雷航

中海油田服務(wù)股份有限公司天津分公司，天津，300459

0 引言

由于海洋石油開采環(huán)境比較潮濕，石油鉆井設(shè)備在這種環(huán)境下出現(xiàn)腐蝕問題的可能性比較大，腐蝕問題不但會(huì)使石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)性能衰減，而且會(huì)縮短石油鉆井設(shè)備的實(shí)際使用年限，更甚至?xí)纱税l(fā)生嚴(yán)重的鉆井安全事故。因此石油開采單位需要認(rèn)真研究鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題的根本原因，通過提前使用防腐蝕技術(shù)，減少設(shè)備出現(xiàn)被腐蝕的概率。

1 海洋石油鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題的主要類型

由于海水中電解質(zhì)比較復(fù)雜，受到海浪沖擊影響，海洋中的微生物將會(huì)附著在機(jī)械設(shè)備表面，極易導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題，往往會(huì)造成石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)局部腐蝕，機(jī)械設(shè)備表面位置發(fā)生的腐蝕問題主要涵蓋點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象、縫隙腐蝕現(xiàn)象。從腐蝕原因的角度分析，可以將石油鉆井機(jī)械設(shè)備的腐蝕原因劃分為化學(xué)反應(yīng)造成的腐蝕、生物導(dǎo)致的腐蝕問題、力學(xué)腐蝕、電化學(xué)造成的腐蝕。

1.1 化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕實(shí)際上是形容石油鉆井設(shè)備金屬表面發(fā)生氧化現(xiàn)象，導(dǎo)致氧化腐蝕問題。容易使海洋石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的物質(zhì)主要包括硫化物質(zhì)、氟化物質(zhì)。如果工作人員將已經(jīng)存在腐蝕跡象的鉆井設(shè)備應(yīng)用在石油開采工作，海洋石油鉆井設(shè)備將會(huì)和石油出現(xiàn)反應(yīng)，可能會(huì)使石油鉆井設(shè)備的腐蝕速率下降。在溫度不斷提高的背景下，化學(xué)反應(yīng)速度會(huì)隨之變快，由此可知海洋高鹽量環(huán)境、海水溫度都會(huì)導(dǎo)致石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題。

1.1.1 硫化物導(dǎo)致的腐蝕問題

在海洋石油開采中使用鉆井設(shè)備，往往會(huì)受到海洋中硫化物質(zhì)的腐蝕，在鉆井作業(yè)過程中，鉆井設(shè)備表層位置會(huì)附著一些硫化物，這些硫化物的含氧量比較高，在酸性環(huán)境中的穩(wěn)定性比較差，容易和海水以及空氣中的濕氣發(fā)生分解反應(yīng)生成硫化氫組織，這種組織具有非常強(qiáng)的氧化還原能力，產(chǎn)生的氫原子被鋼鐵吸收后，能夠和鉆井設(shè)備表層材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可能導(dǎo)致鋼材脆化，表面開裂從而造成腐蝕。

1.1.2 氯化物導(dǎo)致的腐蝕問題

海水和海泥中含有的氯化物數(shù)量相當(dāng)多，原油含水量比較大，工作人員在進(jìn)行海洋石油鉆井作業(yè)的過程中，鉆井設(shè)備會(huì)直接和含鹽量較高的海水、海泥以及原油接觸，極易導(dǎo)致海洋石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題。除此以外，氯化物、鹽酸在與鉆井設(shè)備接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使海洋石油鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)比較嚴(yán)重的腐蝕問題。

1.1.3 環(huán)烷酸導(dǎo)致的腐蝕問題

環(huán)烷酸也能夠被稱作石油酸，是環(huán)戊烷物質(zhì)的一種衍生物，是原油有機(jī)酸的統(tǒng)稱。由于環(huán)烷酸的黏性比較強(qiáng)，是具有弱酸性的化合物，腐蝕能力比較強(qiáng)，再加上環(huán)烷酸不能完全溶于水中，可以在石油醚、乙醇中發(fā)生溶解反應(yīng)。在海洋石油鉆井過程中，鉆井設(shè)備中的鐵元素、鉛元素會(huì)與環(huán)烷酸發(fā)生直接接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得機(jī)械設(shè)備元件極易出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕問題，會(huì)直接降低石油鉆井設(shè)備的作業(yè)效率。

1.2 生物腐蝕

鉆井設(shè)備在開采海洋石油的過程中極易出現(xiàn)生物腐蝕問題，海水中的微生物——細(xì)菌會(huì)棲息在鉆井機(jī)械設(shè)備的金屬表面位置上，且會(huì)進(jìn)行繁殖，將會(huì)直接對鉆井機(jī)械設(shè)備的鍍膜以及防腐蝕涂層產(chǎn)生破壞力，從而造成石油鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)局部腐蝕問題。海洋生物腐蝕問題往往出現(xiàn)在低于平均海潮線1米的位置，該位置具有很多溶解氧，海水的溫度比較高，海中生物的繁殖速度比較快，海洋微生物聚集在鉆井機(jī)械設(shè)備的不銹鋼表面，使不銹鋼處于嚴(yán)重缺氧的環(huán)境中，從而導(dǎo)致不銹鋼出現(xiàn)鈍化問題，產(chǎn)生了相當(dāng)于閉塞電池的物質(zhì)，使得腐蝕電位急速增加，將會(huì)加快石油鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)局部腐蝕現(xiàn)象的時(shí)間。

由于微生物的數(shù)量和鉆井設(shè)備鑄鐵材料腐蝕速度具有直接關(guān)聯(lián)，如果硫酸鹽處在無氧條件下，將會(huì)轉(zhuǎn)化硫化物，將會(huì)造成金屬出現(xiàn)腐蝕問題。除此以外，部分海洋細(xì)菌會(huì)釋放出氨氫物質(zhì)和硫化氫，腐蝕性比較強(qiáng)，也會(huì)導(dǎo)致海洋石油鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題。

1.3 在力學(xué)作用下出現(xiàn)腐蝕問題

海洋石油鉆井設(shè)備金屬在長期經(jīng)過流體沖擊后會(huì)出現(xiàn)腐蝕問題，此類腐蝕被稱為力學(xué)作用腐蝕問題。不同海洋環(huán)境對于不同金屬材料產(chǎn)生的腐蝕影響也存在差異，海洋力學(xué)對于腐蝕速度具有一定影響，在浪花飛濺比較嚴(yán)重的區(qū)域，波浪、海潮都會(huì)對機(jī)械設(shè)備的金屬構(gòu)件產(chǎn)生循環(huán)往復(fù)的應(yīng)力以及沖擊力，都會(huì)對金屬保護(hù)膜產(chǎn)生破壞影響，因此該區(qū)域是發(fā)生腐蝕問題最嚴(yán)重的區(qū)域。

與此同時(shí)，海洋風(fēng)力等級(jí)、海水流動(dòng)速度都關(guān)系著海洋石油鉆井設(shè)備的腐蝕速度，在存在潮差的位置會(huì)使石油鉆井機(jī)械設(shè)備金屬表面發(fā)生干濕交叉現(xiàn)象，將會(huì)使腐蝕問題愈演愈烈[1]。在海洋石油鉆井設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入到深度達(dá)到30米的海洋環(huán)境中，該區(qū)域海水的流動(dòng)速度比較慢，能夠減少鉆井設(shè)備表層受到腐蝕影響的面積。

1.4 電化學(xué)腐蝕

在開采海洋石油時(shí)，鉆井機(jī)械出現(xiàn)的所有腐蝕問題中，出現(xiàn)頻率最高的是電化學(xué)腐蝕問題。在出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕時(shí)，一般是形容電解質(zhì)已經(jīng)和石油鉆井金屬表面出現(xiàn)直接接觸的時(shí)候，此時(shí)腐蝕狀態(tài)與原電池造成的腐蝕現(xiàn)象比較相似。在海洋環(huán)境中海水和海泥交界位置極易出現(xiàn)海泥、海水組成的腐蝕電池，在空氣濕度比較大的海洋環(huán)境中，二氧化氮會(huì)溶解在鉆井設(shè)備表面水層處，將會(huì)產(chǎn)生很多電解質(zhì)容易，這時(shí)候機(jī)械元件能夠順利轉(zhuǎn)化成電池陽極，腐蝕區(qū)域即是電池陰極。

在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)的同時(shí)，鉆井設(shè)備腐蝕位置將會(huì)發(fā)生溶解問題，陰極將會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。海洋腐蝕問題即是形容海水幾乎靜止的時(shí)候、海水流動(dòng)速度比較小的時(shí)候，陰極會(huì)受到氧氣擴(kuò)散的影響，石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題時(shí)，初期會(huì)先出現(xiàn)一些點(diǎn)腐蝕問題，點(diǎn)腐蝕程度會(huì)隨著時(shí)間增加而減弱，此時(shí)石油鉆井設(shè)備合金中含有的鐵金屬會(huì)和海水雜質(zhì)出現(xiàn)直接接觸，會(huì)發(fā)生持續(xù)的電化學(xué)腐蝕問題[2]。

2 海洋石油鉆井機(jī)械設(shè)備腐蝕問題的防治舉措

2.1 使用耐腐蝕機(jī)械材料

海洋石油鉆井機(jī)械設(shè)備的組裝原材料，是最需要開展防腐處理的位置，在生產(chǎn)加工時(shí)，應(yīng)該運(yùn)用一些耐腐蝕性能比較好的材料，能夠從加工階段降低鉆井設(shè)備發(fā)生腐蝕問題的可能性。海洋中含有的硫化物、氯化物極易和海洋石油鉆井設(shè)備的鐵金屬出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，因此相關(guān)工作人員在購置生產(chǎn)石油鉆井設(shè)備原材料的過程中，應(yīng)該多購置一些耐腐蝕效果比較高的不銹鋼材料，盡量不要使用生銹概率比較大的鑄鐵材料。依照不銹鋼金屬含量大小劃分，可以將不銹鋼材料劃分為素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼等。

在所有不銹鋼材料中，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕效果最佳，制作材料中大都涵蓋鎳材料、鉻材料，耐酸堿性能力比較強(qiáng)。除此以外，聚四氟乙烯由于具備較好的防腐蝕能力，已經(jīng)被大面積用于制作石油鉆井機(jī)械設(shè)備連接位置的密封材料、填充材料。

2.2 使用防腐蝕涂料

因?yàn)槭豌@井設(shè)備出現(xiàn)的腐蝕問題一般出現(xiàn)在設(shè)備表層，在制造和維保石油鉆井機(jī)械設(shè)備的過程中，在機(jī)械設(shè)備表層位置上噴涂一些防腐蝕能力比較強(qiáng)的防腐涂料，能夠使石油鉆井設(shè)備的腐蝕速度下降[3]。抗腐蝕涂料可以防止海水中的化學(xué)物質(zhì)和鉆井設(shè)備表面出現(xiàn)直接接觸產(chǎn)生腐蝕問題。

在海洋石油鉆井設(shè)備中使用防腐蝕涂料時(shí)，需要分別在底層漆、中層漆、表層漆涂抹防腐蝕涂料，現(xiàn)在應(yīng)用頻率比較高的防腐蝕涂料是無機(jī)聚合物涂料。在涂抹石油鉆井設(shè)備底層漆時(shí)，一般會(huì)使用環(huán)氧富鋅漆，因?yàn)榄h(huán)氧富鋅漆的耐油能力比較強(qiáng)，可以作為鉆井設(shè)備的耐干濕鹽霧，適合應(yīng)用在海洋石油開采中。在涂抹石油鉆井設(shè)備中層漆時(shí)需要使用環(huán)氧樹脂漆，因?yàn)槠渚邆涞哪蛪A腐蝕能力比較好，耐磨損能力比較強(qiáng)，耐油性較好，耐海水能力比較強(qiáng)，再加上漆膜的彈性比較好、硬度比較大，適合涂抹在中層漆。聚氨酯漆由于附著能力比較強(qiáng)，耐化學(xué)腐蝕能力比較好，而且具有較強(qiáng)的耐磨能力，韌性比較好，適合運(yùn)用在表層漆。在完成三層耐腐蝕物質(zhì)涂層以后，可以有效提升石油鉆井設(shè)備的耐腐蝕能力。

2.3 使用電鍍、熱鍍防腐蝕方式

電鍍技術(shù)、熱鍍技術(shù)均是當(dāng)前廣泛應(yīng)用在石油鉆井設(shè)備表層區(qū)域的防腐蝕處理方式，若是使用電鍍法進(jìn)行防腐蝕，工作人員應(yīng)該在開采海洋石油之前，在鉆井設(shè)備表層鍍上一層金屬合金，避免海洋鉆井機(jī)械設(shè)備和海洋環(huán)境中的酸堿物質(zhì)直接出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，從而充分發(fā)揮出防腐蝕效果。電鍍法防腐處理中應(yīng)用頻率比較大的材料涵蓋鎳鋅材料、銅鈦材料，在鉆井設(shè)備基體部分常使用的材料涵蓋不銹鋼材料、鑄鐵材料等[4]。

若是使用熱鍍技術(shù)進(jìn)行防腐處理，工作人員應(yīng)該利用高溫將金屬浸泡到融化狀態(tài)，然后添加合金材料實(shí)施熱鍍處理，然后在鉆井設(shè)備表層涂抹一些涂層，盡量保證涂抹厚度比較大。相對而言，熱鍍法防腐能力優(yōu)于電鍍法防腐，熱鍍主要是通過犧牲陽極材料保護(hù)鉆井設(shè)備不受腐蝕影響，防腐蝕保護(hù)能力比較強(qiáng)，若是綜合運(yùn)用電鍍防腐、熱鍍防腐鍍技術(shù)，能夠有效提升鋼材料在海洋環(huán)境中的實(shí)際使用期限。

2.4 電化學(xué)防腐蝕處理

防止電化學(xué)腐蝕處理主要是用于防止氯離子使鋼筋出現(xiàn)銹蝕問題，海水以及混凝土材料中都含有一定量的氯離子，在處理海洋石油鉆井設(shè)備電化學(xué)腐蝕問題應(yīng)用的原理是電化學(xué)原理，對石油鉆井機(jī)械設(shè)備使用的防腐措施是使機(jī)械設(shè)備作為電池陰極，從而提升機(jī)械設(shè)備金屬表面的防腐蝕能力[5]。

常使用的電化學(xué)防腐蝕處理技術(shù)主要涵蓋陰極保護(hù)技術(shù)、電化學(xué)除氯技術(shù)等。陰極保護(hù)法主要包括兩類，一類是犧牲陽極保護(hù)陰極保護(hù)，另一類是通過施加外加電流保護(hù)陰極，在使用犧牲陽極法的時(shí)候，需要犧牲掉陽極物體，為陰極提供充足的電流，在電解質(zhì)影響下會(huì)產(chǎn)生保護(hù)作用。犧牲陽極法是對鉆井設(shè)備金屬材料施加保護(hù)，使其通過犧牲陽極的方式為石油鉆井設(shè)備提供充足電流，利用電解質(zhì)環(huán)境進(jìn)行防腐蝕處理保護(hù)鉆井設(shè)備，比較適合運(yùn)用在海洋石油鉆井設(shè)備的電化學(xué)防腐蝕問題中。

2.5 使用緩蝕劑進(jìn)行防腐蝕處理

在海洋石油鉆井設(shè)備運(yùn)用在海洋環(huán)境的時(shí)候，緩蝕劑能夠直接和海水中含有的腐蝕性組織發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，避免海洋環(huán)境中的雜質(zhì)對于鉆井設(shè)備表層位置產(chǎn)生腐蝕等不利影響。從化學(xué)成分的角度進(jìn)行劃分，能夠?qū)⒎栏g緩蝕劑劃分為防腐聚合物、防腐有機(jī)緩蝕劑、無機(jī)防腐緩蝕劑。通過使用混合型緩蝕劑，能夠降低海水中的溶解氧直接擴(kuò)散到石油鉆井機(jī)械設(shè)備金屬表層的陰極位置，能夠產(chǎn)生防腐蝕保護(hù)膜。其中的陽極緩蝕劑能夠直接與鉆井設(shè)備的金屬離子出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，使石油鉆井設(shè)備表層具備一層防腐保護(hù)膜，能夠使石油鉆井設(shè)備表層出現(xiàn)腐蝕問題的速度減慢[6]。

3 控制石油鉆井設(shè)備腐蝕問題的對策

3.1 提升設(shè)備選材控制力度

由于海洋石油鉆井設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境腐蝕性比較強(qiáng)，因此工作人員在控制機(jī)械設(shè)備選材時(shí)，應(yīng)該盡量使用不銹鋼材料、合金材料。與此同時(shí)，在選材工作中，除了應(yīng)該滿足石油鉆井設(shè)備的抗腐蝕需要以外，還需要考慮材料的力學(xué)性能，工作人員應(yīng)該認(rèn)真評估材料的力學(xué)性能，保證原材料性能符合石油鉆井設(shè)備的應(yīng)力要求、強(qiáng)度要求，避免由于過于重視防腐能力使得石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)無法正常使用的問題[7]。

3.2 優(yōu)化機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)

因?yàn)槭豌@井機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和受腐蝕影響程度具有直接關(guān)聯(lián)，因此工作人員可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式提升抗腐蝕能力機(jī)。在設(shè)計(jì)石油鉆井機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要盡量防止存在死角以及裂縫，若是石油鉆井設(shè)備具有死角，機(jī)械設(shè)備表層極易殘留一些化學(xué)物質(zhì)，在鉆井設(shè)備沉積在海洋環(huán)境中時(shí)會(huì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)從而導(dǎo)致腐蝕問題。若是石油鉆井設(shè)備表面出現(xiàn)裂縫，會(huì)在一定程度上阻止化學(xué)液體的正常流動(dòng)，使得化學(xué)液體進(jìn)入到機(jī)械設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，也會(huì)導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。因此工作人員在優(yōu)化石油鉆井機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要降低死角以及裂縫出現(xiàn)的可能性，從而防止石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題。

3.3 優(yōu)化工藝流程

因?yàn)槭豌@井設(shè)備的制作流程比較復(fù)雜，在選擇好制造工藝以后，充分考慮工藝流程的防腐水平。首先，避免石油鉆井機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)水分，正常情況下，石油鉆井設(shè)備在處于空氣比較干燥的常溫環(huán)境中，空氣對設(shè)備金屬表面不會(huì)產(chǎn)生過多的腐蝕影響。因此在加工石油鉆井設(shè)備的時(shí)候，需要使用一些干燥設(shè)備、冷卻設(shè)備，將設(shè)備內(nèi)部含有的水分清除干凈，方能減少氯氣對碳鋼產(chǎn)生的腐蝕影響。其次，工作人員可以通過提升溫度的方式，達(dá)到減少腐蝕影響的目的，增高溫度能夠使石油鉆井設(shè)備的水分蒸發(fā)，不會(huì)使水分發(fā)生冷凝問題，可以在一定程度上減少海洋石油開采設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題的概率[8]。

4 結(jié)論

綜上所述，在開采海洋石油的過程中，需要使用石油鉆井機(jī)械設(shè)備，但是鉆井設(shè)備受到腐蝕影響的程度高于陸地，使得海洋石油開采難度遠(yuǎn)高于陸地石油開采，如果腐蝕問題未獲得及時(shí)優(yōu)化解決，將會(huì)直接影響石油鉆井設(shè)備的實(shí)際使用期限，因此石油開采單位應(yīng)該在使用石油鉆井設(shè)備之前，提前使用一些防腐蝕技術(shù)對石油鉆井機(jī)械設(shè)備建立防腐保護(hù)層，從而避免海洋石油鉆井機(jī)械設(shè)備受到腐蝕影響，進(jìn)而提升海洋石油開采效率。