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,是海上油氣勘探開發不可缺少的手段。其主要有自升式和半潛式鉆井平臺。
目前大多數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點可以滿足發展的需要。
鋁型材的具體優點如下:
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。
隨著鋁合金越來越受海洋工業的重視,不少鋁業巨頭也進入了研發鉆井平臺用鋁合金部件的研發當中,美鋁就研發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。
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定的氧化膜,阻止其與周圍環境進一步反應。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,但鉆桿的薄弱環節在管體,接頭一般不容易發生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。