石油钻井机械设备腐蚀原因及措施研究

李宏毅

（中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井一公司，辽宁 盘锦 124010）

设备腐蚀是所有行业都会出现的问题，由于石油行业工作的属性，钻井机设备出现腐蚀情况的概率更大，在钻井机设备使用过程中，设备不可避免的会与油质、水质等可以腐蚀设备表面金属的物质相接触，石油钻井机设备腐蚀的概率就会大大的增加，在发生腐蚀的过程中，实际上是这些物质之间发生化学反应的过程，设备表面或者内部的腐蚀，会导致设备出现一定的变形，如果零件被腐蚀，就会导致设备出现松动，影响设备的使用性能，腐蚀严重的更会影响设备的设用寿命，同时对石油采收产生一定的影响，影响行业的发展，可见在石油行业中，石油设备防腐工作非常重要。设备在发生腐蚀时，会造成金属表面的脱落，造成设备壁逐渐变薄，严重的腐蚀会导致设备穿孔，影响设备的正常使用，不同环境下的设备腐蚀程度也不相同，需要采用不同的设备防腐措施，不同的环境对设备的影响也不同，针对性解决问题，才能更好地预防设备腐蚀，本文针对石油钻井机可能出现的腐蚀，提出了一些预防措施。

1 石油钻井机械设备腐蚀概述

腐蚀是石油索具机械设备应用中经常发生的现象，如果不及时采取措施，腐蚀现象会从局部腐蚀发展为全面腐蚀。我们的调查研究表明，石油机械设备首先腐蚀的部位是与石油资源直接接触的部位，与空气接触部位的腐蚀速度较慢。石油钻井机械设备必须根据腐蚀程度采取不同的处理方法，在机械设备金属部件较为集中和局部的位置，施工人员必须进行防腐处理，提高防腐效果。

石油钻井机械设备经常需要浸没在泥浆中，钻井液是钻井施工中不可缺少的精炼介质，又称钻井冲洗液。根据成分成本不同，钻井液可分为泥浆、无粘土冲洗液、乳化液、清水、泡沫、压缩空气等。在局部腐蚀的同时，在外界环境的影响下，石油钻井机械设备的腐蚀速度也随之增加，局部腐蚀的面积扩大。只有充分了解石油钻机和设备的实际腐蚀情况，找到钻机和设备腐蚀的位置，才能有针对性地采取防腐措施，确保石油钻机和设备安全可靠运行。

2 石油钻井机械设备在不同环境下的腐蚀情况

2.1 沙漠环境对石油钻机的影响

石油钻井设备在沙漠环境下受到的影响也比较大，在沙漠环境下，沙漠的昼夜温差能够达到50℃以上，在白天的时候，沙漠的温度可以高达60℃而夜间的最低温度可以达到10℃，在这种环境中，温度差过大，可以能导致空气中的水分以及水蒸气迅速降低并渗透到机械设备中，并进一步与环境中的沙尘等物质相结合，发生一定的反应，进一步加快石油钻井设备的腐蚀程度，而由于昼夜温差的变化，石油钻井设备的物理性能在温差的影响下，迅速的发生变化，也就到了石油钻井设备发生腐蚀性的加快。

2.2 海洋环境对石油钻井平台的影响

由于海上作业的特殊性，石油钻井设备必须长期处于潮湿的环境中，有的甚至是与海水发生了直接的接触，导致海水侵入到是由钻井设备中，并发生了一定的腐蚀。海水中含有大量的氯化钠，我们常称其为“盐分”。海水中除了含有稳定化合物的氯化钠外，还含有大量游离钠离子，钠离子与氯化钠不同，在机械设备中可以与金属元素和化合物发生反应。钠离子会在石油钻井机械设备中引起严重的腐蚀问题，在机械设备的金属表面形成锈蚀氧化层，造成设备穿刺、破损等问题。此外，海洋中含有较多的酸、碱化合物等活性金属离子，当水生环境恶化时，进一步加剧石油钻井机械设备的腐蚀，缩短设备寿命，甚至发生生产事故。

2.3 陆地环境对石油钻机的影响

我国从南到北的地质环境发生的变化较为明显，在很多地质环境中，对于石油钻井设备的影响和腐蚀性较小，但是在熔岩地质背景下，石油钻井设备被腐蚀的可能性通常较高，原因是熔岩地质中，含有大量的碳酸盐，这些化学物质能够与石油钻井设备发生一定的化学反应，从而导致石油钻井设备被腐蚀，陆地环境中，相对来说对石油钻井设备比较友好，但是在面对熔岩地质时，需要根据实际情况的不同，采取不同的预防措施。

因此，一般来说，腐蚀的成本因地形不同而不同，对机械设备腐蚀的程度和类型也不同，因此必须采取相应的腐蚀防护措施。

3 石油钻井机械设备不同部分腐蚀产生的原因

3.1 石油钻井机械设备的外腐蚀

石油钻井设备在面对不同环境时，出现的腐蚀情况不相同，例如与一些可腐蚀机械设备的矿石环境直接接触，就容易造成设备的腐蚀。在化学层面，机械设备的机体不可避免地会受到一定程度的腐蚀，在地下环境中，石油钻井设备会与一些地下化学物质发生接触，这些物质与石油钻井设备表面的一些防腐涂层发生反应，导致防腐涂层的破坏，导致钻井机的机体受到腐蚀。在目前的石油钻井机设备中，为了更好地预防腐蚀造成的设备损害，在防腐工艺上有了长足的进步，但是仍然存在一定的问题，随着设备的使用进程，面对化学物质的一次次侵蚀，防腐涂层逐渐被破坏，从而导致机体发生腐蚀破坏，出现物理性的损坏。

物理层面上，石油钻井设备不可避免的需要与各种岩层发生接触和碰撞，岩层较为坚硬的位置，对于石油钻井设备来说，也是一个重要的影响因素，会造成石油钻井设备的物理损坏，石油钻井设备一般是在高温高压的环境下工作，这种环境会造成腐蚀性的进一步加强和增强，直接破坏石油钻井设备的表面防腐物质，设备出现物理损伤。

3.2 石油钻井机械设备内部腐蚀

在石油钻井设备井下工作中，最主要的工作内容是开采石油，而在这个过程中，也要与石油钻井机械和设备接触，并在其中发生接触。石油原油含有许多溶解或混合的复杂化学物质，这些化学杂质需要被排除在外，石油提取过程中，化学物质也会在石油钻井设备内部发生一系列的化学反应，导致石油钻井设备发生化学腐蚀，不同的设备零件发生的腐蚀不相同，也就因此导致了不同的内部腐蚀程度。因粘附问题造成的腐蚀、因反应造成的材料损失导致某些零件破裂、穿孔和断裂。

4 石油钻井机械设备腐蚀防护措施

4.1 石油钻井机设备材料择优选择

石油机械设备的材质选用上，性能最优的材料属于碳钢材料，其他的合成材料在使用过程中对于石油设备来说，性能稍微差一点，然而碳钢材料的成本比合成材料的成本高很多，一些石油设备生产厂商，为了减少石油设备的生产成本，提升设备的利润空间，就会选择使用合成材料而非碳钢材料，在生产过程中，设备外层属于防腐层，而防腐层的材料选择需要注意材料的环保性，当外层材料被腐蚀时，材料会脱落，如果被排入环境中，就会造成环境的污染，或者石油杂质的增加，因此在选择外层材料的时候除防腐性之外，还需要考虑材料的环保性。

4.2 石油钻井机设备防腐工艺的改进

石油钻井平台和设备的结构和技术影响其防腐能力，因此需要对石油钻井平台和设备的内部结构进行调整，以避免出现油层损坏等问题。钻孔机械和设备的维护，需要根据环境的不同选择不同的维护措施。石油钻井机械设备需要面对不同的工作环境，例如面对石油的腐蚀以及不同地质环境中矿石资源的腐蚀，面对这么复杂的环境，石油钻井设备在工艺上需要进一步提升，尤其是防腐工艺，还需要进一步加强，这样才能更好地促进石油开采行业的进步与发展。

4.3 石油钻井机金属表面处理

石油钻井设备在金属表面防腐中，需要加强对金属表面的防腐工作，而金属表面是石油钻井设备重要的一个部分，其防腐工作尤为重要，如果金属表面出现腐蚀的话，对石油钻井机械设备容易造成更大损伤，为了避免石油钻井设备出现大面积损伤，造成石油开采工作的延后，可采用2 种方式进行防腐处理。

（1）化学防腐，化学防腐也有两种类型，一种是阳极保护法，通过利用将金属材料作为阳极的方式，在电化学反应下，使金属材料发生钝化，从而达到改变技术材料表面性质的目的，以此来实现防腐的目的；另一种的阴极保护法，将金属材料作为阴极，电化学反应中，阳极材料选择不溶材料，在电解液中发生电化学反应，让金属发生改变，从而达到防腐的目的。

（2）物理防腐法。物理防腐法，主要是利用防腐层和防腐剂保证来达到石油钻井设备表层防腐的目的，在防腐涂层的材料选择中，防腐涂料要选择防腐性较高的材料才行，这样才能保证石油钻井设备在长期腐蚀的作用下，避免出现涂层被腐蚀，以至于石油钻井设备出现被腐蚀，设备遭到破坏，从而降低设备的使用性能和使用寿命。例如在选择防腐层涂料时，可以选择含有铅的材料，这样铅的材料在形成保护膜的时候，还可以加强致密性，防腐材料的致密性加强，防腐性能就更高。而防腐材料在进行电化学反应的时候，镀层材料的选择也很重要，良好的镀层材料，能够加强材料的密度和防腐性，发生化学反应的机会降低，间接提升了石油钻井设备防腐的性能。

4.4 重视石油钻井机设备防护预防

石油行业生产中，石油钻井设备的使用尤为关键，设备影响着石油行业的开采效率，石油钻井设备的开采需要石油钻井设备的助力，因此对设备的防腐工作一定要做好，而且设备在使用过程中，一定要加强日常的维护，根据专业的日常维护操作标准，进行日常的维护操作，并对维护人员进行正规培训，保证维护的规范性，对石油钻井机械设备进行定期和不定期检查，明确维修队伍的权利和责任，对维修人员进行作业考核。

4.5 保护机制的建立

企业必须建立健全的石油钻井机械设备维护机制。石油钻井机械设备的腐蚀不是短期形成的，而是时间积累的结果。促进石油钻探的顺利发展，必须从石油钻探机入手，积极解决石油钻探机的腐蚀问题。一方面，企业必须建立调查机制，调查石油钻井机械设备腐蚀的原因，对腐蚀问题进行分类，并针对这些类型的问题制定解决方案。同时，公司要建立监督机制，检查维修人员是否严格遵守防腐工作标准，对石油钻井机械设备进行处理，以更有效地保护石油钻井机械设备。

5 结语

石油钻井机在使用过程中，出现腐蚀问题非常正常，预防石油钻井机出现腐蚀问题，是推动石油行业发展的重要内容之一，做好石油钻井机的防腐工作，可以更好地带动企业发展，并保证工作的质量，本文中阐述的防腐措施，通过加强石油钻井机设备的防腐工艺，加强防腐效果，也可以通过设备材料的选择，优化钻井机设备自身的防腐能力，并做好钻井机设备表面金属的防腐处理，避免在潮湿环境中发生腐蚀，同时加强对钻井机设备的日常维护和预防，建立起一个良好的防腐保护机制，达到保证石油钻井机防腐的目的。