空氣鉆井鉆具腐蝕研究

高玉慶(大慶鉆探集團鉆井三公司15153鉆井隊 黑龍江大慶163000)

鉆具腐蝕問題是石油鉆井過程中常見的問題，而且隨著井深的不斷增加，井下條件不斷的復雜，鉆具腐蝕現象更為嚴重。隨著鉆具腐蝕的不斷加劇，容易造成鉆具的疲勞損壞，容易發生井下鉆具穿孔甚至斷裂等嚴重鉆井事故，一旦出現該類事故，將會造成巨大的損失。特別是在空氣鉆井過程中，由于空氣鉆井特殊的鉆井工藝，加劇了井下條件的復雜性，進而加劇了鉆具的腐蝕磨損。通過對鉆具腐蝕類型和腐蝕機理的研究，得到防治空氣鉆井鉆具腐蝕的措施，可以有效的減緩空氣鉆井的鉆具腐蝕，因此需要不斷的加強空氣鉆井鉆具腐蝕與防護的研究。

一、空氣鉆井鉆具腐蝕的類型分析

在空氣鉆井過程中，對鉆具產生腐蝕的介質和常規的鉆井液并不相同。在空氣鉆井的過程中，鉆井液中空氣中含有氧氣，加劇了鉆具的腐蝕。由于鉆井液產生的壓力較小，地層中的流體會不斷的流向井筒中，地層中高礦物含量的水會對鉆具產生較大的腐蝕。如果油藏中含有硫化氫或者二氧化碳，從油藏中涌出的硫化氫和二氧化碳也會對鉆具生產較大的腐蝕。

研究數據表明，鉆具的腐蝕百分之七十左右是由鉆井液導致的。鉆井液中氧氣的存在是導致鉆具腐蝕的主要原因。由于氧氣的氧化腐蝕作用，會對鉆具產生腐蝕磨損，而且含有的氧氣還會和鉆井液中二氧化碳等氣體反應，加劇對鉆具的磨損。避免鉆井液中的氧氣對鉆具磨損的方法，主要有可以在鉆井液中加入一定量的除氧劑，同時可以加入適量的防止氧化腐蝕的藥劑。二氧化碳通常條件下不會和金屬發生腐蝕反應，但是如果有水存在后，就容易對金屬造成腐蝕。在空氣鉆井中，二氧化碳會溶解到鉆井液中，二氧化碳與水反應生產碳酸，生產的碳酸會和鉆具金屬發生電化學反應，從而造成了鉆具的腐蝕。防止二氧化碳鉆具腐蝕的方法，主要是在鉆井液中添加堿類化合物，將鉆井液由酸性調為堿性，阻礙碳酸和鉆具的電化學反應。然后再在鉆井液中加入相應的有機類緩蝕劑。在氣體鉆井過程中還會存在腐蝕介質對鉆具的磨蝕，氣體攜帶的巖屑、砂粒等固體顆粒，在井筒環空中以較高的速率上返，上返的速度一般在十五米每秒左右，甚至會更高。高速運動的固體顆粒、氣體和液體，會對鉆具表面產生較大的磨蝕磨損。通過在鉆井液中添加防腐劑，使防腐劑和鉆具表面反應，從而在鉆具表面形成一層保護膜，削弱了高速運動的巖屑、砂粒等對鉆具表面的沖蝕磨損。細菌在特定的條件下，也會對鉆具產生一定的腐蝕。造成油田材料腐蝕的細菌，主要是硫酸鹽細菌。硫酸鹽細菌主要分為兩類，一類是高溫細菌，另一類是低溫細菌。硫酸鹽細菌是一種常見的鉆具腐蝕細菌。在地層深部的鉆具表面，受到電化學腐蝕作用的影響，在腐蝕陰極表面產生氫氣原子，產生的氫氣原子附著在鉆具的表面，而不會聚集形成氣體。氫氣原子在鉆具表面的附著，會削弱鉆具金屬表面的陰極反應，甚至會造成反應的停止。但是如果鉆井液中存在硫酸鹽細菌時，硫酸鹽細菌可以利用鉆具表面附著的氫原子，將硫酸根離子中的硫還原，這樣就加快了鉆具金屬表面的陰極反應。經過化學反應得到的金屬亞鐵離子和硫離子反應，生產硫化亞鐵沉淀。所以當空氣鉆井鉆井液中含有硫酸鹽細菌時，在鉆具表面產生腐蝕沉淀物為黑色，而且具有刺鼻性臭味。如果鉆井液中含有的細菌較多，空氣鉆井過程中對鉆具的腐蝕越嚴重。

二、空氣鉆井鉆具腐蝕的防治措施分析

在地層出水的情況下，導致空氣鉆井鉆具腐蝕的主要包括，鉆井液中溶解氧產生的腐蝕，地層中礦化物產生的腐蝕，高速液體氣體流動過程中攜帶的巖屑砂粒對鉆具產生的沖蝕磨損。地層的溫度和地層中含有礦化物的量，是不能夠人為改變的。但是空氣鉆井過程中，空氣中氧氣的含量是可以改變的。如果想降低鉆井液中氧氣的含量，可以改變空氣鉆井中空氣的成分，例如采用氮氣等惰性氣體鉆井方法，但是如果完全采用惰性氣體，會大大增加空氣鉆井成本。在常規空氣鉆井的基礎上，通過加入除氧劑的方式，可以有效的降低空氣鉆井鉆井液中氧氣的含量，從而降低鉆井液中溶解氧對鉆具的腐蝕。在空氣鉆井過程中，井筒中氣體、液體的環空返速，通常情況下會高于十五米每秒，因此在鉆井過程中，氣體、液體中攜帶的巖屑砂粒等固體顆粒對，鉆具的沖蝕磨損是不可避免的。但是通過合理的設計計算，可以在保證巖屑被攜帶出井口的前提下，盡量的減小空氣鉆井的環空返速，從而有效減少固體顆粒對鉆具表面的沖蝕磨損。通過合理的設計鉆具結構，改善鉆井流體在環空中的流動狀態，盡量避免鉆具的變徑，減少流體在流動過程中的漩渦現象，也可以降低對鉆具的腐蝕磨損。如果地層出水較多，而且礦物質含量高，需要將空氣鉆井變為泡沫鉆井，這樣可以減少鉆井的環空返速，減少沖蝕磨損。同時泡沫鉆井中的泡沫可以把空氣用氣泡包裹起來，減少了鉆具和空氣中氧氣接觸的概率，從而降低了氧氣對鉆具的腐蝕磨損。在鉆井液中添加適量的緩蝕劑，提高鉆井液的PH值，這幾種作用相互協同，共同防治空氣鉆井中鉆具腐蝕磨損。

結束語

空氣鉆井技術可以有效的提高鉆井速度，降低鉆井周期，節約鉆井成本。空氣鉆井在有效提高鉆速的同時，由于其鉆井液組成和狀態的特殊性，會大大加劇對井下鉆具的腐蝕磨損，因此需要加強對空氣鉆井鉆具腐蝕磨損的研究。空氣鉆井過程中，鉆井液中含有的氧氣、地層中的高礦物鹽水、硫化氫、二氧化碳都會對鉆具生產較大的腐蝕。二氧化碳會溶解到鉆井液中，與水反應生產碳酸，生產碳酸會和鉆具金屬發生電化學反應，造成了鉆具的腐蝕。加入除氧劑可以有效的降低鉆井液中氧氣的含量。通過研究對于減小空氣鉆井過程中的鉆具腐蝕，增強空氣鉆井的安全性，促進了空氣鉆井技術的推廣和應用具有積極的意義。

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