石油鉆采設備結構件開裂情況與預防措施

摘 要：石油鉆采設備作為開采石油的根本保障，設備運行穩定性直接關系到石油開采的質量以及安全性。但是，諸多石油鉆采設備在實際應用過程中，結構件常會出現開裂的情況，影響設備運行，并增加安全事故出現的可能性。基于此，本文針對石油鉆采設備結構件開裂情況展開分析，隨后制定合理的預防措施，以此保證石油鉆采設備有效運行。

關鍵詞：石油;鉆采設備;結構件開裂;預防措施

隨著社會迅速發展，科學技術也隨之完善。多種科學技術以及設備廣泛用于各行各業內，為人們的生產以及生活提供更多便利，但對于能源以及資源的需求也隨之增加。石油作為應用十分廣泛的資源，其直接關系著我國發展。而石油行業的迅速發展，也帶動石油鉆采設備隨之完善。然而，部分石油鉆采設備結構件在應用過程中，常出現開裂的情況，無法充分出鉆采設備的作用，故需制定合理的預防措施。

一、石油鉆采設備結構件開裂原因分析

（一）層狀撕裂

層狀撕裂主要是指在厚大板焊接角接接頭、T形接頭、十字接頭時，產生一種具有較強危害性，且不容易返修的裂紋[1]。石油機械設備常設計焊接結構，像固井壓裂設備核心部件泵總成內的動力端端板以及殼體的焊接等工作。此種焊接結構很少會出現開裂的情況，但若母材自身存在缺陷或板厚方向的拘束力較大，則會形成開裂的情況。

層狀撕裂會擴散至零件表面，可以通過觀察或者探傷發現。但是，部分撕裂很難從外觀發現，甚至使用超聲波也無法及時監測，故其是一種潛在危險，需及時干預，對其進行修理，做好預防措施。

（二）焊接強度不足

石油設備結構件出現開裂的原因是焊接強度或材料的比例不高，但其常會出現。此時，出現開裂的因素主要如下：由于結構件設計不足。制造過程中出現假焊、焊接問題。焊接人員采用的焊接技術參數不當，像焊接線能量稍大等，知識焊接熱影響材料性能顯著下降，最終出現開裂的情況[2]。

（三）設計因素

部分寒冷地區內，由于結構件設計不夠合理，常會出現開裂得的情況。大慶油田、海洋鉆井等，常會出現固井壓裂設備內的開裂問題，且固井水泥車的水罐罐體與主支撐結構內，為了減少焊接工作量以及變形的情況，常會選擇斷續焊，部分雨天作業的時候，會導致斷續焊的縫隙內進水，且溫度低于0℃的時候，縫隙內的水會結冰，隨后出現結構開裂的情況。同時，像鉆修井機的井架、底座等，其在實際設計的過程中，由于部分結構不封閉，且沒有考慮開放水孔，故遇到雨水會結冰膨脹，最終出現開裂的情況。

（四）脆性開裂

脆性開裂作為工程結構內危險性較大的影響，該開裂的特點為裂紋迅速擴散，且能量消耗顯著低于韌性斷裂，塑性變形較為少見。脆性開裂出現之前，并沒有任何的預兆，其是一種突然發生的情況。脆性拉伸斷口表面呈顆粒狀，屬于一種平直類型，是在平面狀態下出現的。脆性斷裂常會在低應力條件下發生，故其會出現較大的惡性事故以及損失[3]。

二、石油鉆采設備結構件開裂預防措施

（一）預防層狀撕裂

由于層狀撕裂的因素較多，故其預防措施需從多個因素分析，從材料選擇、結構設計、焊接工藝等因素思考，隨后根據正確的設計結構選擇合適的焊接工藝，避免出現層狀撕裂。首先，需要選擇雜質較少、含硫量低、塑形較好的材料作為主要材料。其次，接頭強度以及性能允許的情況下，焊縫金屬可以全部或者局部塑形較好的軟質填充金屬。同時，可以鑲入無層狀撕裂的附加件，通常采用軋制型材，改善結構設計，既避免層狀撕裂，又避免焊縫過于密集，變成應力集中較小的對接接頭，以此實現預防的目的。最后，降低鋼板厚度產生的拘束應力以及應變，合理設計焊接結構以及工藝。可以采用塑形較好的軟焊縫，以此緩解母材厚度方向產生的應力，像焊接面上堆焊金屬過渡層等。

（二）工藝預防措施

首先，需強化焊接試驗，針對重要的結構可以采取光焊絲或者焊條進行打底，避免出現未焊透的情況。通過強化焊接控制措施，避免焊接前出現準備不合理的情況，減少強行組對以及裝配的情況。其次，需要提高操作人員的質量認知，對制造、安裝各個過程中可能出現的問題，進行預測，作業前需與操作人員進行技術交底，鼓勵人員提出質疑。最后，強化焊接標準的學習力度，積極印發各類焊接標準，顯著提升焊工人員的技能培訓。通過制定、完善焊接廠標、焊接通用規范，保證焊接作業以及檢驗有章可循。

（三）設計預防措施

由于設計計算不夠精準，再加上受力分析措施，致使焊接強度不滿足實際需求。設計的過程中，需對結構的應用以及環境進行分析。通過強化焊縫的強度計算以及結構剛性計算工作，可以明確相關數據，避免出現彎曲變形，以此出現焊接裂縫。同時，還需重視結構對于環境的適應性，根據氣候特點，避免積水凍裂出現開裂。設計人員需充分掌握焊接結構、接頭的性能，保證其可以良好適應設計，提高焊接質量。

（四）預防脆性開裂

由于脆性開裂多是由于環境溫度下降后，材料的塑形以及韌性隨之下降，顯著降低材料的抗開裂性能，導致鋼結構出現脆性破壞的情況。因此，想要預防脆性開裂，需明確如下措施：首先，處于環境溫度較低的情況時，需做好設備的各項保溫、防凍措施。其次，積極改善設備的應用情況，像如何提升應用環境溫度，減少沖擊荷載。

結束語：

綜上，導致石油鉆采設備結構件開裂的因素較多，且多為結構設計以及制造過程，故需明確相關因素后，制定合理的解決措施。針對石油鉆采設備結構件開裂的因素，企業需強化設計環節，采用合理的干預措施，從根本上強化結構件的質量，減少其開裂的可能性。

參考文獻：

[1]王方彬，賀東洋，王子維. 石油鉆采設備用閥桿斷裂失效問題探討[J]. 石油和化工設備，2022，25（01）：24-25+20.

[2]張斌，張志偉，孫娟，張文英. 一種石油鉆采設備關鍵零部件再制造性的成本評估方法[J]. 遼寧石油化工大學學報，2021，41（03）：71-76.

[3]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.

作者簡介：張文平（1967.08-），男，漢族，安徽省樅陽人，本科，職稱：助理工程師，研究方向：石油鉆釆設備設計與制造工藝。