钻探“小能手” 铝合金在海上钻井平台上的应用

海上钻井平台主要用于钻探井的海上结构物。上装钻井、动力、通讯、导航等设备，以及安全救生和人员生活设施。海上油气勘探开发不可缺少的手段。主要有自升式和半潜式钻井平台。

14779883601483.jpg

目前大多数的海上钻井平台都是由钢材制造而成。钢材强度高，维护成本低等是它的优势所在。但是随着钢材的应用，锈蚀，使用期限短和维护成本高等问题也渐渐浮出水面。因此，寻找一种与钢材强度接近、耐用性好、效果美观好的新型材料，对海洋工程设备的发展具长远的意义，而铝型材的重量轻、强度高、耐腐蚀性、低维护费以及可回收再利用等许多优点可以满足发展的需要。

14779883603202.jpg

铝型材的具体优点如下：

1)轻重量。采用重量轻、牢固的铝合金型材，铝合金型材重量轻，便于安装、运输和存放。铝合金型材重量只是钢结构材料的1/3。

2)适用性强。能适应于各种复杂恶劣的环境和气候。

3)组合多样，外型美观。铝合金型材由于铝合金可塑性强的特性，可以制作出各种美观的结构，外形更加时尚，美观。

4)耐腐蚀、低维护。所有型材均经过防氧化处理，铝型材使用寿命长达30年以上。

2014111063779533_副本.jpg

随着铝合金越来越受海洋工业的重视，不少铝业巨头也进入了研发钻井平台用铝合金部件的研发当中，美铝就研发出了一种高性能铝合金钻杆。

目前，普遍使用的钢制钻杆在水平井、高腐蚀介质井、超深井等施工中经常遇到钻杆摩擦热裂、氢脆、应力腐蚀断裂、钻井速度和效率降低、大钩负载过大等问题。上述问题均是由合金钢材料本身的理化特性所决定，如要从根本上提高钻杆的性能，就必须改进钻杆管体的原材料。

14779883607223.jpg

1、提高钻深能力

铝合金钻杆的密度大约是钢质钻杆的1/3，铝合金钻杆强度与质量之比是钢质钻杆的1.5～2.0倍，在钻机能力一定的情况下，应用铝合金钻杆能够达到钢质钻杆无法达到的井深。

2、耐腐蚀性好

铝及其合金元素化学特性比较活跃，当其与氧反应后会在表面形成稳定的氧化膜，阻止其与周围环境进一步反应。铝合金钻杆在饱和CO2溶液里长期寝泡也不腐蚀。经过实际使用，铝合金钻杆在任何温度下都可有效防止H2S和CO2腐蚀。

铝合金钻杆分为钢接头和铝合金接头2种。虽然铝合金钻杆钢接头不具有抗H2S和CO2的能力，但钻杆的薄弱环节在管体，接头一般不容易发生H2S应力腐蚀断裂。另外，钢接头与铝合金管体接触，后者对它会起到阴极保护的作用，因此，铝合金钻杆钢接头的腐蚀速率低。

3、适合于大曲率定向井和水平井

分析结果表明：在相同钻井工况下实施大位移钻井作业时，采用钢钻杆时钻柱所受的扭矩过大，扭矩已经超过了钻杆的使用极限，而采用铝合金钻杆时钻柱所受扭矩明显下降。钢钻杆的钻柱悬重均超过了上部钻杆使用极限，存在过载拉伸断裂问题，而采用铝合金钻杆的钻柱悬重明显下降，上部钻杆所受的拉伸载荷仍然处在安全使用的范围。

4、显著降低大钩负荷

铝合金钻杆的密度为3.2~3.6g/cm3，钢钻杆的密度为7.8g/cm3，铝合金钻杆在空气中的密度不到钢钻杆的1/2。在钻井时，铝合金钻杆显示出好的浮力特性，因此，使用铝合金钻杆可显著降低大钩载荷，极大地提高了钻机和钢丝绳的使用寿命。

5、耐磨性

相对于钢钻杆而言，铝合金钻杆耐磨性较差，与涡轮钻具配套使用或在铝合金钻杆中间增加耐磨接头，就可以有效地防止铝合金钻杆磨损。

14779883604147.jpg

美国铝业(ALCOA)FarReach 钻杆特点介绍：

1、使用铝合金钻杆后，可使钻机效率提高50%~100%，同时减少了起下钻时间，降低了装配和运输成本。

2、钻探深度超过钢铁钻杆的36%，且可以较少30%的表面转矩。

3、管的内表面上涂有一层非常耐腐蚀的涂层，这是一种纳米涂层( nano-coating) ，是美铝技术中心( Alcoa Technical Centre) 研发的，可在极端恶劣的钻探腐蚀条件下工作，使用寿命比没有涂层钻探铝合金管的长 30% ～40% 。

4、使用了FarReach 合金产品，每口井成本可以节约15万美元。