程宇雄 武廣璦 吳世運(yùn) 王黎 姜滸 顧鵬

(1. 中海石油(中國(guó)) 有限公司北京研究中心 2. 杰瑞能源服務(wù)有限公司)

0 引 言

我國(guó)油氣資源消耗量大、 對(duì)外依存度高, 加快油氣開發(fā)對(duì)于保障能源安全具有重要意義[1]。 隨著油氣勘探開發(fā)向低滲透[2]、 深層[3]、 海域[4]及非常規(guī)[5]領(lǐng)域邁進(jìn), 井筒結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜, 井下工具面臨越來越多的新挑戰(zhàn)[6]。 渤海灣盆地是我國(guó)東部重要含油氣盆地[7-8], 最大氣田為千米橋凝析氣田, 探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量305×108m3、 凝析油896×104t[9]。 2018 年, 中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司發(fā)現(xiàn)了探明儲(chǔ)量超千億立方米的整裝凝析氣田——渤中19-6 凝析氣田[10], 這對(duì)于推動(dòng)渤海灣盆地深層-超深層油氣勘探開發(fā)意義重大。 渤中19-6氣田儲(chǔ)量豐富, 具有埋藏深(超過4 000 m)、 超高溫(達(dá)到170 ～205 ℃)、 超高壓(壓力系數(shù)達(dá)1.3)、 巖性和儲(chǔ)滲空間復(fù)雜、 非均質(zhì)性強(qiáng)及流體性質(zhì)特殊等特點(diǎn), 導(dǎo)致開發(fā)難度大、 酸化解堵效果不理想。

為了盡快有效動(dòng)用渤中19-6 油田群儲(chǔ)量, 迫切需要形成高效的壓裂增產(chǎn)技術(shù)體系。 以可溶橋塞為核心工具的分段壓裂技術(shù)有望成為增大海上儲(chǔ)層壓裂規(guī)模、 提高海上儲(chǔ)層增產(chǎn)效果的主體技術(shù)手段。 可溶橋塞在壓后一定時(shí)間內(nèi), 橋塞本體和膠筒等全部自行溶解, 實(shí)現(xiàn)大排量、 大規(guī)模、 無限級(jí)壓裂, 壓后免鉆即可全通徑生產(chǎn), 具有適用性廣、 綜合成本低、 投產(chǎn)時(shí)間短、 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低以及可實(shí)現(xiàn)二次改造的特點(diǎn)[11]。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者與科研單位對(duì)可溶橋塞開展了大量的研究工作。 2015 年, Schlumberger 公司發(fā)布了INFINTTY 可溶球座, 可溶解本體占整體球座體積的99.7%, 且沒有膠筒部件,實(shí)現(xiàn)了無膠筒密封, 最高設(shè)計(jì)耐溫176.7 ℃。 2016年, 維泰油氣公司發(fā)布的WIZARD 可溶橋塞和CHAMELEON 可溶橋塞主體使用鎂基可溶合金材料, 膠筒為可溶解的橡膠材料, 設(shè)計(jì)耐溫最高達(dá)150 ℃。 2018 年, Innovex Downhole Solution 公司發(fā)布的SWAGE 可溶橋塞采用磨砂外表的金屬膨脹部件代替常規(guī)可溶橋塞的卡瓦和密封元件, 同時(shí)實(shí)現(xiàn)金屬密封和錨定, 最高設(shè)計(jì)溫度達(dá)178 ℃。 國(guó)內(nèi)可溶橋塞工具結(jié)構(gòu)與國(guó)外初期的產(chǎn)品類似, 采用與常規(guī)速鉆橋塞相似的雙卡瓦或單卡瓦結(jié)構(gòu)形式[12-15]。常規(guī)可溶橋塞的密封膠筒為橡膠材料, 橡膠溫度適應(yīng)性弱, 承壓強(qiáng)度低, 存在不可降解或降解產(chǎn)物不易返排易堵塞井筒等問題, 故采用金屬密封環(huán)來代替橡膠密封的可溶全金屬橋塞已成為目前重要的研究方向[16]。 但是可溶橋塞存在承壓強(qiáng)度低、 降解速度慢、 無法適用于超高溫環(huán)境的問題, 亟需開發(fā)適用于渤中19-6 油田超高溫環(huán)境的新型全金屬橋塞。

筆者針對(duì)205 ℃超高溫環(huán)境, 創(chuàng)新性提出全金屬橋塞設(shè)計(jì)方案, 開展可溶鎂基合金力學(xué)性能試驗(yàn)及高溫溶解性能試驗(yàn), 結(jié)合有限元分析結(jié)果完成橋塞關(guān)鍵部件材料優(yōu)選, 試制耐超高溫全金屬橋塞實(shí)物樣機(jī)并開展室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試, 驗(yàn)證全金屬橋塞實(shí)際應(yīng)用效果。 研究結(jié)果可為開發(fā)適用于超高溫環(huán)境的全金屬橋塞、 推動(dòng)渤海盆地灣凝析氣田開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 耐超高溫全金屬橋塞方案設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)

耐超高溫全金屬橋塞結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 耐超高溫全金屬橋塞結(jié)構(gòu)方案Fig.1 Schematic structure of the all-metal bridge plug for ultra-high temperature environment

該橋塞由錐體、 密封環(huán)、 卡瓦和引鞋組成。 該橋塞具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和設(shè)計(jì)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。 同時(shí)為解決常規(guī)可溶式橋塞中膠筒溶解速率慢、 易堵塞井筒等問題, 利用高伸長(zhǎng)率鋁鎂合金膨脹環(huán)代替膠筒實(shí)現(xiàn)密封, 在相同壓差下橋塞耐溫等級(jí)顯著提高, 可有效降低作業(yè)成本。

1.2 工作原理

高溫全金屬橋塞通過適配器與電纜、 液壓或機(jī)械坐封工具連接后, 送至設(shè)計(jì)坐封位置, 啟動(dòng)坐封工具, 通過坐封活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生坐封力, 推動(dòng)錐體使密封環(huán)膨脹并擠壓卡瓦。 當(dāng)推力達(dá)到卡瓦設(shè)定的破裂壓力后, 卡瓦首先破裂并沿徑向移動(dòng), 錐體繼續(xù)下行使密封環(huán)膨脹至套管內(nèi)壁; 隨著坐封力的加大, 密封環(huán)繼續(xù)被擠壓變形, 直至卡瓦完全錨定在套管內(nèi)壁。 當(dāng)坐封力達(dá)到橋塞預(yù)設(shè)丟手載荷后, 剪切橋塞與適配之間的丟手螺紋、 丟手螺釘或丟手環(huán)等, 使橋塞與適配器和坐封工具分離。 當(dāng)需要對(duì)橋塞上部產(chǎn)層進(jìn)行壓裂增產(chǎn)改造時(shí), 可從井口投入壓裂球并泵送至錐體右端的內(nèi)部圓錐孔內(nèi), 實(shí)現(xiàn)井筒內(nèi)上下壓力封隔。 隨著改造壓力的升高, 錐體擠壓密封環(huán)和卡瓦的壓力也繼續(xù)升高, 密封環(huán)、 卡瓦與套管內(nèi)壁的接觸應(yīng)力增加, 可有效增強(qiáng)密封環(huán)的密封效果和卡瓦的錨定能力。 產(chǎn)層改造作業(yè)完成后,使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 水溶液進(jìn)行溶解。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況, 確定耐超高溫全金屬橋塞技術(shù)參數(shù)如下: 橋塞外徑為89 mm, 長(zhǎng)度為220 mm,適用于?139.7 mm 套管; 在205 ℃高溫環(huán)境下最高可承受70 MPa 壓差, 有效密封時(shí)間大于12 h;降解時(shí)間為7 ～14 d, 溶解率達(dá)到98%; 最高可適用于Q125 鋼級(jí)套管, 在套管內(nèi)具有較強(qiáng)的通過性; 可使用不同廠家的電纜、 液壓或機(jī)械工具完成坐封工作。

2 可溶鎂基合金材料優(yōu)選

根據(jù)耐超高溫全金屬橋塞耐溫205 ℃、 耐壓差70 MPa、 工作介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 水溶液的設(shè)計(jì)要求, 開展鎂基合金材料的高溫力學(xué)性能和溶解性能試驗(yàn), 優(yōu)選關(guān)鍵零部件(錐體和密封環(huán))的材料, 為耐超高溫全金屬橋塞的材料設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.1 材料成分分析

耐超高溫全金屬橋塞主體零件錐體材料為高強(qiáng)度鎂基合金, 主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的鎂(Mg)、10%的釓(Gd) 和5%的釔(Y) 構(gòu)成; 密封環(huán)材料為高伸長(zhǎng)率鎂基合金, 主要由質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%的鎂(Mg)、 5%的釓(Gd) 和0.2%的釔(Y) 構(gòu)成。 在催化劑氯離子(Cl-) 的作用下鎂與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 生成粉末狀氫氧化鎂(Mg (OH)2) 和氫氣(H2)。

2.2 力學(xué)性能測(cè)試

針對(duì)錐體材料和密封環(huán)材料, 分別開展3 種高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料 (SAMS01、 SAMS03 和SAMS04), 以及2 種高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金材料(SAMS02、 SAMS05) 在室溫和205 ℃高溫環(huán)境下材料拉伸性能試驗(yàn), 從而優(yōu)選關(guān)鍵零部件(錐體和密封環(huán)) 的材料。 首先, 根據(jù)GB T 228—2010《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》, 將材料加工為直徑10 mm、 標(biāo)距50 mm 的啞鈴形試樣; 其次, 將試樣置于高溫導(dǎo)熱油中加熱; 最后, 通過高溫拉伸試驗(yàn)機(jī)開展5 種可溶鎂基合金材料在室溫和205 ℃高溫環(huán)境下拉伸性能試驗(yàn), 獲得材料在不同溫度下的抗拉強(qiáng)度、 屈服強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率。

室溫與高溫環(huán)境下可溶鎂基合金力學(xué)性能對(duì)比如圖2 所示。

圖2 室溫與高溫環(huán)境下可溶鎂基合金力學(xué)性能對(duì)比圖Fig.2 Mechanical performance of soluble magnesium-based alloys at room and high temperatures

由圖2 可知: 對(duì)于高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料,室溫條件下3 種材料對(duì)比結(jié)果表明, SAMS04 材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最高, 分別為467 和367 MPa, 說明SAMS04 材料抵抗塑性變形和斷裂的能力較強(qiáng); SAMS03 材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最低,分別為SAMS04 材料強(qiáng)度的92.3%和98.6%; 當(dāng)環(huán)境溫度升高至205 ℃時(shí), 3 種材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度同步下降, 其中SAMS01 材料強(qiáng)度受溫度影響較為明顯, 抗拉強(qiáng)度由434 MPa 降低至375 MPa, 屈服強(qiáng)度由334 MPa 降低至288 MPa, 降幅均為14%; 而SAMS04 材料在高溫環(huán)境下強(qiáng)度下降幅度較小, 約為7%。 常溫環(huán)境下SAMS04 材料伸長(zhǎng)率最高, 為7.2%, 表明SAMS04 材料韌性較好;隨著環(huán)境溫度升高, 材料逐漸變軟變韌, SAMS01材料和SAMS04 材料的伸長(zhǎng)率同步提高了93%, 而SAMS03 材料伸長(zhǎng)率增大尤為明顯, 由3.1%增大至14.9%。 對(duì)于高伸長(zhǎng)率鎂基合金材料, SAMS02材料與SAMS05 材料在室溫與205 ℃高溫環(huán)境下的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度明顯低于高強(qiáng)度鎂基合金材料。 其中SAMS02 材料在室溫與205 ℃高溫環(huán)境下的伸長(zhǎng)率分別達(dá)到30.7%和47.9%, SAMS05 材料在室溫與205 ℃高溫環(huán)境下的伸長(zhǎng)率分別達(dá)到31.3%和47.3%。

2.3 強(qiáng)度校核分析

采用Siemens PLM Software Inc 公司的NX NASTRAN 求解器, 選擇線性靜態(tài)-全局約束求解算法,建立全金屬橋塞關(guān)鍵部件(錐體和密封環(huán)) 的有限元分析模型。 根據(jù)錐體和密封環(huán)實(shí)際受力工況,施加如圖3 所示的邊界條件, 開展205 ℃高溫環(huán)境、 70 MPa 極限壓力下全金屬橋塞關(guān)鍵部件(錐體和密封環(huán)) 的強(qiáng)度分析。

圖3 全金屬橋塞受力示意圖Fig.3 Force diagram of the all-metal bridge plug

錐體有限元分析結(jié)果(Mises 應(yīng)力云圖) 如圖4 所示。 當(dāng)環(huán)境溫度為205 ℃、 極限壓力為70 MPa時(shí), 錐體最大應(yīng)力為199.79 MPa, 故SAMS01、SAMS03 和SAMS04 這3 種高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料屈服強(qiáng)度均滿足使用要求。

圖4 錐體有限元分析結(jié)果Fig.4 Finite element analysis results of the cone

通過使用與錐體相同的求解器和解算方案對(duì)密封環(huán)進(jìn)行應(yīng)力分析, 得到密封環(huán)有限元分析結(jié)果(Mises 應(yīng)力云圖) 如圖5 所示。 由圖5 可知, 在環(huán)境溫度為205 ℃、 極限壓力為70 MPa 條件下,密封環(huán)最大應(yīng)力為71.7 MPa。 故SAMS02 和SAMS05 這2 種高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金材料的屈服強(qiáng)度均滿足使用要求。

圖5 密封環(huán)有限元分析結(jié)果Fig.5 Finite element analysis results of the sealing ring

2.4 溶解性能分析

在力學(xué)性能測(cè)試和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)上, 分別開展3 種高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料 (SAMS01、SAMS03 和SAMS04) 以及2 種高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金材料(SAMS02 和SAMS05) 在205 ℃高溫環(huán)境下材料溶解性能試驗(yàn)。 其中: SAMS01、 SAMS03和SAMS04 材料試樣的直徑為89 mm, 內(nèi)徑為44 mm, 長(zhǎng)度為170 mm; SAMS02 和SAMS05 試樣的直徑為89 mm, 內(nèi)徑為64 mm, 長(zhǎng)度為18 mm。 同時(shí), 搭建地面高溫試驗(yàn)裝置, 以模擬環(huán)境溫度為205 ℃、 溶解介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 水溶液的井下高溫環(huán)境, 開展高溫環(huán)境下可溶鎂基合金材料溶解性能試驗(yàn)。 最后, 將試樣放入模擬裝置后注入試驗(yàn)介質(zhì), 使模擬裝置壓力不低于30 MPa, 每間隔24 h 進(jìn)行1 次稱量并重新注入試驗(yàn)介質(zhì), 得到可溶鎂基合金材料高溫溶解率試驗(yàn)數(shù)據(jù), 如表1 所示。 表1 中t表示溶解時(shí)間。 由表1 可知: 在超高溫環(huán)境中, 可溶解鎂基合金溶解速率呈現(xiàn)慢-快-慢現(xiàn)象, 在開始溶解后的第48～72 h 溶解最快。 對(duì)于高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料, SAMS04 材料完全溶解時(shí)間為96 h, SAMS03 材料完全溶解時(shí)間為120 h,SAMS01 材料完全溶解時(shí)間192 h, 因此高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料中SAMS04 溶解速率最快。 對(duì)于高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金材料, SAMS02 材料完全溶解時(shí)間144 h, SAMS05 材料完全溶解時(shí)間192 h, 因此高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金材料中SAMS02 溶解速率最快。

表1 可溶鎂基合金材料高溫溶解率Table 1 Dissolution rates of soluble magnesium-based alloys at high temperature

2.5 合金材料優(yōu)選

上述研究結(jié)果表明, 當(dāng)環(huán)境溫度為205 ℃、 井下壓力為 70 MPa 時(shí), SAMS01、 SAMS03 和SAMS04 這3 種高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料的屈服強(qiáng)度均滿足使用要求。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)工況, 橋塞入井后需在12～48 h 保持有效密封并在120 h 內(nèi)完全溶解。 為保證48 h 橋塞密封的可靠性, 同時(shí)滿足120 h 內(nèi)橋塞高效溶解, 可選擇SAMS03 作為耐超高溫全金屬橋塞中錐體的材料。 除此, 在環(huán)境溫度為205 ℃、 井下壓力為70 MPa 時(shí), SAMS02 和SAMS05 這2 種材料屈服強(qiáng)度均符合要求。 SAMS02材料完全溶解時(shí)間為144 h, 溶解效率高于SAMS05 材料的溶解效率, 故選擇SAMS02 作為耐超高溫全金屬橋塞中密封環(huán)的材料。

3 耐超高溫全金屬橋塞試驗(yàn)測(cè)試

3.1 試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備

全金屬橋塞試驗(yàn)系統(tǒng)如圖6 所示。

圖6 全金屬橋塞試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.6 All-metal bridge plug test system

以美國(guó)貝克休斯公司10#液壓坐封工具為基礎(chǔ), 進(jìn)行配套連接工具的設(shè)計(jì), 使用鉛黃銅材質(zhì)的M12 螺釘控制坐封或丟手載荷的大小。

模擬套管在(內(nèi)徑為(100.70±0.76) mm、 長(zhǎng)度為1 000 mm、 鋼級(jí)Q125) 205 ℃、 承壓105 MPa條件下不產(chǎn)生永久變形, 通過金屬氣密封螺紋進(jìn)行密封。 另外, 利用自主研制的全金屬橋塞試驗(yàn)系統(tǒng)開展室內(nèi)試驗(yàn)。 該試驗(yàn)系統(tǒng)包含電液控制系統(tǒng)、 加穩(wěn)壓系統(tǒng)、 油浸加熱系統(tǒng)和溫度壓力采集系統(tǒng)等,系統(tǒng)最高試驗(yàn)壓力105 MPa, 最高試驗(yàn)溫度230 ℃。

3.2 室溫承壓試驗(yàn)

為驗(yàn)證耐超高溫全金屬橋塞的坐封程序、 卡瓦錨定能力、 密封環(huán)密封能力及錐體承壓能力, 開展了室溫環(huán)境下全金屬橋塞功能試驗(yàn)。 全金屬橋塞坐封壓力曲線如圖7 所示。

圖7 全金屬橋塞坐封壓力曲線Fig.7 All-metal bridge plug setting pressure curve

試驗(yàn)結(jié)果表明, 在液壓坐封工具升壓至23.5 MPa (即壓力141 kN) 時(shí), 橋塞順利完成坐封。橋塞上端升壓至5 MPa, 保持1 min, 壓降0.1 MPa, 無泄漏、 無滑脫; 繼續(xù)升壓至15 MPa, 保持1 min, 壓降0, 無泄漏、 無滑脫; 繼續(xù)升壓至35 MPa, 保持1 min, 壓降0.2 MPa, 無泄漏、 無滑脫; 繼續(xù)升壓至50 MPa, 保持1 min, 壓降0.2 MPa, 無泄漏、 無滑脫; 繼續(xù)升壓至70 MPa, 保持30 min, 最后15 min, 壓降0.3 MPa, 無泄漏、無滑脫。 室溫環(huán)境全金屬橋塞承壓試驗(yàn)曲線如圖8所示。 試驗(yàn)結(jié)果表明, 室溫環(huán)境下耐超高溫全金屬橋塞承壓達(dá)到70 MPa, 承壓時(shí)間超過30 min, 卡瓦能有效錨定套管, 密封環(huán)可有效密封, 錐體可有效承壓, 達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

圖8 室溫環(huán)境全金屬橋塞承壓試驗(yàn)曲線Fig.8 Pressure test of the all-metal bridge plug at room temperature

3.3 超高溫承壓試驗(yàn)

為驗(yàn)證耐超高溫全金屬橋塞在高溫環(huán)境下的坐封程序和承壓能力的可靠性, 模擬205 ℃高溫環(huán)境、 質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 水溶液中全金屬橋塞的承壓性能。 全金屬橋塞試驗(yàn)過程如圖9 所示。

首選, 選擇生產(chǎn)、 檢驗(yàn)和裝配合格的橋塞; 其次, 油浸池升溫至205 ℃, 待油浸池溫度穩(wěn)定后,將橋塞和模擬套管一并放入油浸池中浸泡30 min;然后, 使用與室溫功能試驗(yàn)相同的坐封工具和坐封程序?qū)蛉焖僮庥谀M套管內(nèi); 最后, 通過可溶橋塞試驗(yàn)系統(tǒng), 開展耐超高溫全金屬橋塞高溫承壓試驗(yàn)。

高溫環(huán)境全金屬橋塞承壓試驗(yàn)曲線如圖10 所示。 橋塞在液壓坐封工具升壓至21 MPa (即壓力126 kN) 時(shí), 橋塞順利丟手并完成坐封; 油浸池恒溫205 ℃, 橋塞上端升壓至30 MPa, 保持至壓力穩(wěn)定, 無泄漏、 無滑脫; 待壓力穩(wěn)定后繼續(xù)升壓至70 MPa, 保持10 h, 壓降1.5 MPa, 無泄漏、 無滑脫。 試驗(yàn)結(jié)果表明, 耐超高溫全金屬橋塞在205℃的超高溫環(huán)境下能順利坐封, 承壓達(dá)到70 MPa,并在10 h 內(nèi)保持有效密封。

3.4 溶解試驗(yàn)測(cè)試

將完成高溫承壓試驗(yàn)的橋塞上端和下端連通,注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 水溶液后, 放入恒溫(205 ℃) 油浸池中。 當(dāng)試驗(yàn)溫度為210 ℃時(shí), 飽和水的飽和壓力為1.91 MPa。 溶解試驗(yàn)用模擬套管全程保持密閉且維持壓力不低于30 MPa, 確保溶解介質(zhì)不產(chǎn)生汽化。 每間隔24 h, 取出未溶解部分進(jìn)行稱質(zhì)量并更換溶解介質(zhì), 得到全金屬橋塞高溫溶解率, 如表2 所示。 上述試驗(yàn)結(jié)果說明, 耐超高溫全金屬橋塞在205 ℃條件下, 使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 溶液, 可在8 d 完全溶解, 溶解率達(dá)98%。

表2 全金屬橋塞高溫溶解率Table 2 Dissolution rates of the all-metal bridge plug at high temperature

4 結(jié) 論

針對(duì)目前可溶橋塞承壓強(qiáng)度低、 降解速率慢、無法適用于超高溫環(huán)境的問題, 創(chuàng)新性提出了適用于超高溫環(huán)境的全金屬橋塞設(shè)計(jì)方案, 完成了橋塞關(guān)鍵部件材料優(yōu)選, 試制耐超高溫全金屬橋塞實(shí)物樣機(jī)并且開展了室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試, 主要得到如下結(jié)論:

(1) 隨著溫度升高, 相對(duì)于高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金, 高強(qiáng)度可溶鎂基合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降幅度較小, 伸長(zhǎng)率變化幅度較大。 高強(qiáng)度可溶鎂基合金材料中SAMS04 溶解速率最快, 高伸長(zhǎng)率可溶鎂基合金材料中SAMS02 溶解速率最快。

(2) 在超高溫環(huán)境中, 可溶解鎂基合金溶解速率呈現(xiàn)慢-快-慢現(xiàn)象, 在開始溶解后的48～72 h內(nèi)溶解速率最快。

(3) 研制的耐超高溫全金屬橋塞在205 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的KCl 水溶液中最高可承受壓差70 MPa, 并保持10 h 有效密封, 在模擬工況下的密閉容器中8 d 可完全溶解, 滿足設(shè)計(jì)要求并具備入井條件。

(4) 由于溶解試驗(yàn)?zāi)M套管為密閉容器, 橋塞溶解后產(chǎn)生的氣體無法排出并集聚于試樣周圍,與實(shí)際溶解環(huán)境有所差異, 還需要開展超高溫可溶解橋塞模擬工況下溶解性能評(píng)定系統(tǒng)研究, 進(jìn)一步提高可溶解橋塞在模擬工況下溶解性能的準(zhǔn)確性。