鉆井機械設備腐蝕原因及應對策略

楊超

摘 要：鉆井機械設備成本高昂，是施工現場實施挖掘開采的重要技術設備，一旦發生腐蝕，會嚴重影響其使用質量，進而引發工期延長、成本提高、安全事故等負面問題。因此，合理科學的養護鉆井機械設備可以降低施工成本?；诖耍疚氖紫确治隽算@井機械設備腐蝕的原因，其次簡要概述設備腐蝕帶來的影響，最后提出了防止設備腐蝕的應對方法建議。

關鍵詞：鉆井機械設備;設備腐蝕;設備養護

引言：鉆井機械設備由鉆機、井架、底座以及鉆井振動篩等部件組合而成。由于鉆井設備大部分由金屬構成，且設備長期露天裸露在室外，因此在日常施工時難免遭受腐蝕。業內因鉆井機械設備零件銹蝕導致設備失靈報廢而產生損失的問題經常發生，因此有必要找出鉆井機械設備的腐蝕誘因，并深入探究防止腐蝕的策略，這對于提高整體施工效益有著重要意義。

1.鉆井機械設備腐蝕損壞的誘因

1.1鉆井設備零件物理形變磨損

此種腐蝕損壞是由于設備使用壽命不可避免的設備老化，因鉆井機械持續高強度運作，與鉆井液，土面，或石油海水等作業對象接觸，造成沖擊沖蝕，若本身已發生零件銹蝕的現象，零部件的整體結構因表面金屬銹質多孔的結構，導致設備結構被破壞，在繼續的高強度掘采作業中發生形變磨損。導致設備物理形式的形變磨損，其根本原因還是設備受到不同程度的腐蝕導致設備堅硬度下降。

1.2電化學腐蝕

此種腐蝕是指鉆井設備的金屬部分由于存在正負極，電流可以在其中流動，而在水汽環境中與介質發生電化學反應，發生銹蝕。鉆井設備零件日常暴露在大氣環境，與酸堿鹽溶液的反應都屬于該類腐蝕。其中濃差類電池反應與微電池反應是鉆井設備的電化學腐蝕的主要構成部分。鉆井機械設備施工時，需要用到鉆井液與鹽鹵，而這兩種材料在潮濕環境都極易與金屬發生電化學反應，從而蠶食鉆井機械設備的外部結構。

1.3化學腐蝕

此種腐蝕是指，鉆井設備外露的金屬部分，在接觸氧氣、氯氣和硫化氫等非電解質時，尤其金屬的鉆井頭在表面溫度升高時發生化學反應，導致金屬氧化、氯化、硫化腐蝕。該類腐蝕與電化學腐蝕不同的是，鉆井零部件的金屬部分不產生電流，且該類腐蝕只在特定的環境狀態條件發生。在當掘采作業開始時，地下若因地質原因有硫化氫等氣體產生并從鉆井內溢出，鉆井頭此時正處于高壓高溫的狀態，極容易受到氣體的化學腐蝕。鉆井設備發生化學腐蝕雖然環境條件苛刻、但相比電化學腐蝕，化學腐蝕對設備結構的破壞性更強，腐蝕速度更快。

1.4綜合環境腐蝕

此種腐蝕是當鉆井機械設備處于極端惡劣天氣環境下，如風沙，連續陰雨，石油與海平面等氣候場地中作業或待機時，由電化學反應與化學反應綜合發生導致的腐蝕。沙土覆在設備表面時，其蓬松多孔的結構更易藏留水汽或電解溶液，而后導致同時發生化學與電化學反應，連續不斷地侵蝕著金屬設備。土地環境也是導致綜合環境腐蝕的原因，我國部分土地的地質情況是土地中含有大量的碳酸鹽物質，在沙土的催化下，從設備銹蝕的表面滲入內部急劇腐蝕[1]。

2.鉆井機械設備腐蝕對設備使用的不良影響

鉆井機械設備的表面腐蝕，將導致金屬零部件的皸裂，損傷，穿孔，開裂等物理形變，進而繼續滲透腐蝕內部。而鉆井機械設備的內部腐蝕，會破壞金屬零部件的整體結構，造成機械條件散熱不良，硬度不滿足作業需求。零部件連接處被腐蝕結晶會導致設備之間的間隙過大無法正常復位，影響作業精度，嚴重時會發生零部件卡死或斷裂。鉆井機械設備的內部電路遭受腐蝕會導致相關電子元件線路虛接故障，甚至短路燒毀，影響正常使用。

3.鉆井機械設備腐蝕問題的應對策略

3.1做好工程施工的事前考察工作

鉆井機械設備施工作業之前應當事先指派專門的施工技術考察人員深入一線現場勘查信息，事前考察主要是對施工作業的場地，地質信息，與氣候地理自然環境等因素的綜合考察，再將勘察信息整理分析，研究出適合施工作業地點的施工周期與部署。根據大氣與土質或水質條件，合理調整鉆井作業的施工周期與石油鉆井機械設備的防腐蝕準備維護工作。

3.2避免連續高強度作業，科學制定施工周期

在布置鉆井機械設備的施工現場，相關負責人應當科學制定施工周期，非必要情況應當盡量避免操作員使用鉆井機械設備長期進行高強度作業，導致鉆井機械的金屬材料在連續長期不間斷的循環應力下、產生永久性累計損失的疲勞現象。合理科學的制定施工周期是延緩鉆井機械設備物理性質老化破損的有效手段。如若非常時期需要持續高強度作業，應當在施工完畢后第一時間做好鉆井機械設備的養護檢修工作。

3.3鉆井機械設備的設計結構改良

鉆井機械設備要從設計結構上改良，在確保可以滿足施工作業精度的前提下，應當盡量使用簡單的幾何形狀，應盡量避免設計多縫隙、多孔結構、因為如果當零部件的幾何形狀設計不合理時引起機械應力作用、熱應力作用、表面積液或者涂裝破損等因素，致使鉆井設備部件局部腐蝕。而多縫隙、多孔結構會給銹蝕提供天然的反應場所，最終由點到面的腐蝕。機械設備應當避免設計向上開口的容器結構，如果無法避免，應在對應的合適位置加設排水孔。最后應當避免鉆井機械設備出產時存在焊接缺陷，導致出現焊接缺陷的表面痕跡可以容納沙土積液。

3.4鉆井機械設備的制造材料改良

鉆井機械設備的施工地點環境條件與其他機械設備相比極其特殊，它自身非常容易受到鉆井液鹽鹵或土質中的碳酸鹽還有其他等物質的綜合腐蝕，因此在設備制造材料上的選取尤為重要。應當盡可能的選擇用如16MnCu、09MnCupTi等普通低合金的耐腐蝕鋼材制造材料。此外，在整體鉆井機械設備的材料選取上，各個位置的零部件應當盡量選取為同一種金屬材料，這樣的原因是不同的金屬互相擠壓摩擦升溫后易發生電偶腐蝕，而同種金屬材料可以避免該現象，防止二次腐蝕，互相損壞[2]。

3.5針對極端惡劣環境，選取工業涂裝

還應根據施工的環境氣象地質的條件不同，選取不同的工業涂裝。通常情況底層涂料選用干膜厚度60至80um的環氧富鋅涂料，中層選用干膜厚度60至80um的環氧云鐵涂料，面層選用40至80um的丙烯酸聚氨酯涂料，視施工地的氣象地質條件也可選用改性納米Al2O3/環氧樹脂復合涂料。底面與中層還有面層涂料應盡量選擇同一家生產商生產的產品。在對鉆機機械設備進行涂裝之前，應當先進行表面除銹與拋光處理，涂裝的環境為5至35攝氏度之間，且要控制金屬基體的表面溫度高于露點溫度3攝氏度。涂膜未干透時應當遮擋擺放，避免被暴曬、雨淋、污染、損壞。被污染、破損的涂裝，應當清理破損點的表面，對涂裝進行修補[3]。

3.6技術人員定期做好鉆井機械設備的維修保養工作

正式投入應用后，應安排專門的技術人員負責對鉆井機械設備的鉆機、井架、底座、以及鉆井振動篩等部件進行定期保養，主要是對部件進行表面處理。鉆井機械設備部件的表面處理包括除污，清除劃痕與刻痕，部件主體與部件連接處的表面除銹，修補防腐蝕涂裝等工作，防止設備外部腐蝕。此外還應定期檢修內部電子線路，如有損壞，需要及時拆除更換，以避免發生因鉆井設備故障失靈導致設備進一步損壞。

結語：綜上所述，鉆井機械設備銹蝕的原因主要是，受到施工環境影響電化學與化學反應的綜合發生，破壞了設備表面與內部結構，致使設備物理形變損壞。而防止設備因腐蝕而損毀，需要詳盡地掌握施工地點的環境信息，從而根據地質水質氣象等條件部署科學的施工周期。此外，在制造設備上要使用合理的工藝結構與材料，并配合以涂裝保養，才能最大程度降低設備腐蝕損壞的風險，通過縮減成本與提升效率來提高整體施工效益。

參考文獻：

[1]鐘暉.淺議鉆井機械設備腐蝕機理及相關對策研究[J].石化技術，2017，24（12）：264.

[2]李丙虎.石油鉆井機械設備腐蝕原因及措施[J].化工管理，2020（24）：151-152.

[3]劉洋.石油鉆井機械設備腐蝕原因及措施探討[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（19）：46-47.