(lái)進(jìn)行。例如，重量上的連續(xù)改變量從鄰近外構(gòu)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?yōu)閮?nèi)部部分37中的0%的第二材料42及100%的第一材料32?？刹捎脤?duì)第一材料的粉末和諸如第二材料的其它材料的粉末進(jìn)行各種形式的噴射成形和熔融來(lái)連續(xù)地改變組分，例如，在通過(guò)使用固定的或可變的能量密度或功率密度連續(xù)地改變粉末的比例的同時(shí)采用粉末的激光熔融?？刹捎酶鞣N已知的用于確保被沉積的一種或多種材料均勻覆置的方法，包括在沉積和激光熔融噴射的粉末期間旋轉(zhuǎn)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激光。
[0057]在另一個(gè)實(shí)施例中，形成步驟310包括:建立第一材料32的、從鄰近外構(gòu)件40的外部部分35朝向遠(yuǎn)離外構(gòu)件40的內(nèi)部部分37的組分梯度或密度梯度或其組合，這通過(guò)從內(nèi)部部分37至外部部分35以非連續(xù)的級(jí)或?qū)痈淖兘M分梯度或密度梯度或其組合來(lái)進(jìn)行，如圖3所示。每個(gè)級(jí)中的密度或組分或其組合可通過(guò)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并通過(guò)任何合適的方法來(lái)改變，所述方法例如上面描述的使用激光熔融粉末的方法。在各級(jí)或?qū)又校芏然蚪M分或其組合可不變或可連續(xù)地變化。
[0058]在步驟320中在芯部構(gòu)件30上設(shè)置至少一個(gè)外構(gòu)件40可通過(guò)任何合適的方法來(lái)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟320中在芯部構(gòu)件30上設(shè)置外構(gòu)件40可包括:在芯部構(gòu)件30設(shè)置第二材料42的粉末壓坯。這例如可通過(guò)壓制可用于圍住能腐蝕的芯部構(gòu)件30的一種或多種形式的第二材料42的來(lái)進(jìn)行。例如，如果能腐蝕的芯部構(gòu)件30大體上為球形，夕卜構(gòu)件40可包括兩個(gè)中空半球形粉末壓制坯件40，該坯件的尺寸可使其內(nèi)表面靠著能腐蝕的芯部構(gòu)件的外表面設(shè)置，并且通過(guò)接頭沿著其毗連的周緣結(jié)合，如圖1所示。在另一個(gè)實(shí)施例中，在步驟320中在芯部構(gòu)件30上設(shè)置外構(gòu)件40可包括:在芯部構(gòu)件30上設(shè)置第二材料42層。第二材料42層可通過(guò)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(xué)鍍的鍍覆、濺鍍和其它薄膜沉積技術(shù)、覆置、粉末壓制、熱噴射、或?qū)⒌诙牧?2的粉末激光熔融在能腐蝕的芯部構(gòu)件的外表面或外部部分上、或其組合。
[0059]參照?qǐng)D13，方法300也可選地包括:在步驟330中在外構(gòu)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(yīng)于井眼條件的變化為井眼流體通到芯部構(gòu)件提供入口。在步驟330中在外構(gòu)件上形成入口位置90可通過(guò)任何合適的方法來(lái)執(zhí)行。形成步驟330可與在步驟320中在芯部構(gòu)件30上設(shè)置外構(gòu)件40 —體地執(zhí)行，或者通過(guò)另外的一個(gè)或多個(gè)形成操作來(lái)執(zhí)行。例如，在入口位置90包括第二材料42的局部變薄時(shí),這可通過(guò)芯部構(gòu)件30和/或外構(gòu)件40的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為替代，其可通過(guò)從外構(gòu)件40上化學(xué)地、機(jī)械地或以其它方式移除第二材料42來(lái)執(zhí)行。化學(xué)移除可通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)銑、化學(xué)蝕刻或其它化學(xué)移除方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并可包括使用光刻用掩?；驁D案形成技術(shù)來(lái)限定入口位置90的形態(tài)或形狀，接著通過(guò)蝕刻或其它材料移除技術(shù)適當(dāng)?shù)匾瞥牧弦孕纬扇肟谖恢?。機(jī)械移除可通過(guò)加工、鉆孔、研磨或其它材料移除方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0060]如上面所述的，第一材料32和第二材料42的相反設(shè)置也是可能的，如圖10和圖14總體上所示，并可通過(guò)制造復(fù)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(gè)芯部構(gòu)件60，所述芯部構(gòu)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(gòu)件60上設(shè)置至少一個(gè)能腐蝕的外構(gòu)件50，所述外構(gòu)件包括在預(yù)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(gòu)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(jié)構(gòu)中，可通過(guò)任何合適的方法來(lái)形成第二材料42的芯部構(gòu)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(gòu)件50可包括:建立第一材料32的、從鄰近芯部構(gòu)件60的內(nèi)部部分37朝向遠(yuǎn)離芯部構(gòu)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(gòu)件60的內(nèi)部部分37朝向遠(yuǎn)離芯部構(gòu)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(nèi)部部分37至外部部分35連續(xù)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(jié)合，建立第一材料32的、從鄰近芯部構(gòu)件60的內(nèi)部部分37朝向遠(yuǎn)離芯部構(gòu)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(nèi)部部分37至外部部分35以非連續(xù)的級(jí)或?qū)痈淖兘M分梯度或密度梯度或其組合。在每個(gè)級(jí)中，組分梯度或密度梯度可不變，或者可連續(xù)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(gè)實(shí)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(gòu)件50中從鄰近芯部構(gòu)件的內(nèi)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(gòu)件60的第二材料42，類似于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(gè)實(shí)施例中，在步驟420中在芯部構(gòu)件30上設(shè)置能腐蝕的外構(gòu)件50包括:在芯部構(gòu)件60上設(shè)置第一材料32的粉末壓還。第一材料32的粉末壓還可通過(guò)使用本文披露的任何粉末應(yīng)用或壓制方法直接形成在芯部構(gòu)件60上，或替代地，可單獨(dú)地作為一個(gè)單一件或多個(gè)件形成，并通過(guò)任何合適的沉積方法設(shè)置在芯部構(gòu)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(gè)示例性實(shí)施例中，公開(kāi)了使用復(fù)合井下物件的方法500，如圖15所示。方法500包括:在步驟510中形成復(fù)合井下物件，該井下物件包括第一構(gòu)件30、50和能腐蝕的第二構(gòu)件40、60，第一構(gòu)件包括在預(yù)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(gòu)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(gòu)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可包括或采用:例如，制造復(fù)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(lái)執(zhí)行第一井眼操作；在步驟530中將物件暴露在預(yù)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(gòu)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，尤其是各種鉆井工具和組件。
[0064]在一個(gè)實(shí)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(lái)執(zhí)行預(yù)定井眼操作包括結(jié)合壓裂、完井或生產(chǎn)操作完全或部分關(guān)閉孔。井下物件10具有外構(gòu)件40，外構(gòu)件包括第二材料42的薄層或覆層，其足以關(guān)閉要關(guān)的孔，并耐受預(yù)定的井眼流體24 —段足以執(zhí)行預(yù)定的井眼操作(例如壓裂地層)的時(shí)間。可選擇外構(gòu)件40和預(yù)定井眼流體24，使得例如經(jīng)過(guò)了足以執(zhí)行預(yù)定井眼操作的時(shí)間的條件出現(xiàn)時(shí)，預(yù)定井眼流體24已經(jīng)溶解了外構(gòu)件40，以足以進(jìn)入芯部構(gòu)件30，從而芯部構(gòu)件30快速地被預(yù)定井眼流體24腐蝕，使得外構(gòu)件的任何余下的部分將被破環(huán)或分解，因此而移除了分流球12、塞16或盤20并打開(kāi)了孔。也可以以任意組合的方式使用其它井眼條件，包括對(duì)井眼流體加溫和/或加壓、加入其它物質(zhì)，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(jìn)其腐蝕，從而為流體流到第一材料32提供入□。
[0065]在另一個(gè)實(shí)施例中，井下物件10可包括管狀段23，管狀段23可用于形成井眼的套管的一部分，其具有一個(gè)或多個(gè)管狀壁部分，管狀壁部分包括結(jié)構(gòu)25,該結(jié)構(gòu)包括芯部構(gòu)件30和外構(gòu)件40以限定諸如通孔91或開(kāi)口、盲孔93或盲口、管道、通道、槽95、凸肋97、肩部99或其它結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在步驟520中使用物件10來(lái)執(zhí)行預(yù)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作為用于流體的管道、鋼絲繩、線纜、工具、組件或其它穿過(guò)管狀段的井眼物件，以用于與壓裂、完井或生產(chǎn)操作相關(guān)聯(lián)的各種目的?？蛇x擇外構(gòu)件40和井眼流體24，使得當(dāng)例如經(jīng)過(guò)了足以執(zhí)行預(yù)定井眼操作的時(shí)間的條件出現(xiàn)時(shí)，預(yù)定井眼流體就溶解外構(gòu)件40，以足以能進(jìn)入芯部構(gòu)件30，從而芯部構(gòu)件30快速地被井眼流體24腐蝕，使得外構(gòu)件的任何余下的部分被破壞或分解，從而將限定在管狀段中的結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)。這例如可用于類似于穿孔操作創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)穿過(guò)管狀段23的開(kāi)口，或者用于打開(kāi)管道，例如可用于包括壓裂操作在內(nèi)的許多完井或生產(chǎn)操作?？刹捎脤⒓绮?5或凸肋97暴露在內(nèi)表面上，以便例如為套筒、球或塞提供座。
[0066]在又一個(gè)實(shí)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并用作套筒22或座，所述座包括球座14或塞座18，中空筒的一個(gè)或多個(gè)部分包括本文公開(kāi)的芯部構(gòu)件30和外構(gòu)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(dòng)套筒，例如用于隱藏或顯露套管中開(kāi)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(kāi)或關(guān)閉井眼以用于與壓裂、完井或生產(chǎn)操作相關(guān)聯(lián)的各種目的。可選擇外構(gòu)件40和預(yù)定井眼流體24，使得當(dāng)出現(xiàn)例如經(jīng)過(guò)了足以執(zhí)行預(yù)定井眼操作的時(shí)間的條件時(shí)，預(yù)定井眼流體24已經(jīng)溶解了外構(gòu)件40，以足以進(jìn)入芯部構(gòu)件30，因而芯部構(gòu)件30快速地被井眼流體24腐蝕，使得外構(gòu)件40的任何余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中將物件暴露于預(yù)定的井眼流24可包括:將物件10暴露于適合于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(yù)定井眼流體24。在一個(gè)實(shí)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(guò)第二材料42到達(dá)梯度部分70的時(shí)間，其中，梯度部分70中的第一材料32開(kāi)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(jī)酸或無(wú)機(jī)酸的酸，或其組合。在另一個(gè)實(shí)施例中，在步驟530中將井下物件10暴露于井眼流體24包括:響應(yīng)于井眼條件而打開(kāi)第二構(gòu)件40中的入口位置90，以允許井眼流體進(jìn)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(gòu)件30，使得井下物件10通過(guò)預(yù)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(gòu)件30以改變物件10的形狀或尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)物件10包括多個(gè)嵌套的物件(例如多個(gè)嵌套球12)時(shí)，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，余下的部分可穿過(guò)座至井眼的另一個(gè)部分，更加接近或更加遠(yuǎn)離地表以固定在另一個(gè)座中。選擇性地腐蝕步驟540可重復(fù)進(jìn)行，以便相繼地移除嵌套物件10并減小所述尺寸，例如減小球12的直徑，使得余下部分逐漸地運(yùn)動(dòng)通過(guò)球座到達(dá)井眼的另一個(gè)部分，更加接近或更加遠(yuǎn)離地表以固定在另一個(gè)底座中。
[0069]盡管描述了優(yōu)選實(shí)施例，但在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可對(duì)這些實(shí)施例做出修改和替換。相應(yīng)地，應(yīng)理解，本發(fā)明的描述是示例性的，無(wú)任何限制作用。
【權(quán)利要求】
1.一種制造復(fù)合井下物件的方法，包括: 形成至少一個(gè)能腐蝕的芯部構(gòu)件，所述芯部構(gòu)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(gòu)件上設(shè)置至少一個(gè)外構(gòu)件，所述外構(gòu)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(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成能腐蝕的芯部構(gòu)件包括形成未燒結(jié)的粉末壓坯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，形成未燒結(jié)的粉末壓坯包括:壓制包括多個(gè)金屬粉末顆粒的粉末，每個(gè)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(shè)置在所述顆粒芯上，其中，壓制導(dǎo)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(jī)械結(jié)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成能腐蝕的芯部構(gòu)件包括形成燒結(jié)的粉末壓坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，形成燒結(jié)的粉末壓坯包括:形成大體上連續(xù)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(gè)散布的顆粒和結(jié)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(gè)散布的顆粒散布在蜂窩式的納米基體中，所述結(jié)合層在整個(gè)納米基體中在所述散布的顆粒之間延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成能腐蝕的芯部構(gòu)件包括:建立第一材料的、從靠近所述外構(gòu)件的外部部分朝向遠(yuǎn)離所述外構(gòu)件的內(nèi)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(jù)權(quán)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(gòu)件的外部部分朝向遠(yuǎn)離所述外構(gòu)件的內(nèi)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(nèi)部部分到所述外部部分連續(xù)地變化。
8.根據(jù)權(quán)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(gòu)件的外部部分朝向遠(yuǎn)離所述外構(gòu)件的內(nèi)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(nèi)部部分到所述外部部分以非連續(xù)的梯級(jí)變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括:在能腐蝕的芯部構(gòu)件中建立第二材料的、從靠近所述外構(gòu)件的外部部分朝向所述內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述芯部構(gòu)件上設(shè)置外構(gòu)件包括:在所述芯部構(gòu)件上設(shè)置第二材料的粉末壓坯。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述芯部構(gòu)件上設(shè)置外構(gòu)件包括:在所述芯部構(gòu)件上沉積第二材料層。
12.根據(jù)權(quán)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、熱噴或激光熔融、或其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述芯部構(gòu)件上設(shè)置外構(gòu)件還包括:在所述第二構(gòu)件上形成入口，所述入口位置被配置成響應(yīng)于井眼條件變化為井眼流體通到所述芯部構(gòu)件提供入口。
14.一種制造復(fù)合井下物件的方法，所述方法包括: 形成至少一個(gè)芯部構(gòu)件，所述芯部構(gòu)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(gòu)件上設(shè)置至少一個(gè)能腐蝕的外構(gòu)件，所述外構(gòu)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(gòu)件具有復(fù)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(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述能腐蝕的芯部構(gòu)件包括建立第二材料的、從靠近所述芯部構(gòu)件的內(nèi)部部分朝向遠(yuǎn)離所述芯部構(gòu)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(jù)權(quán)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(gòu)件的內(nèi)部部分朝向遠(yuǎn)離所述芯部構(gòu)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(nèi)部部分到所述外部部分連續(xù)地變化。
17.根據(jù)權(quán)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(gòu)件的內(nèi)部部分朝向遠(yuǎn)離所述芯部構(gòu)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(nèi)部部分到所述外部部分以非連續(xù)的梯級(jí)變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括:在能腐蝕的外構(gòu)件中建立第一材料的、從靠近所述芯部構(gòu)件的內(nèi)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(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在所述芯部構(gòu)件上設(shè)置外部構(gòu)件包括:在所述芯部構(gòu)件上設(shè)置所述第一材料的粉末壓坯。
20.一種使用復(fù)合井下物件的方法，所述方法包括: 形成包括第一構(gòu)件和能腐蝕的第二構(gòu)件的復(fù)合井下物件，所述第一構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(zhí)行第一井眼操作； 將所述物件暴露于所述井眼流體； 選擇性地腐蝕所述能腐蝕的第二構(gòu)件。
21.根據(jù)權(quán)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(chǎn)期間關(guān)閉孔。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，將所述物件暴露于所述井眼流體包括:將所述物件暴露在水、鹽水、或酸、或其組合中。
23.根據(jù)權(quán)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(gòu)件。
24.根據(jù)權(quán)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(gòu)件。
25.根據(jù)權(quán)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(gòu)件包括移除能腐蝕的第二構(gòu)件的層。
26.根據(jù)權(quán)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(gòu)件包括:移除所述構(gòu)件的可移除的部分以提供剩余部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述剩余部分的形狀與所述能腐蝕的第二構(gòu)件的形狀不同。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，將所述物件暴露于井眼流體包括:打開(kāi)所述第一構(gòu)件中的開(kāi)口位置，以允許所述井眼流體進(jìn)入所述能腐蝕的第 二構(gòu)件。
【文檔編號(hào)】E21B21/08GK103502563SQ201280020571
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】徐志躍, M·約翰遜 申請(qǐng)人:貝克休斯公司