石油鉆采設備結構件開裂原因探討

王英?

摘 要：負責地下勘探的石油鉆采設備面臨的作業環境較為惡劣，結構件開裂等故障很容易出現，這使得相關研究向來受到業界重視。基于此，本文將簡單分析石油鉆采設備結構件開裂原因，并深入探討石油鉆采設備結構件開裂應對方法，希望研究內容能夠給相關從業人員以啟發。

關鍵詞：石油鉆采設備;結構件;開裂

引言：作業過程中的石油鉆采設備很容易出現故障，如堵塞、松脫、老化、開裂，結構件開裂屬于其中代表，這類故障會導致正常開采進程受到嚴重影響，開采成本會隨之上升，很多時候還可能引發安全生產事故。為有效預防和處理石油鉆采設備結構件開裂，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1.石油鉆采設備結構件開裂原因

1.1層狀撕裂原因

大規格板材與其他接頭的焊接很容易出現層狀撕裂，這類板材厚度一般為3～10cm，這是由于熱量作用下板材內部材料熱脹冷縮對周圍產生較大壓力，平行于板材的裂紋會因金屬應力產生，具體表現為層狀撕裂。層狀撕裂的測量難度較高，會導致石油鉆采設備出現較大安全隱患，同時該故障的處理難度較高。在焊接石油鉆采設備的過程中，設備使用性能受到的焊接結構影響較為深遠，如在搭建大型鉆修井架及固井壓裂設備的過程中，焊接接頭連接的應用較為普遍，高水平焊接一般不會產生開裂問題，大規格板材問題屬于層狀撕裂的主要源頭，不合理的焊接過程也可能導致層狀撕裂。層狀撕裂原因可細分為兩部分：第一，材料。如使用內部存在分層現象的鋼板材料，硫化物等物質存在于分層夾層中，強度不均勻的大規格板材很容易在焊接過程中出現問題，進而引發層狀撕裂;第二，較低的厚度方向塑性。焊接過程中應力會垂直于軋制方向產生，使得較大應力產生于板材厚度方向，在同時存在的較大焊接熱量作用下，層狀撕裂問題很容易出現[1]。

1.2低溫開裂原因

新疆地區、北方地區、海洋油田屬于我國石油開采集中區，冬季油田存在非常低的氣溫，鋼材很容易受到低溫因素影響，如導致結構件脆性增加、內部結構塑性降低，石油鉆采設備結構件開裂很容易因壓力增加出現。在低溫環境下，會導致裂紋迅速擴展的脆性破壞往往不存在征兆，其開裂為平直類型斷口，迅速擴散的裂紋使得整個構件結構在短時間內斷裂，很容易引發事故。

1.3設計缺陷原因

石油鉆采設備多工作于高壓力、高強度的惡劣環境下，構件質量受到的設計影響較為深遠，設計缺陷導致構件開裂的情況較為常見，包括：第一，設計人員未能詳細了解構件數據。設計石油鉆采設備需依托真實數據進行，構件的合理安裝和焊接直接受到數據真實性影響，數據誤差會導致設計計算出現偏差，進而影響焊接受力和構件材料性能。如構件存在測量錯誤的焊縫數據，焊接質量將無法得到保障并導致構件開裂;第二，結構設計不合理。不同構件存在不同功能，設計需結合具體作用進行，不合理的設計方案會導致其功能性無法得到保障。如石油鉆采設備中的某構件需要承受較大壓力，但設計時的承壓考慮不足，使用過程中該構件出現開裂的概率較高;第三，忽視作業環境。作業環境對石油鉆采設備帶來的影響較為深遠，如較大壓力、較大溫差變化，如設計忽視作業環境影響，構件或設備無法使用情況很容易出現，寒冷環境下構件凍裂便屬于其中典型[2]。

1.4設備材料原因

鋼材料屬于石油鉆采設備主要構成材料，Q235、Q345屬于常用鋼材類型，不同類型鋼材、型材、板材的差異較大，不同廠家提供的材料也往往存在質量方面差異，如無法較好適應這種差異，石油鉆采設備結構件開裂問題同樣可能出現。在搭建井架環節，搭建需優選矩形管，如審查缺失，采用內部含原始裂紋的矩形管，裂紋會在應用過程中逐步發展，最終導致橫截面斷裂，引發井架安全問題。

1.5焊接質量原因

石油鉆采設備焊接質量帶來的影響較為深遠，焊接人員需同時關注焊縫質量及外觀美觀性。藥芯焊絲和實心焊條屬于石油鉆采設備焊接常用的兩種焊接材料，前者在應用中無法向焊縫深處伸入，這使得其焊接美觀性較高但可能導致焊縫內部無法焊實，后者存在較出色抗裂性能，在提升焊縫強度方面表現出色，但在美觀性方面存在不足。此外，焊接人員不夠細心、技術水平不高也會影響焊接質量，如未能嚴格清理待焊接構件表面、缺乏對焊接應力的重視，這類問題會導致石油鉆采設備的強度和質量受到影響，構件開裂現象更容易出現。

2.石油鉆采設備結構件開裂應對方法

2.1層狀撕裂應對方法

為解決層狀撕裂問題，設備材料的優選極為關鍵，應選擇雜質含量極小或不存在雜質的鋼板材料，同時嚴格控制材料內部硫化物含量，規避石油鉆采設備結構件開裂問題出現。焊接過程應科學設計施工焊接結構及接頭材料，需設法保證材料擁有較好塑性，如接頭使用塑性較好金屬填充，應力影響產生的裂痕將有效規避。焊接角度調整也需要得到重視，通過坡口角度的減小并調整焊縫的形狀，構件結構優化和應力降低將順利實現，層狀撕裂的發生將得到更好控制。

2.2低溫開裂應對方法

為解決低溫帶來的石油鉆采設備結構件開裂問題，必須做好石油鉆采設備的保溫防凍工作，該工作應在低溫冷空氣來臨前完成。如存在-40℃以下的氣溫，應適當調整作業時間，避免在過低溫度下進行作業，否則石油鉆采設備將出現更嚴重破壞。石油鉆采設備的保養和維護也需要同時得到重視，如存在較低的環境溫度，需設法將沖擊載荷降低，避免較大壓力下脆性增加的構件出現斷裂。

2.3設計缺陷應對方法

為解決設計缺陷引發的問，石油鉆采設備結構件相關設計需要細致測量數據，并深入研究環境影響因素，保證設計能夠嚴格遵循設備需要開展，盡可能消除設計隱患和風險。設計計算準確率也需要設法提升，以此重點計算和分析重要部位，并研究設備使用實際情況，如天氣、風力、溫度變化對設備帶來的影響，保證設計更好符合環境實際。此外，還需要設法深化對石油鉆采設備結構設計的了解，明確設備受到的不同焊接結構影響并有效應對，進一步提升石油鉆采設備質量。

2.4設備材料應對方法

為避免材料選用不當導致石油鉆采設備結構件開裂，必須重點檢驗材料質量，保證使用的材料能夠承受設備工作溫度及壓力。相關部門及人員需做好材料的審核與檢驗工作，購入時、使用時的檢測均需要嚴格落實，如某部位的受壓較大，需開展重點檢測[3]。

2.5焊接質量應對方法

為應對焊接質量問題引發的石油鉆采設備結構件開裂，需關注焊接材料的優選，基于設備要求控制焊接結果。具體實踐需保證焊接實驗結合設備需求開展，如設備需求較高，可首先開展焊條焊接，之后使用藥芯焊絲進行表面焊縫處理，未焊透問題規避、表面平整度提升均可順利實現。焊接操作的規范化也需要得到重視，需關注接口和組裝配對的科學設計、接口的焊接前清理，規避構件無法安裝整合問題，設計和施工人員間需強化溝通，落實各方面交底工作，保證相關問題能夠提前應對。此外，焊接人員的技術水平也需要設法提升，如焊接前細致分析構件和鋼材特點，明確焊接技術要點，規避焊接質量問題。

結論：綜上所述，多方面因素均可能導致石油鉆采設備結構件開裂。在此基礎上，本文涉及的層狀撕裂應對方法、焊接質量應對方法等內容，則提供了可行性較高的應對方法。為更好保證石油鉆采設備的安全穩定運行，石油鉆采設備材料、設計、施工水平的提升必須得到重視，先進技術引進、高素質人才培養也需要引起關注。

參考文獻：

[1]劉金貴，黨曙昕，康學鋒.轉銹穩銹材料在石油鉆采設備薄壁件表面的應用[J].石油化工腐蝕與防護，2021，38（02）：45～47.

[2]李曉東.焊接自動化技術在石油鉆采設備制造中的應用[J].化工設計通訊，2021，47（02）：17～18+64.

[3]劉愛武.石油鉆采設備的防腐工藝探究[J].石化技術，2020，27（10）：252～253.