海洋石油鉆井機械設備腐蝕因素與防治技術分析

＊杜侃方

（中海石油有限公司深圳分公司 廣東 518067）

引言

海洋石油具有非常大的壓力，與海平面壓力相比較，已經超其2000倍。石油沉在海底深處，導致海洋石油開采極具難度，不僅專業技術要求非常高，而且鉆井機械設備防護工作要到位。鉆井機械設備存在特殊性，其專用于海洋石油資源開采工作中，直接決定了石油開采質量，因此需要高度重視[1]。當前我國海洋石油需求量不斷增加，對鉆井機械設備操作技術要求更高。該設備的應用過程中，一個重要的問題就是腐蝕，對于此要有效解決，并積極改進防治技術措施，使得鉆井機械設備更好地發揮功能，海洋石油開采量增加，對石油企業更好地發展起到一定的促進作用。本文的研究中，結合現有各類石油鉆井設備的發展現狀，剖析各種因素導致現有的石油鉆井機械設備被腐蝕的主要成因，提出海洋石油鉆井機械設備腐蝕問題防治技術措施。

1.石油鉆井機械設備發展現狀

石油企業在開展鉆井工作的過程中，考慮到實際作業環境的特殊性，尤其是氣候惡劣的情況下，海上就會有很多不確定因素，嚴重影響石油開采工作的順利展開。尤其是在開展這項工作中，不同地質環境所帶來的影響存在差異，進行石油開采的時候就要充分考慮到實際情況。通常而言，不同的石油鉆井作業對于鉆井機械設備有不同的要求，要根據實際情況予以選擇。雖然滿足石油鉆井作業需求，但是各種鉆井機械設備在現場使用時，相關人員卻對其運行狀態難以控制，日常維護工作難以到位[2]。當前來看，西方一些工業發達國家對石油鉆井機械設備的功能以及環境適應性深入探索，將地形以及海洋環境之間的差異相結合，對于這方面的問題深入探索，就是考慮到不同地區的實際情況以及工作環境特點，對機械設備進行研究開發，保證其科學合理性，以更好地發揮其功能，使得鉆井機械設備對環境有很好的適應性，即便環境惡劣，地形復雜，也能夠順利完成工作。

相對而言，我國在鉆井機械設備的研究開發方面存在不足，主要體現為技術的落后。但是，我國改革開發的步伐加快，經濟能力增強，在強大的經濟支撐下，抓住了對外發展機遇，積極學習國外先進技術，在引進高科技設備的同時，進行深入分析以獲得尖端技術，并已經獲得很多的成功經驗，促使我國石油鉆井機械設備的研究開發取得各種顯著成效，技術水平大大提高。近年來，信息技術快速升級，信息技術用于鉆井機械設備研發中，使得設備自動化運行，甚至可以遠程操作，對環境有很強的適應性。如此，各種人員體力勞動量減少，勞動強度降低，使這項工作有較高的安全性。

2.導致海洋石油鉆井機械設備被腐蝕的主要因素

導致海洋石油鉆井機械設備被腐蝕的因素有很多，主要為三個方面，第一泄漏層位置不確定；第二電化學反應導致機械設備銹蝕；第三操作因素導致的機械設備腐蝕，具體如下：

(1)漏層位置不確定

石油鉆井工程中應用防滲漏堵漏技術，可以有效解決滲漏問題。但是，目前需要解決一個重要問題，就是對泄漏層位置準確定位，否則，難以保證堵漏質量。落實到實際工作中，比較常見的情況是檢測到漏氣層位置，但是不能保證較高的精度，存在諸多不確定性，必然會對防滲漏堵漏技術的應用效果造成不良影響。因此，專業人員在開展工作的過程中，只有準確確定泄漏層位置才能進行下一步工作，即更好地介入防漏堵，從而在防漏堵技術的應用過程中獲得良好的效果。

從現在確定滲漏層位置過程中所應用的技術方法來看，主要采用的是流體動力學分析方法，結合使用綜合分析方法。對泄漏層進行判斷的時候難以明確具體位置，只能確定大致的范圍，定位的時候無法保證較高精準度。這項工作要求有較高的工藝技術水平，而且在環境條件復雜的情況下，工作難度非常高，對于現場的實際需要難以滿足，在測量泄漏層的時候很難確定具體位置。對長裸眼段的定位過程中，由于一些工作人員意識上依然停留在傳統層面，不能創新技術方法，尤其是在尋找多個損失區的時候，不愿意采用新方法，就很難做好這項工作。出現這方面問題的重要原因是施工人員沒有較高的職業修養，這將極大地影響這項工作的順利展開，防漏堵技術應用過程中不能獲得良好的效果。

(2)由于電化學反應導致機械設備銹蝕

在發生電化學反應的過程中，電解質會直接接觸基礎表面。電化學反應會導致機械設備表面出現嚴重腐蝕問題。通常而言，由于電化學反應導致的腐蝕現象，主要是出現陽極反應，陽極反應促使金屬離子發生轉變，成為相應的自由態。之后，陽離子與其他物質接觸之后相互結合，導致金屬被氧化，或者產生硫化現象，最終出現機械設備表面發生腐蝕問題[3]。

然而在海洋石油開采過程中，電化學腐蝕問題是鉆井機械所有腐蝕問題中出現頻率最高的。在海洋石油開采中出現電化學腐蝕時，正常情況是電解質已經和石油鉆井金屬表面發生直接接觸，此時腐蝕狀態與原電池造成的腐蝕現象比較相似。在海洋環境中海水和海泥交界位置極易出現由海泥、海水組成的腐蝕電池，在海洋環境中由于濕度比較大，在鉆井設備表面水層處會溶解一定量的二氧化氮，非常容易產生一些電解質，并且鉆井機械會轉化成電池陽極，腐蝕區域即電池陰極。當發生氧化反應時，將會發生溶解問題，陰極將會發生氧化還原反應。海洋腐蝕問題即形容海水幾乎靜止、海水流動速度比較小的時候，陰極會受到氧氣擴散的影響，石油鉆井設備出現腐蝕問題，初期會先出現一些點腐蝕問題，點腐蝕程度會隨著時間增加而減弱，此時石油鉆井設備合金中含有的鐵金屬會和海水雜質直接接觸，發生持續的電化學腐蝕問題。

(3)由于操作因素導致的機械設備腐蝕

在石油鉆井機械設備處于運行狀態的時候，由于材料在不同的環境中會產生變化，受到人為因素的影響沒有及時調節設備運行參數，就會導致石油鉆井機械設備表面出現局部腐蝕損壞的問題。此時，石油鉆井機械設備處于超溫狀態，或者在運行的過程中處于超負荷狀態。由于石油鉆井機械設備日常管理中沒有采用正確的技術維護方式，或者出現問題的時候沒有及時維修，就可能會導致腐蝕問題可能進一步惡化，設備整體運行效率必然受到影響。引發此類情況的發生主要是由生產活動中各類因素引發的。為了能夠從根本上增強石油鉆井設備的防腐能力，那么就非常有必要全方面地考慮各類可能導致鉆井設備被腐蝕原因，并且有針對性地制定各類防腐辦法，以此提高設備防腐能力。

3.針對海洋石油鉆井機械設備腐蝕問題采取的防治技術措施

針對海洋石油鉆井機械設備腐蝕問題可以采用四種措施，即不斷提高自主研發技術水平，定期檢查石油鉆井機械設備密封情況，不斷優化石油化工設備操作流程，強化腐蝕控制工作，具體如下。

(1)不斷提高自主研發技術水平

目前，我國海洋石油鉆井作業過程中，所采用的鉆井機械設備核心技術主要是從工業發達國家引進的。從長遠發展的角度來看，這對我國的海洋石油開采事業的未來發展非常不利[4]。因此，在應用石油鉆井機械設備進行石油開發的過程中，有必要加大海洋石油開采的強度，積極采用先進技術，提高自主研究開發能力，加強與其他國家質檢的相關技術合作，建立技術交流平臺，在此基礎上實現我國相關技術的自主研究開發。由于海洋石油開采工作所處環境非常復雜，甚至有些工作需要在數千米深的水域中進行，環境非常惡劣，我國就需要積極吸收國外先進的技術，還要不斷積累研發經驗，同時還要鼓勵國內專業技術人員或吸收學成歸來的技術人員參與到研究工作中，制造出自主產權的海洋石油鉆修井機械設備，以更好地為石油開采工作服務。

(2)定期檢查石油鉆井機械設備密封情況

在石油鉆井機械設備的實際運行過程中，要做好定期檢查工作，主要是檢查石油機械設備的密封情況，充分保證機械設備實際運行狀況以及安全性。對石油鉆井機械設備進行有效監測，可以從源頭上保障石油生產質量。石油鉆井機械設備的密封性檢查，可以用消泡法。石油鉆井機械設備可以放置在壓力密封的房間里，之后浸入到水中[5]。采用科學有效的檢測技術檢查石油鉆井機械設備的密封性，對其高質量運行起到促進作用。

(3)不斷優化石油化工設備操作流程

對正常運行的石油鉆井機械設備進行狀態登記時，如果發現設備表面有污物殘留要進行及時清除，防止產生更加嚴重的腐蝕情況。在對設備進行防腐蝕處理工作中，要控制好操作過程，主要是對設備縫隙以及周圍進行防腐處理，特別要處理好焊接縫隙的防腐處理工作。在鉆井機械設備的運行過程中，有必要始終保持設備表面處于干燥狀態，溫度合適，以有效消除可能導致腐蝕問題的各項因素[6]。在具體的工作過程中，還需要使用高濃度硫酸對設備進行干燥處理，以減少鉆井機械設備的腐蝕問題。設備安裝的過程中是否保證質量也直接影響其使用性能以及防腐效果。因此，必須嚴格按照規定要求安裝石油鉆井機械設備，避免設備在使用過程中內部物料流動速度以及流動狀態發生變化。在滿足實際鉆探要求的前提下，使用一些不易出現腐蝕問題的非金屬材料，使得設備整體防腐效果良好[7]。

(4)強化腐蝕控制工作

根據電化學腐蝕的原理，工程師可以對鉆井機械設備采用陽極保護策略，在腐蝕防控過程中，對該設備實施穩定高效的防腐控制措施，為設備提供有針對性的保護，并根據電化學反應原理對金屬設備做好必要的防腐工作。具體的操作中，使其成為電池中的陰極，并通過陽極實現金屬部件的防腐控制[8]。在這一過程中，應用電化學可以實現陽極保護，其優勢顯著，被保護的鉆井機械設備表面金屬作為陰極得到了有效的保護，腐蝕問題得到有效控制。同時，還可以結合目前的方法，實現對金屬物質的保護性處理，使被保護的金屬成為陰極，從而避免出現磨損問題。

4.結束語

通過上面的研究可以明確，我國石油企業開采海洋石油資源的過程中，鉆井機械設備至關重要，其對開采質量以及效率都有重要的影響，直接關乎到石油開采效率。海上環境復雜多變，具有較高的風險性，這就意味著海洋石油開采與陸地石油開采相比較有較高的難度。海水具有腐蝕作用，在開采過程中，鉆井設備遭到腐蝕是比較常見的問題，如果沒有及時優化并有效解決問題，石油鉆井設備的功能無法充分發揮，其使用壽命也會受到影響。所以，采油企業應用石油鉆井機械設備之前，要采用相應的防腐技術，將防腐保護層建立起來，防止腐蝕問題影響鉆井機械設備功能，保證海洋石油開采效率大大提高。

現有設備腐蝕與防腐技術還有一些問題沒有解決，需要準確計算腐蝕速度，提前預測金屬的剩余壽命，將更換時機確定下來。建議進一步研究管道地下工況邊界、準確預測管道剩余壽命、完善腐蝕預測模型等方面，并加強現場技術經濟評價工作，從而保證石油開采率的提高。