鋁鉆桿替代鋼鉆桿是必然趨勢(shì)
http://m.hxud.cn 2013-02-01 09:44 中企顧問(wèn)網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：全球鋁鉆探桿產(chǎn)量30萬(wàn)噸，供需基本平衡，預(yù)計(jì)到2015年鋁鉆探桿需求可達(dá)50萬(wàn)噸以上，中國(guó)鋁鉆桿需求約為1萬(wàn)噸/年。
1、技術(shù)上鋁鉆桿相對(duì)鋼鉆桿優(yōu)勢(shì)明顯。
鋁的最大優(yōu)點(diǎn)在于輕便，鋁的強(qiáng)度質(zhì)量比是鋼的1.5-2倍，對(duì)8000米以上的深井，外徑139mm，壁厚10.54mm的常規(guī)鋼鉆桿重量約300噸，鋁鉆桿重量只需100噸，因此鋁鉆桿比鋼鉆桿顯示出更強(qiáng)的鉆深能力。
抗腐蝕，鋁合金鉆桿可有效防止H2S和CO2腐蝕。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)境的進(jìn)一步反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明，鋁合金鉆桿在飽和H2S溶液和CO2溶液里長(zhǎng)期浸泡也不腐蝕。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和CO2的腐蝕。
抗疲勞，交變彎曲和動(dòng)應(yīng)力抵抗力是鋼的三倍。鋁合金鉆桿彈性模量小，在曲率大的定向井和水平井中使用鋁合金鉆桿時(shí)，鉆柱與裸眼井段和套管井段的摩擦力減小，而且鋁合金鉆桿具有良好的抗彎曲載荷性能，更適合曲率大的定向井和水平井，其最大水平井段可達(dá)1000m。
鋁合金鉆桿具有無(wú)磁特性。無(wú)鋼接頭鋁合金鉆桿具有與鎳鈷合金相似的無(wú)磁特性，這對(duì)磁性測(cè)井是有利的。
2、經(jīng)濟(jì)上鋁鉆桿長(zhǎng)期回報(bào)高。
使用鋁合金鉆桿可顯著降低大鉤負(fù)荷。在鉆井液密度相同的情況下，鋁合金的浮力系數(shù)比鋼的浮力系數(shù)小得多。例如，鉆井液密度為1.2kg/L時(shí)，鋁合金的浮力系數(shù)為0.57，幾乎降低了鋁合金的一半重量；而鋼的浮力系數(shù)為0.85。因此，使用鋁合金鉆桿可顯著降低大鉤負(fù)荷，極大提高鉆機(jī)和鋼絲繩的使用壽命。
由于鋁合金鉆桿比鋼鉆桿輕，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。采用同一型號(hào)的鉆機(jī)鉆進(jìn)深度增加30-80m。深度25m、35m、50m升降操作所節(jié)約的時(shí)間分別為70％、170％、252％。生產(chǎn)效率提高6％-10％。
前蘇聯(lián)地質(zhì)部門(mén)在800-2000m深度，地層較為復(fù)雜的鉆孔，采用壁厚76～93mm直徑的鉆頭鉆進(jìn)，鋁合金鉆桿比壁厚50mm的同等級(jí)鋼鉆桿消耗的功率降低一半，每米成本下降2-5美元。鋁合金鉆桿是俄羅斯Kola井創(chuàng)造世界超深井紀(jì)錄的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有4000kN能力的鉆機(jī)額定最大鉆井深度為8000m，但用鋁合金鉆桿取代鋼鉆桿后鉆進(jìn)深度達(dá)到12262m。
3、國(guó)外應(yīng)用普遍，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間很大。
鋁鉆桿占到俄羅斯總掘進(jìn)數(shù)50%以上，美國(guó)總掘進(jìn)數(shù)60%以上。全球鋁鉆探桿產(chǎn)量30萬(wàn)噸，供需基本平衡，預(yù)計(jì)到2015年鋁鉆探桿需求可達(dá)50萬(wàn)噸以上，中國(guó)鋁鉆桿需求約為1萬(wàn)噸/年。
中國(guó)的鉆探環(huán)境日益惡劣，對(duì)鋁鉆桿的需求很強(qiáng)烈，但由于進(jìn)口價(jià)格高達(dá)30-40萬(wàn)/噸受到抑制。我國(guó)今后一段相當(dāng)長(zhǎng)的期間要大力發(fā)展石化天然氣工業(yè)、深層和海底地質(zhì)勘查與鉆探工作，如克拉瑪依、柴達(dá)木盆地、吐魯番、大慶油田以及渤海、東海、黃海、南海等海底油田的勘探與開(kāi)發(fā)等，這些新開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，由于深度大、地質(zhì)與地理?xiàng)l件復(fù)雜、技術(shù)難度大，都需要使用新型的鋁合金桿鉆具，這就為鋁鉆探管的發(fā)展鋪平了道路。石化和地質(zhì)部門(mén)多次強(qiáng)調(diào)要國(guó)產(chǎn)化，并主張以鋁代鋼。2011年5月，中石化的鋁鉆桿項(xiàng)目通過(guò)專家組認(rèn)證，經(jīng)過(guò)2年左右的時(shí)間，我們預(yù)計(jì)鋁合金鉆桿在中國(guó)的應(yīng)用接近成熟。
鋁的最大優(yōu)點(diǎn)在于輕便，鋁的強(qiáng)度質(zhì)量比是鋼的1.5-2倍，對(duì)8000米以上的深井，外徑139mm，壁厚10.54mm的常規(guī)鋼鉆桿重量約300噸，鋁鉆桿重量只需100噸，因此鋁鉆桿比鋼鉆桿顯示出更強(qiáng)的鉆深能力。
抗腐蝕，鋁合金鉆桿可有效防止H2S和CO2腐蝕。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)境的進(jìn)一步反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明，鋁合金鉆桿在飽和H2S溶液和CO2溶液里長(zhǎng)期浸泡也不腐蝕。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和CO2的腐蝕。
抗疲勞，交變彎曲和動(dòng)應(yīng)力抵抗力是鋼的三倍。鋁合金鉆桿彈性模量小，在曲率大的定向井和水平井中使用鋁合金鉆桿時(shí)，鉆柱與裸眼井段和套管井段的摩擦力減小，而且鋁合金鉆桿具有良好的抗彎曲載荷性能，更適合曲率大的定向井和水平井，其最大水平井段可達(dá)1000m。
鋁合金鉆桿具有無(wú)磁特性。無(wú)鋼接頭鋁合金鉆桿具有與鎳鈷合金相似的無(wú)磁特性，這對(duì)磁性測(cè)井是有利的。
技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上存在鋁鉆桿對(duì)鋼鉆桿的替代
鋁鉆桿生產(chǎn)中變徑技術(shù)和偏心率是關(guān)鍵
2、經(jīng)濟(jì)上鋁鉆桿長(zhǎng)期回報(bào)高。
使用鋁合金鉆桿可顯著降低大鉤負(fù)荷。在鉆井液密度相同的情況下，鋁合金的浮力系數(shù)比鋼的浮力系數(shù)小得多。例如，鉆井液密度為1.2kg/L時(shí)，鋁合金的浮力系數(shù)為0.57，幾乎降低了鋁合金的一半重量；而鋼的浮力系數(shù)為0.85。因此，使用鋁合金鉆桿可顯著降低大鉤負(fù)荷，極大提高鉆機(jī)和鋼絲繩的使用壽命。
由于鋁合金鉆桿比鋼鉆桿輕，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。采用同一型號(hào)的鉆機(jī)鉆進(jìn)深度增加30-80m。深度25m、35m、50m升降操作所節(jié)約的時(shí)間分別為70％、170％、252％。生產(chǎn)效率提高6％-10％。
前蘇聯(lián)地質(zhì)部門(mén)在800-2000m深度，地層較為復(fù)雜的鉆孔，采用壁厚76～93mm直徑的鉆頭鉆進(jìn)，鋁合金鉆桿比壁厚50mm的同等級(jí)鋼鉆桿消耗的功率降低一半，每米成本下降2-5美元。鋁合金鉆桿是俄羅斯Kola井創(chuàng)造世界超深井紀(jì)錄的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有4000kN能力的鉆機(jī)額定最大鉆井深度為8000m，但用鋁合金鉆桿取代鋼鉆桿后鉆進(jìn)深度達(dá)到12262m。
3、國(guó)外應(yīng)用普遍，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間很大。
鋁鉆桿占到俄羅斯總掘進(jìn)數(shù)50%以上，美國(guó)總掘進(jìn)數(shù)60%以上。全球鋁鉆探桿產(chǎn)量30萬(wàn)噸，供需基本平衡，預(yù)計(jì)到2015年鋁鉆探桿需求可達(dá)50萬(wàn)噸以上，中國(guó)鋁鉆桿需求約為1萬(wàn)噸/年。
中國(guó)的鉆探環(huán)境日益惡劣，對(duì)鋁鉆桿的需求很強(qiáng)烈，但由于進(jìn)口價(jià)格高達(dá)30-40萬(wàn)/噸受到抑制。我國(guó)今后一段相當(dāng)長(zhǎng)的期間要大力發(fā)展石化天然氣工業(yè)、深層和海底地質(zhì)勘查與鉆探工作，如克拉瑪依、柴達(dá)木盆地、吐魯番、大慶油田以及渤海、東海、黃海、南海等海底油田的勘探與開(kāi)發(fā)等，這些新開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，由于深度大、地質(zhì)與地理?xiàng)l件復(fù)雜、技術(shù)難度大，都需要使用新型的鋁合金桿鉆具，這就為鋁鉆探管的發(fā)展鋪平了道路。石化和地質(zhì)部門(mén)多次強(qiáng)調(diào)要國(guó)產(chǎn)化，并主張以鋁代鋼。2011年5月，中石化的鋁鉆桿項(xiàng)目通過(guò)專家組認(rèn)證，經(jīng)過(guò)2年左右的時(shí)間，我們預(yù)計(jì)鋁合金鉆桿在中國(guó)的應(yīng)用接近成熟。
