空气钻井钻具腐蚀研究

高玉庆(大庆钻探集团钻井三公司15153钻井队 黑龙江大庆163000)

钻具腐蚀问题是石油钻井过程中常见的问题，而且随着井深的不断增加，井下条件不断的复杂，钻具腐蚀现象更为严重。随着钻具腐蚀的不断加剧，容易造成钻具的疲劳损坏，容易发生井下钻具穿孔甚至断裂等严重钻井事故，一旦出现该类事故，将会造成巨大的损失。特别是在空气钻井过程中，由于空气钻井特殊的钻井工艺，加剧了井下条件的复杂性，进而加剧了钻具的腐蚀磨损。通过对钻具腐蚀类型和腐蚀机理的研究，得到防治空气钻井钻具腐蚀的措施，可以有效的减缓空气钻井的钻具腐蚀，因此需要不断的加强空气钻井钻具腐蚀与防护的研究。

一、空气钻井钻具腐蚀的类型分析

在空气钻井过程中，对钻具产生腐蚀的介质和常规的钻井液并不相同。在空气钻井的过程中，钻井液中空气中含有氧气，加剧了钻具的腐蚀。由于钻井液产生的压力较小，地层中的流体会不断的流向井筒中，地层中高矿物含量的水会对钻具产生较大的腐蚀。如果油藏中含有硫化氢或者二氧化碳，从油藏中涌出的硫化氢和二氧化碳也会对钻具生产较大的腐蚀。

研究数据表明，钻具的腐蚀百分之七十左右是由钻井液导致的。钻井液中氧气的存在是导致钻具腐蚀的主要原因。由于氧气的氧化腐蚀作用，会对钻具产生腐蚀磨损，而且含有的氧气还会和钻井液中二氧化碳等气体反应，加剧对钻具的磨损。避免钻井液中的氧气对钻具磨损的方法，主要有可以在钻井液中加入一定量的除氧剂，同时可以加入适量的防止氧化腐蚀的药剂。二氧化碳通常条件下不会和金属发生腐蚀反应，但是如果有水存在后，就容易对金属造成腐蚀。在空气钻井中，二氧化碳会溶解到钻井液中，二氧化碳与水反应生产碳酸，生产的碳酸会和钻具金属发生电化学反应，从而造成了钻具的腐蚀。防止二氧化碳钻具腐蚀的方法，主要是在钻井液中添加碱类化合物，将钻井液由酸性调为碱性，阻碍碳酸和钻具的电化学反应。然后再在钻井液中加入相应的有机类缓蚀剂。在气体钻井过程中还会存在腐蚀介质对钻具的磨蚀，气体携带的岩屑、砂粒等固体颗粒，在井筒环空中以较高的速率上返，上返的速度一般在十五米每秒左右，甚至会更高。高速运动的固体颗粒、气体和液体，会对钻具表面产生较大的磨蚀磨损。通过在钻井液中添加防腐剂，使防腐剂和钻具表面反应，从而在钻具表面形成一层保护膜，削弱了高速运动的岩屑、砂粒等对钻具表面的冲蚀磨损。细菌在特定的条件下，也会对钻具产生一定的腐蚀。造成油田材料腐蚀的细菌，主要是硫酸盐细菌。硫酸盐细菌主要分为两类，一类是高温细菌，另一类是低温细菌。硫酸盐细菌是一种常见的钻具腐蚀细菌。在地层深部的钻具表面，受到电化学腐蚀作用的影响，在腐蚀阴极表面产生氢气原子，产生的氢气原子附着在钻具的表面，而不会聚集形成气体。氢气原子在钻具表面的附着，会削弱钻具金属表面的阴极反应，甚至会造成反应的停止。但是如果钻井液中存在硫酸盐细菌时，硫酸盐细菌可以利用钻具表面附着的氢原子，将硫酸根离子中的硫还原，这样就加快了钻具金属表面的阴极反应。经过化学反应得到的金属亚铁离子和硫离子反应，生产硫化亚铁沉淀。所以当空气钻井钻井液中含有硫酸盐细菌时，在钻具表面产生腐蚀沉淀物为黑色，而且具有刺鼻性臭味。如果钻井液中含有的细菌较多，空气钻井过程中对钻具的腐蚀越严重。

二、空气钻井钻具腐蚀的防治措施分析

在地层出水的情况下，导致空气钻井钻具腐蚀的主要包括，钻井液中溶解氧产生的腐蚀，地层中矿化物产生的腐蚀，高速液体气体流动过程中携带的岩屑砂粒对钻具产生的冲蚀磨损。地层的温度和地层中含有矿化物的量，是不能够人为改变的。但是空气钻井过程中，空气中氧气的含量是可以改变的。如果想降低钻井液中氧气的含量，可以改变空气钻井中空气的成分，例如采用氮气等惰性气体钻井方法，但是如果完全采用惰性气体，会大大增加空气钻井成本。在常规空气钻井的基础上，通过加入除氧剂的方式，可以有效的降低空气钻井钻井液中氧气的含量，从而降低钻井液中溶解氧对钻具的腐蚀。在空气钻井过程中，井筒中气体、液体的环空返速，通常情况下会高于十五米每秒，因此在钻井过程中，气体、液体中携带的岩屑砂粒等固体颗粒对，钻具的冲蚀磨损是不可避免的。但是通过合理的设计计算，可以在保证岩屑被携带出井口的前提下，尽量的减小空气钻井的环空返速，从而有效减少固体颗粒对钻具表面的冲蚀磨损。通过合理的设计钻具结构，改善钻井流体在环空中的流动状态，尽量避免钻具的变径，减少流体在流动过程中的漩涡现象，也可以降低对钻具的腐蚀磨损。如果地层出水较多，而且矿物质含量高，需要将空气钻井变为泡沫钻井，这样可以减少钻井的环空返速，减少冲蚀磨损。同时泡沫钻井中的泡沫可以把空气用气泡包裹起来，减少了钻具和空气中氧气接触的概率，从而降低了氧气对钻具的腐蚀磨损。在钻井液中添加适量的缓蚀剂，提高钻井液的PH值，这几种作用相互协同，共同防治空气钻井中钻具腐蚀磨损。

结束语

空气钻井技术可以有效的提高钻井速度，降低钻井周期，节约钻井成本。空气钻井在有效提高钻速的同时，由于其钻井液组成和状态的特殊性，会大大加剧对井下钻具的腐蚀磨损，因此需要加强对空气钻井钻具腐蚀磨损的研究。空气钻井过程中，钻井液中含有的氧气、地层中的高矿物盐水、硫化氢、二氧化碳都会对钻具生产较大的腐蚀。二氧化碳会溶解到钻井液中，与水反应生产碳酸，生产碳酸会和钻具金属发生电化学反应，造成了钻具的腐蚀。加入除氧剂可以有效的降低钻井液中氧气的含量。通过研究对于减小空气钻井过程中的钻具腐蚀，增强空气钻井的安全性，促进了空气钻井技术的推广和应用具有积极的意义。

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