CN112708813B

CN112708813B - 一种油气开采工具用可溶镁合金材料及其制备方法

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Publication number: CN112708813B
Application number: CN202011436228.7A
Authority: CN
Inventors: 李宏祥; 刘耀鸿; 王健; 张济山
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Hunan Baohuifeng New Material Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112708813A

Abstract

本发明公开一种油气开采工具用可溶镁合金材料及其制备方法。以Ni和Cu作为主元素，形成Mg‑Ni‑Cu系合金，通过调控Mg‑Ni‑Cu系合金元素类型与含量形成含不同第二相的可溶镁合金，使基体与第二相的电位差发生变化，从而加快合金溶解。Mg‑Ni‑Cu系合金在50℃的0.05％KCl溶液中腐蚀速率为3～35mg·cm^‑2·h^‑1，在25℃和93℃的3％KCl溶液中腐蚀速率分别为8～30mg·cm^‑2·h^‑1和130～285mg·cm^‑2·h^‑1。本发明制备的可溶Mg‑Ni‑Cu系合金具有工艺简单、成本低、溶解速率快等优点，可满足不同油气开采工具的溶解要求。此外，通过调控热处理制度和变形工艺，可进一步提高力学性能，从而获得优异的综合性能。本发明的Mg‑Ni‑Cu系可溶镁合金在油气开采领域具有广阔的应用前景。

Description

一种油气开采工具用可溶镁合金材料及其制备方法

发明领域

本发明涉及一种油气开采工具用可溶镁合金材料及其制备方法，所述的可溶镁合金具有工艺简单，成本低，力学和腐蚀综合性能优异等优点。

背景技术

近些年，随着非常规油气田勘探方面取得重要发现，低渗透油气田的开采逐步受到重视，这些油田大多数分布在不同深度的地层中。目前低渗透油气田开采常用的技术有注水、压裂等。水平井分段压裂技术是改善低渗透油气、增加油气井产量的一个重要手段。

井下工具(如压裂球、桥塞等)是油气开采的重要组成部分。大多数井下工具材料使用钢和复合材料。钢不能溶解或溶解速率太慢而不利于返排作业。复合材料容易挤碎变脆，其抗压强度不能满足所需的性能要求，并且在某些情况下，某些含有纤维或聚合物的复合材料可能会阻塞石油钻探的通道。严重时必须再次进行钻井，这将带来成本的增加。

因此，研究和开发油井下用可溶工具材料十分必要，比如可溶解压裂桥塞和压裂球等，其优点是压裂作业完成后工具在一定时间内将完全溶解，无需二次钻井，可以极大提高油气的开采效率。

镁合金具有低的密度(1.8g/cm³)和腐蚀电位(25℃，-2.37V)，高比强度和比刚度等优点，使其成为了可溶工具的优选材料。例如采用可溶镁合金材料制备滑套内部球座，在表面涂抹缓蚀材料。在压裂过程中，缓蚀材料首先被压裂砂磨损，随后球座与注入的压裂液(一般由前置液、携砂液和顶替液组成)反应。当压裂工作完成后，球座可在返排液作用下自行溶解，避免了后期钻除，降低成本。

CN 106536773 A专利中镁电子有限公司的蒂莫西·威尔克斯等提供了在93℃、15％KCl下至少达到50mg/cm²/day腐蚀速率的镁合金，并给出合金在不同环境下的腐蚀速率和机械性能(主要指屈服强度、抗拉强度和伸长率)。而不同油气田所处环境不同，如3％KCl、清水(0.05％KCl)等，并且所处温度不同，合金所得性能要求也不同，这些都应当考虑。

CN107002475 A专利中Baker Hughes公司公开了一种锚固装置方法，所述方法包括：为可降解基板提供第一硬度以及向所述可降解基板的所述外延部应用粒状抓持材料，其中所述粒状抓持材料具有比所述第一硬度更大的第二硬度。所述的可降解基板主要为镁合金，包括镁硅合金、镁铝合金、镁铝锌合金、镁铝锰合金等二元或三元镁合金。尽管发明人张智慧等人提供了合金的元素组成，但对于合金的具体成分与工艺制备方法并未提及，而且合金材料的力学性能和腐蚀速率并未给出。

Gaurav Agrawal在专利US 2011/0132619 A1中，以Baker Hughes公司名义申请了可溶工具与方法的专利，专利中的可溶解工具通过金属粉末制备成型，包括连续蜂窝纳米基体、分散在蜂窝纳米基体中的颗粒材料和固态键层延伸分布于纳米基体中。其中，所述的颗粒材料主要包括Mg-Zn，Mg-Al，Mg-Mn，Mg-Zn-Y，Mg-Al-Si或Mg-Al-Zn，所述纳米基体材料主要包括Al，Zn，Mn，Mg，Mo，W，Cu，Fe，Si，Ca，Co，Ta，Re或Ni或其氧化物，碳化物或氮化物，或前述材料中任一项的组合。在粉末进行冶金结合时，需要的条件比较苛刻，如需要施加一定的压力和温度。这种粉末冶金方法问题在于产品成本提高，工艺过程更为复杂且不适用于大尺寸井下工具的生产，如可溶压裂桥塞。

W.Lynn Frazier公开了一种由可溶解铝/镁合金和聚合酸制备成的井下工具(专利US 10,352,125 B2)，专利中涉及的井下工具包括卡瓦、心轴等部件。在一个实施例中，由Al与Mg，Si，Cu，Li或Mn，Zn，In金属元素形成铝合金，此类元素可以提高合金的强度，或增加井下溶解速率，但非未涉及合金中元素的含量以及具体合金成分，也无法获知合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率等指标，无法与实际工况的要求进行比较。

因此，考虑到油气开采工具用可溶镁合金材料的成分与工艺需求，设计的可溶解镁合金不仅需要控制腐蚀速率以满足某些特定井下工具的需求，而且还必须具有一定的力学性能。

发明内容

本发明主要涉及一种可溶镁合金材料及其制备方法，主要应用于油气开采用可溶工具，但并非完全限制于油气井工具的制备与使用，也可以用于其他的领域。

本发明涉及一种油气开采工具用可溶镁合金材料，其特征在于：合金的屈服强度为140～270MPa，抗拉强度为220～305MPa，延伸率为1～14％。在50℃的0.05％KCl溶液中腐蚀速率为3～35mg·cm^-2·h^-1，25℃和93℃的3％KCl溶液中腐蚀速率分别为8～30mg·cm^-2·h^-1和130～285mg·cm^-2·h^-1。

进一步地，所述的可溶镁合金，以Ni和Cu作为主元素，形成Mg-Ni-Cu系三元合金；

Ni：1.5～10.0wt.％，Cu：1.5～10.0wt.％，余量为Mg；

在Mg-Ni-Cu系三元合金中形成Mg₂Ni和Mg₂Cu的双相组织，共同促进合金的腐蚀。

进一步地，所述的可溶镁合金，以Ni和Cu作为主元素，形成Mg-Ni-Cu系三元合金，更优选的合金成分为：

Ni：2.0～6.0wt.％，Cu：2.0～6.0wt.％，余量为Mg。

进一步地，所述的可溶镁合金，以Ni和Cu作为主元素，在Mg-Ni-Cu系合金中添加M元素形成Mg-Ni-Cu-M系四元合金；

Ni：1.5～10.0wt.％，Cu：1.5～10.0wt.％；

其他元素为Ag，Ca，Sn，Si，Sr元素中的一种，其中Ag：0.1～5.0wt.％，Ca：0.1～5.0wt.％，Sn：0.1～5.0wt.％，Si：0.1～5.0wt.％，Sr：0.1～5.0wt.％；

余量为Mg，Ni和Cu的含量大于M所代表的元素含量；

当M元素为Ag时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₄Ag相；当M元素为Ca时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₂Ca相；当M为元素Sn时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₂Sn相；当M为元素Si时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₂Si相；当M为元素Sr时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₁₇Sr₁₂相。Mg-Ni-Cu系合金中添加M元素形成的不同第二相均能有效阻碍位错运动，产生强化作用。

进一步地，所述的可溶镁合金，以Ni和Cu作为主元素，在Mg-Ni-Cu系合金中添加M元素形成Mg-Ni-Cu-M系四元合金，更优选的合金成分为：

Ni：1.5～6.0wt.％；Cu：1.5～6.0wt.％；

M元素为Ag，Ca，Sn，Si，Sr元素中的一种，其中Ag：0.5～4.0wt.％，Ca：0.5～2.5wt.％，Sn：0.5～2.0wt.％，Si：0.5～4.0wt.％，Sr：0.5～4.0wt.％；

余量为Mg，Ni和Cu的含量大于M所代表的元素含量。

进一步地，所述的可溶镁合金，以Ni和Cu作为主元素，在Mg-Ni-Cu系基础上添加H和I元素形成Mg-Ni-Cu-M-N系五元合金；

Ni：2.0～10.0wt.％；Cu：2.0～10.0wt.％；

H为Gd，Y元素中的一种，其中Gd：0.5～9.0wt.％，Y：0.5～6.0wt.％；

I为Zn，Mn，Zr元素中的一种，其中Zn：0.1～1.0wt.％，Mn：0.1～1.0wt.％，Zr：0.01～0.2wt.％；

余量为Mg，Ni和Cu的含量均高于H和I所代表的元素含量；

含Zn的Mg-Ni-Cu系五元合金中形成不同形貌和组成的LPSO相(Mg-Ni/Cu-Gd/Y和Mg-Ni/Cu-Zn)，对Mg-Ni-Cu系合金的腐蚀和力学性能共同起作用；含Mn和Zr的Mg-Ni-Cu系五元合金能细化晶粒，提高力学强度。

进一步地，所述的可溶镁合金，以Ni和Cu作为主元素，在Mg-Ni-Cu系基础上添加H和I元素形成Mg-Ni-Cu-M-N系五元合金，更优选的合金成分为：

Ni：2.0～6.0wt.％；Cu：2.0～6.0wt.％；

M为Gd，Y元素中的一种，其中Gd：1.0～4.0wt.％，Y：1.0～4.0wt.％；

N为Zn，Mn，Zr元素中的一种，其中Zn：0.5～1.0wt.％，Mn：0.5～1.0wt.％，Zr：0.1～0.2wt.％；

余量为Mg，Ni和Cu的含量均高于M和N所代表的元素含量。

在传统镁合金中，Ni和Cu作为有害元素，会损害合金的腐蚀性能，并且含量越高，腐蚀性能下降越明显。为满足油井开采所需高腐蚀速率要求，以Ni和Cu为主元素，形成Mg-Ni-Cu系合金，该系合金中含有Mg₂Ni和Mg₂Cu双相组织，两者对合金的腐蚀性能影响效果叠加，共同发挥作用。

在可溶工具的实际服役过程中，除腐蚀性能外，合金力学性能也是一个重要指标，合金化是改善镁合金性能的有效办法之一。

Ag在镁合金中的固溶度较大，会产生固溶和时效强化效果，在Mg-Ni-Cu中加入Ag时，形成Mg₄Ag相。在固溶和挤压变形后，Mg₄Ag第二相挤碎在变形过程中能阻碍位错运动，提高合金力学强度，同时Ag的添加起到促进腐蚀的作用，加快腐蚀的发生。

由于镁合金为密排六方结构，基面滑移系少，Ca的添加能弱化织构，从而改善镁合金的塑性成型能力，改善塑性，同时Mg-Ni-Cu系合金中形成的Mg₂Ca相在晶界处析出，促进动态再结晶过程，从而达到细化晶粒的作用。

Sn能降低镁合金锥面的临界分切应力，提高镁合金成型能力，并且降低变形过程中的开裂倾向。向Mg-Ni-Cu系合金中加入Sn形成Mg₂Sn相，分布于晶内和晶界，是一种有效的强化相。

在传统镁合金中Si同样作为杂质元素，在Mg-Ni-Cu系合金中加入Si，形成的Mg₂Si相也可以促进腐蚀的发生，同时能提高合金的铸造性能。

Sr在镁合金中具有较低的固溶度，在Mg-Ni-Cu系合金熔炼过程中，Sr能抑制晶粒的长大，从而达到较强的晶粒细化作用。

向Mg-Ni-Cu系合金中添加稀土元素Gd、Y，不仅能细化晶粒，同时起到固溶强化的作用，提高合金力学性能。当镁合金存在Ni，Cu和稀土时，会形成LPSO相，如Mg、Ni、Y三者形成14H-LPSO，对合金的强化起到重要作用。

Zn在镁合金中起到固溶强化作用，对合金的强度提高具有重要意义。含Zn和RE的Mg-Ni-Cu系五元合金中形成不同形貌和组成的LPSO相(Mg-Ni/Cu-Gd/Y和Mg-Ni/Cu-Zn)，对Mg-Ni-Cu系合金的腐蚀和力学性能共同起作用。

Mn元素具有一定的细化晶粒作用，可在一定程度上提高Mg-Ni-Cu系合金的强度。

Zr添加到镁合金中具有明显的晶粒细化效果。根据Hall-Petch关系可知，晶粒细化能有效提高合金的强度和延伸率。但当Zr含量超过0.2wt.％时，Ni和Zr会形成沉淀相，从而损害Mg-Ni-Cu系合金的力学性能。

如上所述可溶镁合金的制备方法为以下2种中的任意1种：

工艺A：重力铸造→固溶处理后水冷→挤压前预热→热挤压变形；

工艺B：重力铸造→固溶处理后水冷→挤压前预热→热挤压变形→时效。

所述的工艺为，在SF₆和CO₂气体的保护下，在700～720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌，升温至750～760℃保温15～20分钟，然后重力浇注到模具中，获得所需铸锭；固溶处理温度为350～520℃，时间为8～24h，固溶处理后在室温下立即放入自来水中冷却。挤压前样品、挤压模具、挤压筒的预热温度与挤压温度一致，样品预热时间为1.5～2.0h，挤压模具和挤压筒预热时间为4～6h，挤压温度为350～480℃，挤压比为7:1～22.5:1，挤压后棒材立即放入自来水中冷却。

进一步地，所述工艺B只是在工艺A的基础上加上时效处理，时效温度为175～200℃，时效时间为20～60h，时效后棒材立即放入自来水中冷却。

本发明不限于此工艺路线，也可以通过其他不同工艺方案获得相等的性能。

本发明采用失重法对合金的腐蚀速率进行评价，在一定时间(优选0.5，1，2，4，6，8h等)内，合金腐蚀前的质量(mg)与腐蚀后的质量(mg)之差比上合金的表面积与时间的乘积，单位为mg·cm^-2·h^-1。

与现有技术对比，本发明具有以下有益效果：

1)在传统镁合金中，Ni和Cu作为杂质元素，严格限制其含量。为满足油气开采工具所需的高腐蚀速率，本发明通过引入Ni、Cu作为主合金元素，形成Mg-Ni-Cu系合金，合金中含Mg₂Ni和Mg₂Cu第二相，通过对Ni和Cu含量的调整，控制第二相的数量、形貌、尺寸，进而对Mg-Ni-Cu系合金的腐蚀速率进行控制。

2)在Mg-Ni-Cu系合金基础上，添加其他不同元素，如Ca，Si等，形成Mg-Ni-Cu系四元合金，合金中除形成Mg₂Ni和Mg₂Cu双相外，还形成Mg₂Ca、Mg₂Si等第二相，这些相能有效阻碍位错运动，提高合金的力学性能，获得综合性能优异的Mg-Ni-Cu系可溶镁合金。

3)在Mg-Ni-Cu系合金中添加稀土元素，能形成不同形貌和结构的LPSO相(14H-LPSO或18R-LPSO)，其对Mg-Ni-Cu系合金能起到固溶强化的作用，并且在此基础上，添加Zn、Zr等，含Zn的Mg-Ni-Cu系合金中形成不同形貌和组成的LPSO相(Mg-Ni/Cu-Gd/Y和Mg-Ni/Cu-Zn)，对Mg-Ni-Cu系合金的腐蚀和力学性能共同起作用；添加Zr能使Mg-Ni-Cu系合金晶粒细化，提高力学强度。

4)通过热处理和变形工艺获得可溶镁合金材料，其工艺简单，成本低，效率高，不仅能改善合金中组织结构和第二相的分布、大小、形貌等，同时也通过变形工艺细化晶粒，改善Mg-Ni-Cu系合金的力学和腐蚀性能。

5)采用传统的铸造、热变形工艺等，可用于制备大尺寸井下可溶工具，如可溶桥塞等。

6)通过合金化元素的添加，改变基底与第二相之间的电位差，从而调控合金的腐蚀速率，满足井下工况的使用要求。

7)本发明的可溶镁合金，在KCl溶液中能完全溶解，形成的腐蚀产物在井下作业后随返排液排出，不产生卡堵。

8)通过调控热处理制度和挤压比、挤压温度等参数，合金内组织均匀，晶粒细小，从而有效提高合金的力学性能。通过本发明的合金设计与工艺调控，获得力学和腐蚀综合性能优异的可溶镁合金材料。

本发明中涉及的术语“腐蚀性能”，与腐蚀速率、腐蚀速度、腐蚀行为等词语具有相同的意思。

发明的可溶镁合金主要用于油气开采工具，经过处理和加工可以获得所需的工具组件，同时获得压裂工具所需的力学和腐蚀性能。

所述开采工具优选压裂球、球座、封隔器等，更优选为压裂球。

附图说明

下面通过附图对所涉及的发明做进一步的描述，附图如下：

图1为实施例1合金固溶后的扫描照片。

图2为实施例1合金固溶后的扫描放大照片。

图3为实施例4中Mg-6Ni-5Cu-2.5Ag合金的铸态显微组织图。

图4为实施例4中Mg-6Ni-5Cu-2.5Ag合金经过450℃×12h固溶处理后的显微组织图。

具体实施方式

实施例1。

在SF₆和CO₂气体的保护下，在710～720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至755～760℃保温15分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-6Ni-5Cu-2Ca(wt.％)的铸锭。对铸锭进行450℃×12h的固溶处理，固溶合金在420℃下挤压，挤压比为22.5，最终获得挤压棒材。

为模拟石油开采不同环境，研究室温(25℃)与93℃，3％KCl条件和0.05％KCl，50℃下合金的腐蚀速度，测试腐蚀速率的方法为失重法。力学性能测试按照国标进行，应变速率为10^-3/s。

合金Mg-6Ni-5Cu-2Ca的力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例2。

在SF₆和CO₂气体的保护下，在700～710℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～755℃保温18分钟，然后浇注到模具中，最终获得可溶镁合金成分为Mg-4Ni-5Cu-2Y-0.5Mn(wt.％)的铸锭。对铸锭进行520℃×12h热处理，固溶合金在480℃下热挤压变形，挤压比为7，对挤压合金进行250℃×15h的时效，获得时效棒材。

腐蚀速率和力学性能测试方法与实施例1相同。

合金Mg-4Ni-5Cu-2Y-0.5Mn力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例3。

在SF₆和CO₂气体的保护下，在715～720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～760℃保温16分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-1.5Ni-4Cu-1Sn(wt.％)的铸锭。对铸锭进行480℃×24h的固溶处理，固溶合金在430℃下挤压，挤压比为15.6，最终获得挤压棒材。

腐蚀速率和力学性能测试方法与实施例1相同。

合金Mg-1.5Ni-4Cu-1Sn的力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例4。

在SF₆和CO₂气体的保护下，在700～710℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～760℃保温15分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-6Ni-5Cu-2.5Ag(wt.％)的铸锭。对铸锭进行450℃×12h的固溶处理，对固溶合金进行挤压，温度为370℃，挤压比为22.5，最终获得挤压棒材。

腐蚀速率和力学性能的测试方法跟实施例1相同。

合金Mg-6Ni-5Cu-2.5Ag的力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例5。

在SF₆和CO₂气体的保护下，在700～710℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～760℃保温20分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-5Ni-3Cu-1Si(wt.％)的铸锭。对铸锭进行465℃×12h的固溶处理，固溶合金在440℃下挤压，挤压比为15.6，最终获得挤压棒材。

腐蚀速率和力学性能的测试方法跟实施例1相同。

合金Mg-5Ni-3Cu-1Si的力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例6

在SF₆和CO₂气体的保护下，在700～720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～760℃保温15～20分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-5Ni-3.5Cu(wt.％)的铸锭。对铸锭进行450℃×12h的固溶处理，固溶合金在420℃下挤压，挤压比为22.5，最终获得挤压棒材。

腐蚀速率和力学性能的测试方法跟实施例1相同。

合金Mg-5Ni-3.5Cu的力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例7

在SF₆和CO₂气体的保护下，在700～710℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～760℃保温15分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-3Ni-2Cu-2Gd-0.2Zr(wt.％)的铸锭。对铸锭进行500℃×20h的固溶处理。对热挤压温度为460℃，挤压比为16.7，获得挤压棒材。

腐蚀速率和力学性能的测试方法跟实施例1相同。

合金Mg-3Ni-2Cu-2Gd-0.2Zr力学性能和腐蚀性能如表1所示。

实施例8

在SF₆和CO₂气体的保护下，在705～715℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌处理，升温至750～760℃保温20分钟，然后浇注到模具中，获得可溶镁合金成分为Mg-3Ni-3Cu-1Gd-0.5Zn(wt.％)的铸锭。对铸锭进行500℃×12h的固溶处理，固溶合金在480℃下挤压，挤压比为7，对挤压合金进行150℃×60h的时效，最终获得时效棒材。

腐蚀速率和力学性能的测试方法跟实施例1相同。

合金Mg-3Ni-3Cu-1Gd-0.5Zn力学性能和腐蚀性能如表1所示。

表1为实施例中所有合金的力学性能和腐蚀性能。

本发明涉及的所有实施例表明，以Ni和Cu作为主元素时，Mg-Ni-Cu系合金具有优异的腐蚀性能。在保持所需的腐蚀速率的前提下，向Mg-Ni-Cu系合金中添加一些其他元素，借助热处理和变形工艺，实现Mg-Ni-Cu系合金力学性能和腐蚀性能间关系的协调。

在图1、图2中均由α-Mg基体相、Mg₂Ni、Mg₂Cu和其他元素构成的第二相组成。更普遍的是，其他实施例的合金亦是如此。

不同实施例中第二相组成、形貌、大小、分布不同，α-Mg基体和第二相的电位不同，产生的电位差有所区别，最终获得不同的腐蚀速率。经过热处理和变形后，对合金位错运动阻碍的能力不同，从而获得不同的力学性能。

Claims

1.一种油气开采工具用可溶镁合金材料，其特征在于：合金的屈服强度为140~270MPa，抗拉强度为220~305MPa，延伸率为1~14%；合金在50℃的0.05%KCl溶液中腐蚀速率为3~35mg·cm^-2·h^-1，25℃和93℃的3%KCl溶液中腐蚀速率分别为8~30 mg·cm^-2·h^-1和130~285mg·cm^-2·h^-1；

所述的油气开采工具用可溶镁合金材料以Ni和Cu作为主元素，形成Mg-Ni-Cu系三元合金；

Ni：1.5~10.0 wt.%，Cu：1.5~10.0 wt.%，余量为Mg；

在Mg-Ni-Cu系三元合金中形成Mg₂Ni和Mg₂Cu的双相组织，共同促进合金的腐蚀；

所述的油气开采工具用可溶镁合金材料制备方法为以下2种的任意1种：

工艺B：重力铸造→固溶处理后水冷→挤压前预热→热挤压变形→时效；

所述的工艺A为，在SF₆和CO₂气体的保护下，在700~720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌，升温至750~760℃保温15~20分钟，然后重力浇注到模具中，获得所需铸锭；固溶处理温度为350~520℃，时间为8~24 h，固溶处理后在室温下立即放入自来水中冷却；挤压前样品、挤压模具、挤压筒的预热温度与挤压温度一致，样品预热时间为1.5~2.0h，挤压模具和挤压筒预热时间为4~6h，挤压温度为350~480℃，挤压比为7:1~22.5:1，挤压后棒材立即放入自来水中冷却；

所述的工艺B为，在SF₆和CO₂气体的保护下，在700~720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌，升温至750~760℃保温15~20分钟，然后重力浇注到模具中，获得所需铸锭；固溶处理温度为350~520℃，时间为8~24 h，固溶处理后在室温下立即放入自来水中冷却；挤压前样品、挤压模具、挤压筒的预热温度与挤压温度一致，样品预热时间为1.5~2.0h，挤压模具和挤压筒预热时间为4~6h，挤压温度为350~480℃，挤压比为7:1~22.5:1，挤压后棒材立即放入自来水中冷却；时效温度为175~200℃，时效时间为20~60 h，时效后棒材立即放入自来水中冷却。

2.如权利要求1所述的可溶镁合金材料，其特征在于，以Ni和Cu作为主元素，形成Mg-Ni-Cu系三元合金，所述合金成分是：

Ni：2.0~6.0 wt.%，Cu：2.0~6.0 wt.%，余量为Mg。

3.如权利要求1所述的油气开采工具用可溶镁合金材料，其特征在于，以Ni和Cu作为主元素，在Mg-Ni-Cu系合金中添加M元素形成Mg-Ni-Cu-M系四元合金；

Ni：1.5~10.0 wt.%，Cu：1.5~10.0 wt.%；

M元素为Ag，Ca，Sn，Si，Sr元素中的一种，其中Ag：0.1~5.0wt.%，Ca：0.1~5.0wt.%，Sn：0.1~5.0wt.%，Si：0.1~5.0wt.%，Sr：0.1~5.0wt.%；

余量为Mg，Ni和Cu的含量大于M所代表的元素含量；

当M元素为Ag时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₄Ag相；当M元素为Ca时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₂Ca相；当M为元素Sn时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₂Sn相；当M为元素Si时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₂Si相；当M为元素Sr时，Mg-Ni-Cu系合金中除双相组织外还形成Mg₁₇Sr₁₂相；Mg-Ni-Cu系合金中添加M元素形成的不同第二相均能有效阻碍位错运动，产生强化作用。

4.如权利要求3所述的油气开采工具用可溶镁合金材料，其特征在于，所述Mg-Ni-Cu-M系四元合金的合金成分是：

Ni：1.5~6.0 wt.%；Cu：1.5~6.0 wt.%；

其他元素为Ag，Ca，Sn，Si，Sr元素中的一种，其中Ag：0.5~4.0wt.%，Ca：0.5~2.5wt.%，Sn：0.5~2.0wt.%，Si：0.5~4.0wt.%，Sr：0.5~4.0wt.%；

余量为Mg，Ni和Cu的含量大于M所代表的元素含量。

5.如权利要求1所述的油气开采工具用可溶镁合金材料，其特征在于，以Ni和Cu作为主元素，在Mg-Ni-Cu系基础上添加H和I元素形成Mg-Ni-Cu-H-I系五元合金；

Ni：2.0~10.0 wt.%；Cu：2.0~10.0 wt.%；

H为Gd，Y元素中的一种，其中Gd：0.5~9.0 wt.%，Y：0.5~6.0 wt.%；

I为 Zn，Mn，Zr元素中的一种，其中Zn：0.1~1.2wt.%，Mn：0.1~1.2wt.%，Zr：0.01~0.2wt.%；

余量为Mg，Ni和Cu的含量均高于H和I所代表的元素含量；

含Zn的Mg-Ni-Cu系五元合金中形成不同形貌和组成的LPSO相，对Mg-Ni-Cu系合金的腐蚀和力学性能共同起作用；含Mn和Zr的Mg-Ni-Cu系五元合金能细化晶粒，提高力学强度。

6.如权利要求5所述的油气开采工具用可溶镁合金材料，其特征在于，所述Mg-Ni-Cu-H-I系五元合金合金成分是：

Ni：2.0~6.0 wt.%；Cu：2.0~6.0 wt.%；

H为Gd，Y元素中的一种，其中Gd：1.0~4.0 wt.%，Y：1.0~4.0 wt.%；

I为 Zn，Mn，Zr元素中的一种，其中Zn：0.5~1.0wt.%，Mn：0.5~1.0wt.%，Zr：0.1~0.2wt.%；

余量为Mg，Ni和Cu的含量均高于H和I所代表的元素含量。

7.如权利要求1-6任一所述的油气开采工具用可溶镁合金材料的制备方法，其特征在于，工艺为以下2种的任意1种：

8.如权利要求7所述的油气开采工具用可溶镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的工艺A为，在SF₆和CO₂气体的保护下，在700~720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌，升温至750~760℃保温15~20分钟，然后重力浇注到模具中，获得所需铸锭；固溶处理温度为350~520℃，时间为8~24 h，固溶处理后在室温下立即放入自来水中冷却；挤压前样品、挤压模具、挤压筒的预热温度与挤压温度一致，样品预热时间为1.5~2.0h，挤压模具和挤压筒预热时间为4~6h，挤压温度为350~480℃，挤压比为7:1~22.5:1，挤压后棒材立即放入自来水中冷却。

9.如权利要求7所述的油气开采工具用可溶镁合金材料的制备方法，其特征在于所述的工艺B为，在SF₆和CO₂气体的保护下，在700~720℃下熔炼并对熔体进行捞渣搅拌，升温至750~760℃保温15~20分钟，然后重力浇注到模具中，获得所需铸锭；固溶处理温度为350~520℃，时间为8~24 h，固溶处理后在室温下立即放入自来水中冷却；挤压前样品、挤压模具、挤压筒的预热温度与挤压温度一致，样品预热时间为1.5~2.0h，挤压模具和挤压筒预热时间为4~6h，挤压温度为350~480℃，挤压比为7:1~22.5:1，挤压后棒材立即放入自来水中冷却；时效温度为175~200℃，时效时间为20~60 h，时效后棒材立即放入自来水中冷却。