
海上鉆井平臺主要用于鉆探井的海上結構物。上裝鉆井、動力、通訊、導航等設備,以及安全救生和人員生活設施。海上油氣勘探開發(fā)不可缺少的手段。主要有自升式和半潛式鉆井平臺。
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目前大多數(shù)的海上鉆井平臺都是由鋼材制造而成。鋼材強度高,維護成本低等是它的優(yōu)勢所在。但是隨著鋼材的應用,銹蝕,使用期限短和維護成本高等問題也漸漸浮出水面。因此,尋找一種與鋼材強度接近、耐用性好、效果美觀好的新型材料,對海洋工程設備的發(fā)展具長遠的意義,而鋁型材的重量輕、強度高、耐腐蝕性、低維護費以及可回收再利用等許多優(yōu)點可以滿足發(fā)展的需要。
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鋁型材的具體優(yōu)點如下:
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、運輸和存放。鋁合金型材重量只是鋼結構材料的1/3。
2)適用性強。能適應于各種復雜惡劣的環(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的特性,可以制作出各種美觀的結構,外形更加時尚,美觀。
4)耐腐蝕、低維護。所有型材均經過防氧化處理,鋁型材使用壽命長達30年以上。
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隨著鋁合金越來越受海洋工業(yè)的重視,不少鋁業(yè)巨頭也進入了研發(fā)鉆井平臺用鋁合金部件的研發(fā)當中,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、高腐蝕介質井、超深井等施工中經常遇到鉆桿摩擦熱裂、氫脆、應力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤負載過大等問題。上述問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鉆桿的1/3,鋁合金鉆桿強度與質量之比是鋼質鉆桿的1.5~2.0倍,在鉆機能力一定的情況下,應用鋁合金鉆桿能夠達到鋼質鉆桿無法達到的井深。
2、耐腐蝕性好
鋁及其合金元素化學特性比較活躍,當其與氧反應后會在表面形成穩(wěn)定的氧化膜,阻止其與周圍環(huán)境進一步反應。鋁合金鉆桿在飽和CO2溶液里長期寢泡也不腐蝕。經過實際使用,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應力腐蝕斷裂。另外,鋼接頭與鋁合金管體接觸,后者對它會起到陰極保護的作用,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
分析結果表明:在相同鉆井工況下實施大位移鉆井作業(yè)時,采用鋼鉆桿時鉆柱所受的扭矩過大,扭矩已經超過了鉆桿的使用極限,而采用鋁合金鉆桿時鉆柱所受扭矩明顯下降。鋼鉆桿的鉆柱懸重均超過了上部鉆桿使用極限,存在過載拉伸斷裂問題,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,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,極大地提高了鉆機和鋼絲繩的使用壽命。
5、耐磨性
相對于鋼鉆桿而言,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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美國鋁業(yè)(ALCOA)FarReach 鉆桿特點介紹:
1、使用鋁合金鉆桿后,可使鉆機效率提高50%~100%,同時減少了起下鉆時間,降低了裝配和運輸成本。
2、鉆探深度超過鋼鐵鉆桿的36%,且可以較少30%的表面轉矩。
3、管的內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,使用壽命比沒有涂層鉆探鋁合金管的長 30% ~40% 。
4、使用了FarReach 合金產品,每口井成本可以節(jié)約15萬美元。
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