近日，《中国科学报》记者从中国科学院金属研究所获悉，该所专用材料与器件研究部储氢合金及应用课题组利用已有的铝水反应研究基础，研发出在纯水中即可溶解的可溶铝合金结构材料，并且可调控该合金与水反应的起始温度和在水中的溶解速率。

    课题组组长、金属所研究员陈德敏告诉记者：目前，国内外开采页岩油气主要采用水平井分段压裂技术，即对已探明的不同区域的油气分段压裂。该技术可细分为三种：水力喷射分段压裂、裸眼封隔器分段压裂、快钻桥塞分段压裂。

    陈德敏指出，快钻桥塞分段压裂在大庆以及北美广泛采用，该技术具有分压段数多，可进行大排量施工等特点。在该技术的主要工艺流程中，如果压裂球不可溶，球要返排回地面，需要10～15天；桥塞不可溶，要钻除所有桥塞，正常情况下需要1天。

    球座和桥塞均起封堵作用。为何一直没有开发出可溶的桥塞和球座？

    陈德敏的回答是：一方面，桥塞的尺寸较大，其中心管的最大直径接近80毫米，如果采用粉末冶金做铝复合材料的工艺方法，成本高，成型也较困难；另一方面，这类材料的反应温度不可控，其与水的反应温度过低，保证器件到水里不失效很难，尤其是在整个桥塞有52个零件的情况下，很难采取保护措施。此外，树脂材料同样存在上述成本问题。而镁基材料的强度低，反应温度低，力学性能和溶解性能均不满足使用要求。这些均影响了可溶桥塞和球座的开发。

    储氢合金及应用课题组采用铸造工艺制备铝合金。陈德敏表示，该工艺的特点是易于成型，可根据模具的外形和尺寸浇铸各种铸件；该工艺产能大，一炉可浇铸几百公斤以上的合金；合金在常压下冶炼，工艺相对简单等。

    在此研究基础上，陈德敏称，可溶球座中的问题解决起来相对简单，需要解决的是含有细小沙粒的压裂液对球座内孔表面的冲蚀问题。

    课题组采取的方案是在零件表面做涂层。陈德敏说：“该涂层既要耐冲蚀，还要与合金的表面有很好的结合力，涂层的厚度也要适当，做涂层工艺时不破坏零件的形状和尺寸，不改变合金的基本性能等。”总之，课题组主要解决的是合金表面的涂层加工技术。

    压裂球需配合球座或桥塞使用。压裂球落在球座上，依靠压裂液的压力实现封堵。由于球与球座的接触面积非常小，对合金的硬度有一定要求。如果球太软，球将卡在球座上；而一旦球不能返排，即生产事故。

    课题组做的球在70mpa的压力下，变形很小，而且可控制溶解时间，不影响后续施工。陈德敏指出，如果国内没有可溶球，国外产品便可漫天要价。所以，从这个角度看，有了可溶球也相对给国内企业节约了部分成本。

    随着可溶球等逐步研发，合金的规模生产问题被提了出来。通过沟通，目前双方的合作方式是：金属所负责合金的成分优化、铸件的冶炼成型与热处理，吉林旭峰激光负责产品的机械加工及市场营销。今年3月，生产设备在吉林市安装完毕，目前相关生产工艺正在调试之中。

    课题组研发的可溶球正在国内逐渐得到认可。除大庆油田外，可溶球在其他石油企业也得到了部分应用。关于桥塞，陈德敏也透露国内外均有采购意向，有关样件正在测试中，市场应用和推广前景一片看好。