海洋石油钻井机械设备腐蚀因素与防治技术分析

＊杜侃方

（中海石油有限公司深圳分公司 广东 518067）

引言

海洋石油具有非常大的压力，与海平面压力相比较，已经超其2000倍。石油沉在海底深处，导致海洋石油开采极具难度，不仅专业技术要求非常高，而且钻井机械设备防护工作要到位。钻井机械设备存在特殊性，其专用于海洋石油资源开采工作中，直接决定了石油开采质量，因此需要高度重视[1]。当前我国海洋石油需求量不断增加，对钻井机械设备操作技术要求更高。该设备的应用过程中，一个重要的问题就是腐蚀，对于此要有效解决，并积极改进防治技术措施，使得钻井机械设备更好地发挥功能，海洋石油开采量增加，对石油企业更好地发展起到一定的促进作用。本文的研究中，结合现有各类石油钻井设备的发展现状，剖析各种因素导致现有的石油钻井机械设备被腐蚀的主要成因，提出海洋石油钻井机械设备腐蚀问题防治技术措施。

1.石油钻井机械设备发展现状

石油企业在开展钻井工作的过程中，考虑到实际作业环境的特殊性，尤其是气候恶劣的情况下，海上就会有很多不确定因素，严重影响石油开采工作的顺利展开。尤其是在开展这项工作中，不同地质环境所带来的影响存在差异，进行石油开采的时候就要充分考虑到实际情况。通常而言，不同的石油钻井作业对于钻井机械设备有不同的要求，要根据实际情况予以选择。虽然满足石油钻井作业需求，但是各种钻井机械设备在现场使用时，相关人员却对其运行状态难以控制，日常维护工作难以到位[2]。当前来看，西方一些工业发达国家对石油钻井机械设备的功能以及环境适应性深入探索，将地形以及海洋环境之间的差异相结合，对于这方面的问题深入探索，就是考虑到不同地区的实际情况以及工作环境特点，对机械设备进行研究开发，保证其科学合理性，以更好地发挥其功能，使得钻井机械设备对环境有很好的适应性，即便环境恶劣，地形复杂，也能够顺利完成工作。

相对而言，我国在钻井机械设备的研究开发方面存在不足，主要体现为技术的落后。但是，我国改革开发的步伐加快，经济能力增强，在强大的经济支撑下，抓住了对外发展机遇，积极学习国外先进技术，在引进高科技设备的同时，进行深入分析以获得尖端技术，并已经获得很多的成功经验，促使我国石油钻井机械设备的研究开发取得各种显著成效，技术水平大大提高。近年来，信息技术快速升级，信息技术用于钻井机械设备研发中，使得设备自动化运行，甚至可以远程操作，对环境有很强的适应性。如此，各种人员体力劳动量减少，劳动强度降低，使这项工作有较高的安全性。

2.导致海洋石油钻井机械设备被腐蚀的主要因素

导致海洋石油钻井机械设备被腐蚀的因素有很多，主要为三个方面，第一泄漏层位置不确定；第二电化学反应导致机械设备锈蚀；第三操作因素导致的机械设备腐蚀，具体如下：

(1)漏层位置不确定

石油钻井工程中应用防渗漏堵漏技术，可以有效解决渗漏问题。但是，目前需要解决一个重要问题，就是对泄漏层位置准确定位，否则，难以保证堵漏质量。落实到实际工作中，比较常见的情况是检测到漏气层位置，但是不能保证较高的精度，存在诸多不确定性，必然会对防渗漏堵漏技术的应用效果造成不良影响。因此，专业人员在开展工作的过程中，只有准确确定泄漏层位置才能进行下一步工作，即更好地介入防漏堵，从而在防漏堵技术的应用过程中获得良好的效果。

从现在确定渗漏层位置过程中所应用的技术方法来看，主要采用的是流体动力学分析方法，结合使用综合分析方法。对泄漏层进行判断的时候难以明确具体位置，只能确定大致的范围，定位的时候无法保证较高精准度。这项工作要求有较高的工艺技术水平，而且在环境条件复杂的情况下，工作难度非常高，对于现场的实际需要难以满足，在测量泄漏层的时候很难确定具体位置。对长裸眼段的定位过程中，由于一些工作人员意识上依然停留在传统层面，不能创新技术方法，尤其是在寻找多个损失区的时候，不愿意采用新方法，就很难做好这项工作。出现这方面问题的重要原因是施工人员没有较高的职业修养，这将极大地影响这项工作的顺利展开，防漏堵技术应用过程中不能获得良好的效果。

(2)由于电化学反应导致机械设备锈蚀

在发生电化学反应的过程中，电解质会直接接触基础表面。电化学反应会导致机械设备表面出现严重腐蚀问题。通常而言，由于电化学反应导致的腐蚀现象，主要是出现阳极反应，阳极反应促使金属离子发生转变，成为相应的自由态。之后，阳离子与其他物质接触之后相互结合，导致金属被氧化，或者产生硫化现象，最终出现机械设备表面发生腐蚀问题[3]。

然而在海洋石油开采过程中，电化学腐蚀问题是钻井机械所有腐蚀问题中出现频率最高的。在海洋石油开采中出现电化学腐蚀时，正常情况是电解质已经和石油钻井金属表面发生直接接触，此时腐蚀状态与原电池造成的腐蚀现象比较相似。在海洋环境中海水和海泥交界位置极易出现由海泥、海水组成的腐蚀电池，在海洋环境中由于湿度比较大，在钻井设备表面水层处会溶解一定量的二氧化氮，非常容易产生一些电解质，并且钻井机械会转化成电池阳极，腐蚀区域即电池阴极。当发生氧化反应时，将会发生溶解问题，阴极将会发生氧化还原反应。海洋腐蚀问题即形容海水几乎静止、海水流动速度比较小的时候，阴极会受到氧气扩散的影响，石油钻井设备出现腐蚀问题，初期会先出现一些点腐蚀问题，点腐蚀程度会随着时间增加而减弱，此时石油钻井设备合金中含有的铁金属会和海水杂质直接接触，发生持续的电化学腐蚀问题。

(3)由于操作因素导致的机械设备腐蚀

在石油钻井机械设备处于运行状态的时候，由于材料在不同的环境中会产生变化，受到人为因素的影响没有及时调节设备运行参数，就会导致石油钻井机械设备表面出现局部腐蚀损坏的问题。此时，石油钻井机械设备处于超温状态，或者在运行的过程中处于超负荷状态。由于石油钻井机械设备日常管理中没有采用正确的技术维护方式，或者出现问题的时候没有及时维修，就可能会导致腐蚀问题可能进一步恶化，设备整体运行效率必然受到影响。引发此类情况的发生主要是由生产活动中各类因素引发的。为了能够从根本上增强石油钻井设备的防腐能力，那么就非常有必要全方面地考虑各类可能导致钻井设备被腐蚀原因，并且有针对性地制定各类防腐办法，以此提高设备防腐能力。

3.针对海洋石油钻井机械设备腐蚀问题采取的防治技术措施

针对海洋石油钻井机械设备腐蚀问题可以采用四种措施，即不断提高自主研发技术水平，定期检查石油钻井机械设备密封情况，不断优化石油化工设备操作流程，强化腐蚀控制工作，具体如下。

(1)不断提高自主研发技术水平

目前，我国海洋石油钻井作业过程中，所采用的钻井机械设备核心技术主要是从工业发达国家引进的。从长远发展的角度来看，这对我国的海洋石油开采事业的未来发展非常不利[4]。因此，在应用石油钻井机械设备进行石油开发的过程中，有必要加大海洋石油开采的强度，积极采用先进技术，提高自主研究开发能力，加强与其他国家质检的相关技术合作，建立技术交流平台，在此基础上实现我国相关技术的自主研究开发。由于海洋石油开采工作所处环境非常复杂，甚至有些工作需要在数千米深的水域中进行，环境非常恶劣，我国就需要积极吸收国外先进的技术，还要不断积累研发经验，同时还要鼓励国内专业技术人员或吸收学成归来的技术人员参与到研究工作中，制造出自主产权的海洋石油钻修井机械设备，以更好地为石油开采工作服务。

(2)定期检查石油钻井机械设备密封情况

在石油钻井机械设备的实际运行过程中，要做好定期检查工作，主要是检查石油机械设备的密封情况，充分保证机械设备实际运行状况以及安全性。对石油钻井机械设备进行有效监测，可以从源头上保障石油生产质量。石油钻井机械设备的密封性检查，可以用消泡法。石油钻井机械设备可以放置在压力密封的房间里，之后浸入到水中[5]。采用科学有效的检测技术检查石油钻井机械设备的密封性，对其高质量运行起到促进作用。

(3)不断优化石油化工设备操作流程

对正常运行的石油钻井机械设备进行状态登记时，如果发现设备表面有污物残留要进行及时清除，防止产生更加严重的腐蚀情况。在对设备进行防腐蚀处理工作中，要控制好操作过程，主要是对设备缝隙以及周围进行防腐处理，特别要处理好焊接缝隙的防腐处理工作。在钻井机械设备的运行过程中，有必要始终保持设备表面处于干燥状态，温度合适，以有效消除可能导致腐蚀问题的各项因素[6]。在具体的工作过程中，还需要使用高浓度硫酸对设备进行干燥处理，以减少钻井机械设备的腐蚀问题。设备安装的过程中是否保证质量也直接影响其使用性能以及防腐效果。因此，必须严格按照规定要求安装石油钻井机械设备，避免设备在使用过程中内部物料流动速度以及流动状态发生变化。在满足实际钻探要求的前提下，使用一些不易出现腐蚀问题的非金属材料，使得设备整体防腐效果良好[7]。

(4)强化腐蚀控制工作

根据电化学腐蚀的原理，工程师可以对钻井机械设备采用阳极保护策略，在腐蚀防控过程中，对该设备实施稳定高效的防腐控制措施，为设备提供有针对性的保护，并根据电化学反应原理对金属设备做好必要的防腐工作。具体的操作中，使其成为电池中的阴极，并通过阳极实现金属部件的防腐控制[8]。在这一过程中，应用电化学可以实现阳极保护，其优势显著，被保护的钻井机械设备表面金属作为阴极得到了有效的保护，腐蚀问题得到有效控制。同时，还可以结合目前的方法，实现对金属物质的保护性处理，使被保护的金属成为阴极，从而避免出现磨损问题。

4.结束语

通过上面的研究可以明确，我国石油企业开采海洋石油资源的过程中，钻井机械设备至关重要，其对开采质量以及效率都有重要的影响，直接关乎到石油开采效率。海上环境复杂多变，具有较高的风险性，这就意味着海洋石油开采与陆地石油开采相比较有较高的难度。海水具有腐蚀作用，在开采过程中，钻井设备遭到腐蚀是比较常见的问题，如果没有及时优化并有效解决问题，石油钻井设备的功能无法充分发挥，其使用寿命也会受到影响。所以，采油企业应用石油钻井机械设备之前，要采用相应的防腐技术，将防腐保护层建立起来，防止腐蚀问题影响钻井机械设备功能，保证海洋石油开采效率大大提高。

现有设备腐蚀与防腐技术还有一些问题没有解决，需要准确计算腐蚀速度，提前预测金属的剩余寿命，将更换时机确定下来。建议进一步研究管道地下工况边界、准确预测管道剩余寿命、完善腐蚀预测模型等方面，并加强现场技术经济评价工作，从而保证石油开采率的提高。