近日，《中國科學報》記者從中國科學院金屬研究所獲悉，該所專用材料與器件研究部儲氫合金及應用課題組利用已有的鋁水反應研究基礎，研發出在純水中即可溶解的可溶鋁合金結構材料，并且可調控該合金與水反應的起始溫度和在水中的溶解速率。
　　
　　課題組組長、金屬所研究員陳德敏告訴記者：目前，國內外開采頁巖油氣主要采用水平井分段壓裂技術，即對已探明的不同區域的油氣分段壓裂。該技術可細分為三種：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，該技術具有分壓段數多，可進行大排量施工等特點。在該技術的主要工藝流程中，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。為何一直沒有開發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，這類材料的反應溫度不可控，其與水的反應溫度過低，保證器件到水里不失效很難，尤其是在整個橋塞有52個零件的情況下，很難采取保護措施。此外，樹脂材料同樣存在上述成本問題。而鎂基材料的強度低，反應溫度低，力學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發。
　　
　　儲氫合金及應用課題組采用鑄造工藝制備鋁合金。陳德敏表示，該工藝的特點是易于成型，可根據模具的外形和尺寸澆鑄各種鑄件；該工藝產能大，一爐可澆鑄幾百公斤以上的合金；合金在常壓下冶煉，工藝相對簡單等。
　　
　　在此研究基礎上，陳德敏稱，可溶球座中的問題解決起來相對簡單，需要解決的是含有細小沙粒的壓裂液對球座內孔表面的沖蝕問題。
　　
　　課題組采取的方案是在零件表面做涂層。陳德敏說：“該涂層既要耐沖蝕，還要與合金的表面有很好的結合力，涂層的厚度也要適當，做涂層工藝時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。
　　
　　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現封堵。由于球與球座的接觸面積非常小，對合金的硬度有一定要求。如果球太軟，球將卡在球座上；而一旦球不能返排，即生產事故。
　　
　　課題組做的球在70MPa的壓力下，變形很小，而且可控制溶解時間，不影響后續施工。陳德敏指出，如果國內沒有可溶球，國外產品便可漫天要價。所以，從這個角度看，有了可溶球也相對給國內企業節約了部分成本。
　　
　　隨著可溶球等逐步研發，合金的規模生產問題被提了出來。通過溝通，目前雙方的合作方式是：金屬所負責合金的成分優化、鑄件的冶煉成型與熱處理，吉林旭峰激光負責產品的機械加工及市場營銷。今年3月，生產設備在吉林市安裝完畢，目前相關生產工藝正在調試之中。
　　
　　課題組研發的可溶球正在國內逐漸得到認可。除大慶油田外，可溶球在其他石油企業也得到了部分應用。關于橋塞，陳德敏也透露國內外均有采購意向，有關樣件正在測試中，市場應用和推廣前景一片看好。