科研资讯

中科院金属所研发出可溶解于纯水铝合金材料

2016/05/13

    水力压裂技术是一项应用于低丰度、低渗透油气田的增效开采技术。施工过程中,需采用压裂球和桥塞等工具对不同作业层的施工管柱进行封堵。由普通合金制成的压裂球等工具如果滞留井中,会降低油井产能。日前,记者从中科院金属所获悉,该所已经成功开发出纯水中即可溶解的可溶铝合金材料,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。

人们很难观察到铝在水中溶解,因为铝表面连续而致密的氧化膜阻碍了铝水反应。科研人员围绕铝水反应的一些基本问题开展了系列工作,发现当合金与水接触时界面低熔点相中的铝与水即发生放热反应,同时铝晶粒中的铝原子能够向液态的界面低熔点相中不断扩散,借助低熔点相对铝氧化膜的破坏和对铝原子的传输作用,铝可持续与水反应。

为了满足可溶铝合金的溶解性能和力学性能,合金中需同时添加低熔点金属和多种强化合金元素。研究人员在大量实验基础上对合金成分进行优化,利用细化合金晶粒和提高铝液质量等途径来改善合金的塑性,采用淬火和时效工艺对合金的综合性能进行调控,最终制备出满足实际工况需求的铝合金材料。该合金维氏硬度接近150,抗压强度满足水力压裂要求。

目前,课题组与有关企业合作研发了压裂球、球座和桥塞等多个产品。压裂球已在大庆和长庆等油田获得应用。

《中国科学报》 (2016-05-10 第4版 综合)