勘探技术所高温环境下铝合金钻杆磨损失效及防护机制研究通过了结题审查

    近日，由勘探技术所梁健高级工程师为负责人的自然科学基金项目“高温环境下铝合金钻杆磨损失效及防护机制研究”通过了国家自然科学基金委员会的结题审查，这标志着在项目组和科技处、财务处等管理部门的合作下，勘探技术所顺利完成了第一个国家自然科学基金项目！

    钻杆柱是连通地面钻井设备与井底碎岩工具的超长径比杆件，由每一单根钻杆连接而成。当钻井超过某一深度时，单是钻杆柱的自重即能使钻杆发生破坏。与钢质钻杆相比，铝合金钻杆以其独特的优越性，即具有重量轻、比强度高、钻进深度深等特点，已成为万米以深科学超深井钻柱设计的必备方案。但铝合金钻杆的材料硬度较低，大约是钢钻杆的1/2 至 2/3 倍，其平均使用寿命是钢钻杆的1/2至4/5 倍；铝合金钻杆在高温条件下具有力学性能衰减的特性，高温环境下铝合金材料的组织结构、力学性能、磨损性能均发生变化。项目通过表面工程技术优化，提出了铝合金钻杆表面强化层的制备方法，能对铝合金钻杆进行有效防护，提高其寿命，且制备过程简单环保，成本低。

    该项目探索解决了高温环境下铝合金钻杆的磨损问题，获得了优化防护工艺方法。通过摩擦磨损实验及其失效分析，系统考察铝合金钻杆在模拟高温环境中的磨损行为，揭示了温度效应对不同防护方法下铝合金钻杆磨损性能的作用机理，建立了铝合金钻杆的失效方式、组织结构、磨损性能、防护方法之间的关系，揭示其高温环境下与井筒磨损的防护机制。在此基础上，实现了铝合金钻杆技术的优化，为设计制造出长寿命、高可靠性、高耐磨性铝合金钻杆提供了理论支撑和技术支持。

    项目组结合松辽盆地资源与环境科学深部钻探工程（松科二井）及辽宁金羊盆地油气地质调查井“羊D1 井”，进行了直径147 mm、114 mm 两种规格铝合金钻杆的多次井下生产试验，主要评价表面强化处理前后铝合金钻杆的现场使用性能。本次生产试验是我国自主开发的科学深井及绳索取心铝合金钻杆在国内的首次应用，考核了国产铝合金管材强度、安全性的同时，观察验证抗高温、耐磨损及耐腐蚀能力，为我国铝合金钻杆系列化开发奠定了重要的基础。

    通过本项目，勘探所在国家自然科学基金项目管理方面积累了一定的经验，有利于为在研的和以后申报国家基金项目的科技人员提供更好的管理服务，使勘探技术所在自然科学基金项目方面取得更丰硕的成果。

图1.处理后的管体

图2.微弧氧化设备