钻井机械设备腐蚀原因及应对策略

杨超

摘 要：钻井机械设备成本高昂，是施工现场实施挖掘开采的重要技术设备，一旦发生腐蚀，会严重影响其使用质量，进而引发工期延长、成本提高、安全事故等负面问题。因此，合理科学的养护钻井机械设备可以降低施工成本。基于此，本文首先分析了钻井机械设备腐蚀的原因，其次简要概述设备腐蚀带来的影响，最后提出了防止设备腐蚀的应对方法建议。

关键词：钻井机械设备;设备腐蚀;设备养护

引言：钻井机械设备由钻机、井架、底座以及钻井振动筛等部件组合而成。由于钻井设备大部分由金属构成，且设备长期露天裸露在室外，因此在日常施工时难免遭受腐蚀。业内因钻井机械设备零件锈蚀导致设备失灵报废而产生损失的问题经常发生，因此有必要找出钻井机械设备的腐蚀诱因，并深入探究防止腐蚀的策略，这对于提高整体施工效益有着重要意义。

1.钻井机械设备腐蚀损坏的诱因

1.1钻井设备零件物理形变磨损

此种腐蚀损坏是由于设备使用寿命不可避免的设备老化，因钻井机械持续高强度运作，与钻井液，土面，或石油海水等作业对象接触，造成冲击冲蚀，若本身已发生零件锈蚀的现象，零部件的整体结构因表面金属锈质多孔的结构，导致设备结构被破坏，在继续的高强度掘采作业中发生形变磨损。导致设备物理形式的形变磨损，其根本原因还是设备受到不同程度的腐蚀导致设备坚硬度下降。

1.2电化学腐蚀

此种腐蚀是指钻井设备的金属部分由于存在正负极，电流可以在其中流动，而在水汽环境中与介质发生电化学反应，发生锈蚀。钻井设备零件日常暴露在大气环境，与酸碱盐溶液的反应都属于该类腐蚀。其中浓差类电池反应与微电池反应是钻井设备的电化学腐蚀的主要构成部分。钻井机械设备施工时，需要用到钻井液与盐卤，而这两种材料在潮湿环境都极易与金属发生电化学反应，从而蚕食钻井机械设备的外部结构。

1.3化学腐蚀

此种腐蚀是指，钻井设备外露的金属部分，在接触氧气、氯气和硫化氢等非电解质时，尤其金属的钻井头在表面温度升高时发生化学反应，导致金属氧化、氯化、硫化腐蚀。该类腐蚀与电化学腐蚀不同的是，钻井零部件的金属部分不产生电流，且该类腐蚀只在特定的环境状态条件发生。在当掘采作业开始时，地下若因地质原因有硫化氢等气体产生并从钻井内溢出，钻井头此时正处于高压高温的状态，极容易受到气体的化学腐蚀。钻井设备发生化学腐蚀虽然环境条件苛刻、但相比电化学腐蚀，化学腐蚀对设备结构的破坏性更强，腐蚀速度更快。

1.4综合环境腐蚀

此种腐蚀是当钻井机械设备处于极端恶劣天气环境下，如风沙，连续阴雨，石油与海平面等气候场地中作业或待机时，由电化学反应与化学反应综合发生导致的腐蚀。沙土覆在设备表面时，其蓬松多孔的结构更易藏留水汽或电解溶液，而后导致同时发生化学与电化学反应，连续不断地侵蚀着金属设备。土地环境也是导致综合环境腐蚀的原因，我国部分土地的地质情况是土地中含有大量的碳酸盐物质，在沙土的催化下，从设备锈蚀的表面渗入内部急剧腐蚀[1]。

2.钻井机械设备腐蚀对设备使用的不良影响

钻井机械设备的表面腐蚀，将导致金属零部件的皲裂，损伤，穿孔，开裂等物理形变，进而继续渗透腐蚀内部。而钻井机械设备的内部腐蚀，会破坏金属零部件的整体结构，造成机械条件散热不良，硬度不满足作业需求。零部件连接处被腐蚀结晶会导致设备之间的间隙过大无法正常复位，影响作业精度，严重时会发生零部件卡死或断裂。钻井机械设备的内部电路遭受腐蚀会导致相关电子元件线路虚接故障，甚至短路烧毁，影响正常使用。

3.钻井机械设备腐蚀问题的应对策略

3.1做好工程施工的事前考察工作

钻井机械设备施工作业之前应当事先指派专门的施工技术考察人员深入一线现场勘查信息，事前考察主要是对施工作业的场地，地质信息，与气候地理自然环境等因素的综合考察，再将勘察信息整理分析，研究出适合施工作业地点的施工周期与部署。根据大气与土质或水质条件，合理调整钻井作业的施工周期与石油钻井机械设备的防腐蚀准备维护工作。

3.2避免连续高强度作业，科学制定施工周期

在布置钻井机械设备的施工现场，相关负责人应当科学制定施工周期，非必要情况应当尽量避免操作员使用钻井机械设备长期进行高强度作业，导致钻井机械的金属材料在连续长期不间断的循环应力下、产生永久性累计损失的疲劳现象。合理科学的制定施工周期是延缓钻井机械设备物理性质老化破损的有效手段。如若非常时期需要持续高强度作业，应当在施工完毕后第一时间做好钻井机械设备的养护检修工作。

3.3钻井机械设备的设计结构改良

钻井机械设备要从设计结构上改良，在确保可以满足施工作业精度的前提下，应当尽量使用简单的几何形状，应尽量避免设计多缝隙、多孔结构、因为如果当零部件的几何形状设计不合理时引起机械应力作用、热应力作用、表面积液或者涂装破损等因素，致使钻井设备部件局部腐蚀。而多缝隙、多孔结构会给锈蚀提供天然的反应场所，最终由点到面的腐蚀。机械设备应当避免设计向上开口的容器结构，如果无法避免，应在对应的合适位置加设排水孔。最后应当避免钻井机械设备出产时存在焊接缺陷，导致出现焊接缺陷的表面痕迹可以容纳沙土积液。

3.4钻井机械设备的制造材料改良

钻井机械设备的施工地点环境条件与其他机械设备相比极其特殊，它自身非常容易受到钻井液盐卤或土质中的碳酸盐还有其他等物质的综合腐蚀，因此在设备制造材料上的选取尤为重要。应当尽可能的选择用如16MnCu、09MnCupTi等普通低合金的耐腐蚀钢材制造材料。此外，在整体钻井机械设备的材料选取上，各个位置的零部件应当尽量选取为同一种金属材料，这样的原因是不同的金属互相挤压摩擦升温后易发生电偶腐蚀，而同种金属材料可以避免该现象，防止二次腐蚀，互相损坏[2]。

3.5针对极端恶劣环境，选取工业涂装

还应根据施工的环境气象地质的条件不同，选取不同的工业涂装。通常情况底层涂料选用干膜厚度60至80um的环氧富锌涂料，中层选用干膜厚度60至80um的环氧云铁涂料，面层选用40至80um的丙烯酸聚氨酯涂料，视施工地的气象地质条件也可选用改性纳米Al2O3/环氧树脂复合涂料。底面与中层还有面层涂料应尽量选择同一家生产商生产的产品。在对钻机机械设备进行涂装之前，应当先进行表面除锈与抛光处理，涂装的环境为5至35摄氏度之间，且要控制金属基体的表面温度高于露点温度3摄氏度。涂膜未干透时应当遮挡摆放，避免被暴晒、雨淋、污染、损坏。被污染、破损的涂装，应当清理破损点的表面，对涂装进行修补[3]。

3.6技术人员定期做好钻井机械设备的维修保养工作

正式投入应用后，应安排专门的技术人员负责对钻井机械设备的钻机、井架、底座、以及钻井振动筛等部件进行定期保养，主要是对部件进行表面处理。钻井机械设备部件的表面处理包括除污，清除划痕与刻痕，部件主体与部件连接处的表面除锈，修补防腐蚀涂装等工作，防止设备外部腐蚀。此外还应定期检修内部电子线路，如有损坏，需要及时拆除更换，以避免发生因钻井设备故障失灵导致设备进一步损坏。

结语：综上所述，钻井机械设备锈蚀的原因主要是，受到施工环境影响电化学与化学反应的综合发生，破坏了设备表面与内部结构，致使设备物理形变损坏。而防止设备因腐蚀而损毁，需要详尽地掌握施工地点的环境信息，从而根据地质水质气象等条件部署科学的施工周期。此外，在制造设备上要使用合理的工艺结构与材料，并配合以涂装保养，才能最大程度降低设备腐蚀损坏的风险，通过缩减成本与提升效率来提高整体施工效益。

參考文献：

[1]钟晖.浅议钻井机械设备腐蚀机理及相关对策研究[J].石化技术，2017，24（12）：264.

[2]李丙虎.石油钻井机械设备腐蚀原因及措施[J].化工管理，2020（24）：151-152.

[3]刘洋.石油钻井机械设备腐蚀原因及措施探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（19）：46-47.