石油钻采设备结构件开裂情况与预防措施

摘 要：石油钻采设备作为开采石油的根本保障，设备运行稳定性直接关系到石油开采的质量以及安全性。但是，诸多石油钻采设备在实际应用过程中，结构件常会出现开裂的情况，影响设备运行，并增加安全事故出现的可能性。基于此，本文针对石油钻采设备结构件开裂情况展开分析，随后制定合理的预防措施，以此保证石油钻采设备有效运行。

关键词：石油;钻采设备;结构件开裂;预防措施

随着社会迅速发展，科学技术也随之完善。多种科学技术以及设备广泛用于各行各业内，为人们的生产以及生活提供更多便利，但对于能源以及资源的需求也随之增加。石油作为应用十分广泛的资源，其直接关系着我国发展。而石油行业的迅速发展，也带动石油钻采设备随之完善。然而，部分石油钻采设备结构件在应用过程中，常出现开裂的情况，无法充分出钻采设备的作用，故需制定合理的预防措施。

一、石油钻采设备结构件开裂原因分析

（一）层状撕裂

层状撕裂主要是指在厚大板焊接角接接头、T形接头、十字接头时，产生一种具有较强危害性，且不容易返修的裂纹[1]。石油机械设备常设计焊接结构，像固井压裂设备核心部件泵总成内的动力端端板以及壳体的焊接等工作。此种焊接结构很少会出现开裂的情况，但若母材自身存在缺陷或板厚方向的拘束力较大，则会形成开裂的情况。

层状撕裂会扩散至零件表面，可以通过观察或者探伤发现。但是，部分撕裂很难从外观发现，甚至使用超声波也无法及时监测，故其是一种潜在危险，需及时干预，对其进行修理，做好预防措施。

（二）焊接强度不足

石油设备结构件出现开裂的原因是焊接强度或材料的比例不高，但其常会出现。此时，出现开裂的因素主要如下：由于结构件设计不足。制造过程中出现假焊、焊接问题。焊接人员采用的焊接技术参数不当，像焊接线能量稍大等，知识焊接热影响材料性能显著下降，最终出现开裂的情况[2]。

（三）设计因素

部分寒冷地区内，由于结构件设计不够合理，常会出现开裂得的情况。大庆油田、海洋钻井等，常会出现固井压裂设备内的开裂问题，且固井水泥车的水罐罐体与主支撑结构内，为了减少焊接工作量以及变形的情况，常会选择断续焊，部分雨天作业的时候，会导致断续焊的缝隙内进水，且温度低于0℃的时候，缝隙内的水会结冰，随后出现结构开裂的情况。同时，像钻修井机的井架、底座等，其在实际设计的过程中，由于部分结构不封闭，且没有考虑开放水孔，故遇到雨水会结冰膨胀，最终出现开裂的情况。

（四）脆性开裂

脆性开裂作为工程结构内危险性较大的影响，该开裂的特点为裂纹迅速扩散，且能量消耗显著低于韧性断裂，塑性变形较为少见。脆性开裂出现之前，并没有任何的预兆，其是一种突然发生的情况。脆性拉伸断口表面呈颗粒状，属于一种平直类型，是在平面状态下出现的。脆性断裂常会在低应力条件下发生，故其会出现较大的恶性事故以及损失[3]。

二、石油钻采设备结构件开裂预防措施

（一）预防层状撕裂

由于层状撕裂的因素较多，故其预防措施需從多个因素分析，从材料选择、结构设计、焊接工艺等因素思考，随后根据正确的设计结构选择合适的焊接工艺，避免出现层状撕裂。首先，需要选择杂质较少、含硫量低、塑形较好的材料作为主要材料。其次，接头强度以及性能允许的情况下，焊缝金属可以全部或者局部塑形较好的软质填充金属。同时，可以镶入无层状撕裂的附加件，通常采用轧制型材，改善结构设计，既避免层状撕裂，又避免焊缝过于密集，变成应力集中较小的对接接头，以此实现预防的目的。最后，降低钢板厚度产生的拘束应力以及应变，合理设计焊接结构以及工艺。可以采用塑形较好的软焊缝，以此缓解母材厚度方向产生的应力，像焊接面上堆焊金属过渡层等。

（二）工艺预防措施

首先，需强化焊接试验，针对重要的结构可以采取光焊丝或者焊条进行打底，避免出现未焊透的情况。通过强化焊接控制措施，避免焊接前出现准备不合理的情况，减少强行组对以及装配的情况。其次，需要提高操作人员的质量认知，对制造、安装各个过程中可能出现的问题，进行预测，作业前需与操作人员进行技术交底，鼓励人员提出质疑。最后，强化焊接标准的学习力度，积极印发各类焊接标准，显著提升焊工人员的技能培训。通过制定、完善焊接厂标、焊接通用规范，保证焊接作业以及检验有章可循。

（三）设计预防措施

由于设计计算不够精准，再加上受力分析措施，致使焊接强度不满足实际需求。设计的过程中，需对结构的应用以及环境进行分析。通过强化焊缝的强度计算以及结构刚性计算工作，可以明确相关数据，避免出现弯曲变形，以此出现焊接裂缝。同时，还需重视结构对于环境的适应性，根据气候特点，避免积水冻裂出现开裂。设计人员需充分掌握焊接结构、接头的性能，保证其可以良好适应设计，提高焊接质量。

（四）预防脆性开裂

由于脆性开裂多是由于环境温度下降后，材料的塑形以及韧性随之下降，显著降低材料的抗开裂性能，导致钢结构出现脆性破坏的情况。因此，想要预防脆性开裂，需明确如下措施：首先，处于环境温度较低的情况时，需做好设备的各项保温、防冻措施。其次，积极改善设备的应用情况，像如何提升应用环境温度，减少冲击荷载。

结束语：

综上，导致石油钻采设备结构件开裂的因素较多，且多为结构设计以及制造过程，故需明确相关因素后，制定合理的解决措施。针对石油钻采设备结构件开裂的因素，企业需强化设计环节，采用合理的干预措施，从根本上强化结构件的质量，减少其开裂的可能性。

参考文献：

[1]王方彬，贺东洋，王子维. 石油钻采设备用阀杆断裂失效问题探讨[J]. 石油和化工设备，2022，25（01）：24-25+20.

[2]张斌，张志伟，孙娟，张文英. 一种石油钻采设备关键零部件再制造性的成本评估方法[J]. 辽宁石油化工大学学报，2021，41（03）：71-76.

[3]刘金贵，党曙昕，康学锋. 转锈稳锈材料在石油钻采设备薄壁件表面的应用[J]. 石油化工腐蚀与防护，2021，38（02）：45-47.

作者简介：张文平（1967.08-），男，汉族，安徽省枞阳人，本科，职称：助理工程师，研究方向：石油钻釆设备设计与制造工艺。