鉆探“小能手” 鋁合金在海上鉆井平臺(tái)上的應(yīng)用
海上鉆井平臺(tái)主要用于鉆探井的海上結(jié)構(gòu)物。上裝鉆井、動(dòng)力、通訊、導(dǎo)航等設(shè)備，以及安全救生和人員生活設(shè)施。海上油氣勘探開(kāi)發(fā)不可缺少的手段。主要有自升式和半潛式鉆井平臺(tái)。
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目前大多數(shù)的海上鉆井平臺(tái)都是由鋼材制造而成。鋼材強(qiáng)度高，維護(hù)成本低等是它的優(yōu)勢(shì)所在。但是隨著鋼材的應(yīng)用，銹蝕，使用期限短和維護(hù)成本高等問(wèn)題也漸漸浮出水面。因此，尋找一種與鋼材強(qiáng)度接近、耐用性好、效果美觀好的新型材料，對(duì)海洋工程設(shè)備的發(fā)展具長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義，而鋁型材的重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性、低維護(hù)費(fèi)以及可回收再利用等許多優(yōu)點(diǎn)可以滿(mǎn)足發(fā)展的需要。
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鋁型材的具體優(yōu)點(diǎn)如下：
1)輕重量。采用重量輕、牢固的鋁合金型材，鋁合金型材重量輕，便于安裝、運(yùn)輸和存放。鋁合金型材重量只是鋼結(jié)構(gòu)材料的1/3。
2)適用性強(qiáng)。能適應(yīng)于各種復(fù)雜惡劣的環(huán)境和氣候。
3)組合多樣，外型美觀。鋁合金型材由于鋁合金可塑性強(qiáng)的特性，可以制作出各種美觀的結(jié)構(gòu)，外形更加時(shí)尚，美觀。
4)耐腐蝕、低維護(hù)。所有型材均經(jīng)過(guò)防氧化處理，鋁型材使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上。
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隨著鋁合金越來(lái)越受海洋工業(yè)的重視，不少鋁業(yè)巨頭也進(jìn)入了研發(fā)鉆井平臺(tái)用鋁合金部件的研發(fā)當(dāng)中，美鋁就研發(fā)出了一種高性能鋁合金鉆桿。
目前，普遍使用的鋼制鉆桿在水平井、高腐蝕介質(zhì)井、超深井等施工中經(jīng)常遇到鉆桿摩擦熱裂、氫脆、應(yīng)力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤負(fù)載過(guò)大等問(wèn)題。上述問(wèn)題均是由合金鋼材料本身的理化特性所決定，如要從根本上提高鉆桿的性能，就必須改進(jìn)鉆桿管體的原材料。
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1、提高鉆深能力
鋁合金鉆桿的密度大約是鋼質(zhì)鉆桿的1/3，鋁合金鉆桿強(qiáng)度與質(zhì)量之比是鋼質(zhì)鉆桿的1.5～2.0倍，在鉆機(jī)能力一定的情況下，應(yīng)用鋁合金鉆桿能夠達(dá)到鋼質(zhì)鉆桿無(wú)法達(dá)到的井深。
2、耐腐蝕性好
鋁及其合金元素化學(xué)特性比較活躍，當(dāng)其與氧反應(yīng)后會(huì)在表面形成穩(wěn)定的氧化膜，阻止其與周?chē)h(huán)境進(jìn)一步反應(yīng)。鋁合金鉆桿在飽和CO2溶液里長(zhǎng)期寢泡也不腐蝕。經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和CO2腐蝕。
鋁合金鉆桿分為鋼接頭和鋁合金接頭2種。雖然鋁合金鉆桿鋼接頭不具有抗H2S和CO2的能力，但鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)在管體，接頭一般不容易發(fā)生H2S應(yīng)力腐蝕斷裂。另外，鋼接頭與鋁合金管體接觸，后者對(duì)它會(huì)起到陰極保護(hù)的作用，因此，鋁合金鉆桿鋼接頭的腐蝕速率低。
3、適合于大曲率定向井和水平井
分析結(jié)果表明：在相同鉆井工況下實(shí)施大位移鉆井作業(yè)時(shí)，采用鋼鉆桿時(shí)鉆柱所受的扭矩過(guò)大，扭矩已經(jīng)超過(guò)了鉆桿的使用極限，而采用鋁合金鉆桿時(shí)鉆柱所受扭矩明顯下降。鋼鉆桿的鉆柱懸重均超過(guò)了上部鉆桿使用極限，存在過(guò)載拉伸斷裂問(wèn)題，而采用鋁合金鉆桿的鉆柱懸重明顯下降，上部鉆桿所受的拉伸載荷仍然處在安全使用的范圍。
4、顯著降低大鉤負(fù)荷
鋁合金鉆桿的密度為3.2~3.6g/cm3，鋼鉆桿的密度為7.8g/cm3，鋁合金鉆桿在空氣中的密度不到鋼鉆桿的1/2。在鉆井時(shí)，鋁合金鉆桿顯示出好的浮力特性，因此，使用鋁合金鉆桿可顯著降低大鉤載荷，極大地提高了鉆機(jī)和鋼絲繩的使用壽命。
5、耐磨性
相對(duì)于鋼鉆桿而言，鋁合金鉆桿耐磨性較差，與渦輪鉆具配套使用或在鋁合金鉆桿中間增加耐磨接頭，就可以有效地防止鋁合金鉆桿磨損。
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美國(guó)鋁業(yè)(ALCOA)FarReach 鉆桿特點(diǎn)介紹：
1、使用鋁合金鉆桿后，可使鉆機(jī)效率提高50%~100%，同時(shí)減少了起下鉆時(shí)間，降低了裝配和運(yùn)輸成本。
2、鉆探深度超過(guò)鋼鐵鉆桿的36%，且可以較少30%的表面轉(zhuǎn)矩。
3、管的內(nèi)表面上涂有一層非常耐腐蝕的涂層，這是一種納米涂層( nano-coating) ，是美鋁技術(shù)中心( Alcoa Technical Centre) 研發(fā)的，可在極端惡劣的鉆探腐蝕條件下工作，使用壽命比沒(méi)有涂層鉆探鋁合金管的長(zhǎng) 30% ～40% 。
4、使用了FarReach 合金產(chǎn)品，每口井成本可以節(jié)約15萬(wàn)美元。
