铝合金在石油化工中的优秀应用表现

1.钻探管

石油开采常采用钢质钻探管。美国雷诺金属公司自60年代起开始研制铝合金钻探管取得成功并获得了专利，产品以其优良的钻探特性广泛应用于石油钻探，特别是海洋和沙漠石油开采中。我国海洋石油丰富，海洋石油已成为我国石油工业的重要组成部分。陆上石油工业随着塔里木盆地石油钻探开发成功，正向沙漠地区延伸，因此，在我国铝钻探管的开发具有很大的市场。近年来，我国铝加工业发展迅速，铝加工材已广泛应用于国民经济各部门，但铝材在我国石油开采工业上的应用尚属空白，借鉴国外研究开发成功的经验，填补这一空白领域，对我国铝加工工业有现实的意义。

采用铝钻探管替代钢钻探管进行钻探，可以利用现有钻机而不需进行任何改造。实际使用证明，可以大大节约操作费用，足以弥补其较高的一次性投资。美国早在20世纪60年代就开始采用2014铝合金管钻探石油和天然气。铝合金管代替钢管具有以下优点：

1）质量轻，用同样的设备可以提升更长的钻杆，提升燃料可以减少15％～20％每台设备运送的总长度可以增加60％，钻机能力可以提高50％～100％。

2）可靠性好，不会发生火花，在有腐蚀性的钻井中，比传统钻探钢管还要耐用。

3）钻探性能良好，钻井深度可以增加30％，在深度钻探时，淘汰了层叠组合式钻具；减少了误动作所造成的损失，降低停工和维护费用。

4）耐热性强，可钻到8000米，井底温度为240℃时，仍然运行良好，可提高近海钻机的稳定性；钻探管的运行时间延长，并可回收重复利用。

5）低温性能好，在各种环境均可以作业。

下面以雷诺铝钻探管为例，介绍其性能和生产工艺。

雷诺铝钻探管2014-T6的化学成分见表8-1。

表8-1 铝钻探管2014-T6的化学成分（质量分数，％

图8-5是常见的铝合金的钻探管的结构形式

图8-5 铝合金的钻探管的结构形式

铝钻探管的生产采用变断面挤压法生产，其优点是铝合金管管身无缝，可对管子长度公差进行准确的控制。由于铝钻探管的长度较长，且具有内径不变、外径变化的变断面特性，因此，挤压生产需要大吨位挤压机和专门设计的模具及挤压轴和穿孔芯杆，挤压机的吨位一般应在50MN以上。铝钻探管生产的关键在于铝合金管的变断面挤压，变断面的挤压成形主要分为四个阶段。挤压后的铝合金管，经过立式淬火炉淬火及人工时效热处理后，进行两端管螺纹机加工，再经吹扫清洗检查后，在管内壁挂涂“DRIL-COTE”这类坚韧、有弹性、中性化学表面涂层，以延长铝钻探管的工作寿命并保持它的液压效率。

铝钻探管的生产工艺流程：熔炼—半连续铸造—均匀化处理—变断面挤压—立式淬火—拉伸矫直—人工时效—精密锯切—管头螺纹加工—吹扫清洗—检查—管接头装配—管内壁挂涂—包装—入库。

目前，阻碍铝合金管在石油钻探中大量应用的主要因素，一是人们对使用性能不熟悉，二是其成本比钢管约高50％。但从长远来看，其综合成本会低于钢管，其应用前景是非常广阔的。

2.铝塑复合管 铝塑复合管是一种综合性能优于金属管道和非金属管道的新型复合材料管道，不易脆裂，其耐受内外压力性能、线胀系数以及致密性、渗氧率等方面具有金属管道的优异性能，其耐腐蚀、寿命长、流阻小等方面又具有特种塑料管道的性能。因此，铝塑复合管已成为各种改性塑料管道、镀锌管道的替代品，可作民用燃气输送的理想管道，其结构如图8-6所示。(www.xing528.com)

（1）在输送酸碱液中的应用 输送酸碱等有严重腐蚀性的液体时，需要经久耐用安全可靠的输送管材。近年来虽然开发了不锈钢管道、橡胶管道、玻璃内衬管道等新型管材，较好地解决了管材腐蚀问题，但仍然存在不足。如不锈钢价格高，橡胶等材料易老化，玻璃内衬易碎等，有的还造成滴漏等浪费，留下安全隐患。

20世纪80年代末，欧美一些国家相继研制开发了金属与塑料相粘合的复合管材因其具有良好的使用性能和较低的生产成本，特别是由聚乙烯与铝合金胶粘而成的铝塑复合管，既消除了铜管、不锈钢管、镀锌管及塑胶管等传统管材的缺点，安装又十分简便，在世界管材市场得到了迅速发展。目前，在德国、美国、加拿大、英国、法国荷兰、日本等国家和我国已得到广泛使用这种管材可满足工业生产中安全可靠地输送各种液体的需要，可以在城镇供水系统中替代镀锌铁管，以改善水质，保证用水的清洁纯净。

铝塑管的内层和外层均为高密度聚乙烯（PE），中间层为铝合金。聚乙烯是一种化学性能稳定、耐腐蚀、耐高温、无毒无臭的高分子聚合物，铝合金则能提高管材的抗拉强度和抗压强度，聚乙烯和铝管之间用特殊的粘结剂紧密结合。

图8-6 铝塑复合管的结构

铝塑复合管是一种新型管材，具有以下优点：

1）耐酸碱等化学物质的腐蚀，不会生锈。

2）清洁卫生，安全无毒。

3）耐高温、高压，不会发生渗透现象。

4）保温性能好，在较冷的环境中不会发生霜冻。

5）重量轻、运输方便、施工简便、价格便宜，使用寿命在50年以上。

6）可用简单金属探测器探测出埋于地下或混凝土中的管子的位置，便于检修。

（2）在燃气输送管中的应用 燃气是一种可燃烧介质，不允许这种介质的泄漏或渗漏。铝塑复合管是以金属管道为骨架主干，内外涂覆聚乙烯塑料的复合管材，外层聚乙烯仅有0.4mm厚。铝管是良好的导热、导电材料，即便有局部明火产生热源，但由于外层可燃聚乙烯很薄，铝合金管壁有良好的导热、纵向散热性能，自身熔点为660℃，使局部明火热量很难集中，减少了着火危险。因此，铝塑复合管比纯聚乙烯管在阻燃性能方面有很大的提高。

铝塑复合管既有光滑的聚乙烯层，又有严密的粘结层，中间有致密的金属层，这样严密的组合，是不可能泄漏和渗漏的，并且，采用了密封性能和拉拔性能良好的管接头方式。铝塑复合管的持久耐压指标2.7MPa，爆破耐压7.0MPa，选择的工作压力是0.4MPa，其设计安全系数是7倍以上。因此，爆破、失效破裂可能性也不大。

燃气对管道的侵蚀，特别是人工煤气中冷凝液所含苯及其他芳香烃成分对管道的侵蚀。铝塑复合管由于中间层是金属铝管，即便内层聚乙烯饱和吸收苯类芳香烃族化合物达9％，造成屈服强度降低，但是铝管的强度以及外层聚乙烯由于铝管的隔离，并未吸收芳香烃类化合物，不会产生“溶胀”，强度依然不会降低。由于中间铝管的强力保护，内层聚乙烯吸收苯后，无法形成大面积溶胀空间，无法形成较大管环应力，因此，也不可能加速脆化破坏现象。铝塑复合管的良好结构正好弥补了聚乙烯管的不足。

发达国家和地区在燃气输送管方面，早在20世纪70年代初就已推广采用特种塑料管替代镀锌金属管。英国、澳大利亚、美国加利福尼亚等煤气公司，以及我国台湾的欣欣瓦斯公司、新海瓦斯公司都在20世纪80年代末采用铝塑复合管作为家庭燃气配管日本经过一些地区大地震验证，铝塑复合管作民用燃气输送时，因其既具有刚度、抗压强度，又具有韧性和塑性变形能力，表现出极佳的抗震性能，抵御机械破坏能力。因此，日本各城市的煤气业已决定大面积使用铝塑复合管作为煤气管。瑞士F.A.E.S公司所生产的铝塑复合管，在1993年即获得瑞士煤气和供水工业公司（SSIGE）和煤气技监部门（TPG）认可，用于民用煤气的地面安装和地下埋入安装。

澳大利亚标准AS4176“聚乙烯／铝和交联聚乙烯／铝复合管”规定复合管用于输送煤气时，可分为500等级，其工作压力不超过500kPa，工作温度在－20～35℃范围。美国材料与试验协会ASTM FI335“铝塑复合压力管”中也指出铝塑复合管可用于包括燃气的各种气体输送。