我国铝合金钻杆的应用前景展望

2020-10-22赵富胜

有色金属加工 2020年5期

赵富胜

(中色科技股份有限公司，河南洛阳 471039)

铝合金钻杆具有密度小、比强度高、极限下入深度大、钻柱重量显著降低以及耐H2S腐蚀、低温韧性好、无磁性[1]等优点，在我国油气资源勘探开发中可重点应用于深层油气藏领域，低压、低渗油气藏及页岩气领域，高酸性油气藏领域，海洋石油领域及可燃冰开采等最新领域[1]。随着我国能源尤其是石油、天然气能源对外依存度的逐年提高，能源安全形势严峻，迫使我国加大国内油气勘探、开采力度，同时国内油气勘探、开采的深度逐年增加，这对于铝合金钻杆来说是一个促进其应用和发展的历史机遇。

1 应用现状

自上世纪60年代铝合金钻杆由瑞典的克芮留斯公司研制成功以来[2]，至上世纪70年代，前苏联就将其大规模应用于钻探工业[3]；同期的美国、法国、德国及日本均开发了不同规格和用途的铝合金钻探管。我国自2000年开始在生产实践中应用铝合金钻杆来替代钢钻杆[4]，2009年，中国石油塔里木油田使用高强度铝合金钻杆完成了多口井的作业[1]；2012年中国海洋石油公司在南海惠州油田HZ25-4井使用高强度铝合金钻杆实现了高难度复杂井的高效率钻井[1]；2014年开钻的亚洲最深的大陆科学探井“松科二井”中成功应用了铝合金钻杆[2]；2017年中煤地质工程总公司首次全井批量使用邹城德通钻杆公司生产的国产化铝合金钻杆进行丛式井作业[1]；2018年广州海洋地质调查局曾就地质十号船地质钻探系统的深水钻探作业公开招标一批铝合金钻杆及其配套设备，中标金额达1596万元[5]。从目前已公开的资料来看，我国铝合金钻杆主要应用在塔里木油田。

我国铝合金钻杆尚未取得大规模应用，有两个原因。一是铝合金钻杆的标准化进程缓慢，目前已有的铝合金钻杆国家标准只有3个，分别是GB/T20659-2017《石油天然气工业铝合金钻杆》于2018年5月1日实施，GB/T37265-2018《石油天然气工业含铝合金钻杆的钻柱设计及操作极限》于2019年7月1日实施，GB/T37262-2018《石油天然气工业铝合金钻杆螺纹连接测量》于2019年7月1日实施。另一个原因是铝合金钻杆的国产化进程缓慢，笔者了解到的是目前国内能够小批量提供铝合金钻杆材料(铝合金变断面管材)的生产厂家只有两家，一个是利源精制，一个是兖矿轻合金。从世界范围来看，铝合金钻杆已被广泛应用于油气开采和地质勘探业，证明了其已经成为了一种成熟可靠的钻探用材料与工具。而我国在铝合金钻杆的研发、应用、生产等起步较晚，是影响其至今尚未开展规模应用的重要因素。

2 我国油气勘查开发政策

2014年6月7日，国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划(2014-2020)年》[6]，该《行动计划》分总体战略、主要任务和保障措施3部分。《行动计划》在“总体战略”中的“战略方针与目标”中明确提出了“立足国内战略”，要“坚持立足国内，将国内供应作为保障能源安全的主渠道，牢牢掌握能源安全主动权。发挥国内资源、技术、装备和人才优势，加强国内能源资源勘探开发”。《行动计划》将“增强能源自主保障能力”列为五个“主要任务”的第一位，要求“稳步提高国内石油产量”，“坚持陆上和海上并重，巩固老油田，开发新油田，突破海上油田”，“加快海洋石油开发。按照以近养远、远近结合，自主开发与对外合作并举的方针，加强渤海、东海和南海等海域近海油气勘探开发，加强南海深水油气勘探开发形势跟踪分析，积极推进深海对外招标和合作，尽快突破深海采油技术和装备自主制造能力，大力提升海洋油气产量”。

2014年6月13日召开的中央财经领导小组第六次会议上，习近平总书记在讲话中指出“推动能源供给革命，建立多元供应体系。立足国内多元供应保安全”。

2018年9月5日，国务院印发的《国务院关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》[7]中指出“加大国内勘探开发力度，力争到2020年底前国内天然气产量达到2000亿立方米以上”；“统筹国家战略和经济效益，强化国有油气企业能源安全保障考核，引导企业加大勘探开发投入，确保增储上产见实效”；“研究将中央财政对非常规天然气补贴政策延续到“十四五”时期，将致密气纳入补贴范围”。

2019年1月8日，国务院副总理韩正在国家能源局调研并主持召开座谈会中指出“要立足中长期能源需求走势，加快实施重点项目和重大举措，加大油气勘探开发力度，加快天然气产供储销体系建设，提供稳定的政策支持，强化油气供应保障能力”。

2019年5月24日，国家能源局在北京组织召开大力提升油气勘探开发力度工作推进电视电话会议，会议指出，石油企业要落实增储上产主体责任，不折不扣完成2019-2025年七年行动方案工作要求；同时，各部委和地方政府各部门要充分发挥协同保障作用，在加强用地用海保障、优化环评审批、加大非常规天然气财税支持等方面配套稳定的支持政策，保障重点项目落地实施。

中石油编制了《2019-2025年国内勘探与生产加快发展规划方案》，“致密气”开发将成为未来中石油天然气开发重点。该方案将2020年致密气产量调增到320亿m3，2025年达到350亿m3；中石油旗下生产致密气的主力军长庆油田，则将2025年的油气年产量目标提高到了6300万t油当量；同时，中石油还表示未来要加大页岩气勘探开发力度，并对页岩气相关指标进行了调整，增加页岩气产量：2020年页岩气产量力争达到120亿m3，到2025年产量达到240亿m3，产量再翻一番[8]。

中海油编制的《关于中国海油强化国内勘探开发未来“七年行动计划”》，提出到2025年，公司勘探工作量和探明储量要翻一番，探明储量将超50亿桶[8]。

中石化暂未披露其相关计划，但计划将2019年勘探开发支出同比增加41%，接近600亿元人民币[8]。

3 我国油气勘查、生产现状

图1和图2分别为2015-2018年我国油气勘查开采投资及钻井情况。

2015-2016年全球油价持续低迷，国内油气勘察开采投资情况跌入谷底，但是自2017年国际油价稳步上升，油气行业逐渐回暖，国内油气勘察开采投资触底回升，至2018年则是持续回升，勘查开采投资及钻井数量有较大幅度的增加。

表1为我国2008-2018年原油、天然气表观消费量及对外依存度统计表。随着我国经济的快速增长，对油气的需求日益加大，油气短缺趋势逐年加大。油气对外依存度逐年增高，给国家能源安全带来的风险逐年增加，因此，我国亟需加大石油及天然气的勘探开发力度，进而提高油气能源的自给率。但是我国大部分浅层油气藏已逐步进入难动用阶段，技术要求逐渐增高，成本也逐渐增高[11]。

表1 2008-2018年我国原油、天然气表观消费量及对外依存度统计表[10]

根据全国第三次资源评价成果统计，深层油气资源丰富，石油资源量为304×108t，占石油总资源量的40%，其中深层探明储量为17.93×108t，探明率为5.9%；天然气资源量为29.12×1012m3，占天然气总资源量的60%，其中深层探明储量为1.64×1012m3，探明率为5.6%。深层资源探明率较低，发现新储量潜力大，随着地质理论认识的创新与技术进步，预计到2020年深层天然气储量比例将由目前的25%增加到60%、产量比例由目前的20%增加到53%，石油将会持续保持稳定增长，深层将会在我国油气资源可持续发展中占到举足轻重的地位，深层油气资源将成为能源安全的重要战略领域[11]。

近些年，国内的西南油气田、塔里木油田等主要增储油气田，大量新探明油气资源的埋藏深度达到4000m、5000m甚至7000m以上，并且相当一部分资源储存在致密的页岩或低渗岩石中[12]。近两年，塔里木油田实现7000m超深井钻井常态化，具备8000m钻井能力，每年钻探6000m以上超深井超过110口，占到我国超深井钻探的一半以上。“十三五”以来，钻探的7000m以上超深井占到我国超深井数量的75%以上，成功钻探轮探1、克深21等6口8000m以上超深井[13]。

4 铝合金钻杆的应用前景展望

从我国的油气政策来看，为了保障我国能源安全，随着各大油企2019-2025年七年行动计划开始实施，未来6年(2020-2025年)，“加强国内油气勘探开发”将会是中国油气开发及能源安全保证的国家战略，同时我国将进入深层油气田开发时代，而铝合金钻杆适合于3000m～7000m以上[14]的深井钻探，将会给铝合金钻杆的应用带来机遇。

中国石油集团石油管工程技术研究院冯春和杨尚谕曾理论计算在垂深7000m时，铝合金钻柱(含钻头、钻铤、稳定器、钻杆、专用接头及方钻杆)的理论重量为191.7t，垂深15000m时，铝合金钻柱的理论重量为353.7t[1]。根据塔里木油田深井钻探数量，估算全国每年6000m以上深井钻井数量约为200口左右，占全国每年钻井数量不到1%。以此，假设2020-2025年每年全国6000m以上深井钻井数量200口，根据GB/T37265-2018《石油天然气工业含铝合金钻杆的钻柱设计及操作极限》整体接头ADP钻杆的重量在13.2kg/m～15.2kg/m，取中间值14kg/m，按照6000m井深计算，每口井用铝合金钻杆约为80t，考虑到实际应用中常用钢钻杆+铝合金钻杆组成钻柱的情况，每口井平均用铝合金钻杆考虑为50t，则平均每年需要铝合金钻杆10000t，仅占到我国目前油井管平均消耗量350万t[15]的0.28%，2020-2025年的总需求量为60000t。