近日，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉，該所專用材料與器件研究部?jī)?chǔ)氫合金及應(yīng)用課題組利用已有的鋁水反應(yīng)研究基礎(chǔ)，研發(fā)出在純水中即可溶解的可溶鋁合金結(jié)構(gòu)材料，并且可調(diào)控該合金與水反應(yīng)的起始溫度和在水中的溶解速率。

    課題組組長(zhǎng)、金屬所研究員陳德敏告訴記者：目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)采頁(yè)巖油氣主要采用水平井分段壓裂技術(shù)，即對(duì)已探明的不同區(qū)域的油氣分段壓裂。該技術(shù)可細(xì)分為三種：水力噴射分段壓裂、裸眼封隔器分段壓裂、快鉆橋塞分段壓裂。

    陳德敏指出，快鉆橋塞分段壓裂在大慶以及北美廣泛采用，該技術(shù)具有分壓段數(shù)多，可進(jìn)行大排量施工等特點(diǎn)。在該技術(shù)的主要工藝流程中，如果壓裂球不可溶，球要返排回地面，需要10～15天；橋塞不可溶，要鉆除所有橋塞，正常情況下需要1天。

    球座和橋塞均起封堵作用。為何一直沒(méi)有開(kāi)發(fā)出可溶的橋塞和球座？

    陳德敏的回答是：一方面，橋塞的尺寸較大，其中心管的最大直徑接近80毫米，如果采用粉末冶金做鋁復(fù)合材料的工藝方法，成本高，成型也較困難；另一方面，這類材料的反應(yīng)溫度不可控，其與水的反應(yīng)溫度過(guò)低，保證器件到水里不失效很難，尤其是在整個(gè)橋塞有52個(gè)零件的情況下，很難采取保護(hù)措施。此外，樹(shù)脂材料同樣存在上述成本問(wèn)題。而鎂基材料的強(qiáng)度低，反應(yīng)溫度低，力學(xué)性能和溶解性能均不滿足使用要求。這些均影響了可溶橋塞和球座的開(kāi)發(fā)。

    儲(chǔ)氫合金及應(yīng)用課題組采用鑄造工藝制備鋁合金。陳德敏表示，該工藝的特點(diǎn)是易于成型，可根據(jù)模具的外形和尺寸澆鑄各種鑄件；該工藝產(chǎn)能大，一爐可澆鑄幾百公斤以上的合金；合金在常壓下冶煉，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單等。

    在此研究基礎(chǔ)上，陳德敏稱，可溶球座中的問(wèn)題解決起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，需要解決的是含有細(xì)小沙粒的壓裂液對(duì)球座內(nèi)孔表面的沖蝕問(wèn)題。

    課題組采取的方案是在零件表面做涂層。陳德敏說(shuō)：“該涂層既要耐沖蝕，還要與合金的表面有很好的結(jié)合力，涂層的厚度也要適當(dāng)，做涂層工藝時(shí)不破壞零件的形狀和尺寸，不改變合金的基本性能等。”總之，課題組主要解決的是合金表面的涂層加工技術(shù)。

    壓裂球需配合球座或橋塞使用。壓裂球落在球座上，依靠壓裂液的壓力實(shí)現(xiàn)封堵。由于球與球座的接觸面積非常小，對(duì)合金的硬度有一定要求。如果球太軟，球?qū)⒖ㄔ谇蜃?；而一旦球不能返排，即生產(chǎn)事故。

    課題組做的球在70mpa的壓力下，變形很小，而且可控制溶解時(shí)間，不影響后續(xù)施工。陳德敏指出，如果國(guó)內(nèi)沒(méi)有可溶球，國(guó)外產(chǎn)品便可漫天要價(jià)。所以，從這個(gè)角度看，有了可溶球也相對(duì)給國(guó)內(nèi)企業(yè)節(jié)約了部分成本。

    隨著可溶球等逐步研發(fā)，合金的規(guī)模生產(chǎn)問(wèn)題被提了出來(lái)。通過(guò)溝通，目前雙方的合作方式是：金屬所負(fù)責(zé)合金的成分優(yōu)化、鑄件的冶煉成型與熱處理，吉林旭峰激光負(fù)責(zé)產(chǎn)品的機(jī)械加工及市場(chǎng)營(yíng)銷。今年3月，生產(chǎn)設(shè)備在吉林市安裝完畢，目前相關(guān)生產(chǎn)工藝正在調(diào)試之中。

    課題組研發(fā)的可溶球正在國(guó)內(nèi)逐漸得到認(rèn)可。除大慶油田外，可溶球在其他石油企業(yè)也得到了部分應(yīng)用。關(guān)于橋塞，陳德敏也透露國(guó)內(nèi)外均有采購(gòu)意向，有關(guān)樣件正在測(cè)試中，市場(chǎng)應(yīng)用和推廣前景一片看好。