空氣鉆井鉆具腐蝕研究

高玉慶(大慶鉆探集團(tuán)鉆井三公司15153鉆井隊(duì) 黑龍江大慶163000)

鉆具腐蝕問題是石油鉆井過程中常見的問題，而且隨著井深的不斷增加，井下條件不斷的復(fù)雜，鉆具腐蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重。隨著鉆具腐蝕的不斷加劇，容易造成鉆具的疲勞損壞，容易發(fā)生井下鉆具穿孔甚至斷裂等嚴(yán)重鉆井事故，一旦出現(xiàn)該類事故，將會(huì)造成巨大的損失。特別是在空氣鉆井過程中，由于空氣鉆井特殊的鉆井工藝，加劇了井下條件的復(fù)雜性，進(jìn)而加劇了鉆具的腐蝕磨損。通過對(duì)鉆具腐蝕類型和腐蝕機(jī)理的研究，得到防治空氣鉆井鉆具腐蝕的措施，可以有效的減緩空氣鉆井的鉆具腐蝕，因此需要不斷的加強(qiáng)空氣鉆井鉆具腐蝕與防護(hù)的研究。

一、空氣鉆井鉆具腐蝕的類型分析

在空氣鉆井過程中，對(duì)鉆具產(chǎn)生腐蝕的介質(zhì)和常規(guī)的鉆井液并不相同。在空氣鉆井的過程中，鉆井液中空氣中含有氧氣，加劇了鉆具的腐蝕。由于鉆井液產(chǎn)生的壓力較小，地層中的流體會(huì)不斷的流向井筒中，地層中高礦物含量的水會(huì)對(duì)鉆具產(chǎn)生較大的腐蝕。如果油藏中含有硫化氫或者二氧化碳，從油藏中涌出的硫化氫和二氧化碳也會(huì)對(duì)鉆具生產(chǎn)較大的腐蝕。

研究數(shù)據(jù)表明，鉆具的腐蝕百分之七十左右是由鉆井液導(dǎo)致的。鉆井液中氧氣的存在是導(dǎo)致鉆具腐蝕的主要原因。由于氧氣的氧化腐蝕作用，會(huì)對(duì)鉆具產(chǎn)生腐蝕磨損，而且含有的氧氣還會(huì)和鉆井液中二氧化碳等氣體反應(yīng)，加劇對(duì)鉆具的磨損。避免鉆井液中的氧氣對(duì)鉆具磨損的方法，主要有可以在鉆井液中加入一定量的除氧劑，同時(shí)可以加入適量的防止氧化腐蝕的藥劑。二氧化碳通常條件下不會(huì)和金屬發(fā)生腐蝕反應(yīng)，但是如果有水存在后，就容易對(duì)金屬造成腐蝕。在空氣鉆井中，二氧化碳會(huì)溶解到鉆井液中，二氧化碳與水反應(yīng)生產(chǎn)碳酸，生產(chǎn)的碳酸會(huì)和鉆具金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而造成了鉆具的腐蝕。防止二氧化碳鉆具腐蝕的方法，主要是在鉆井液中添加堿類化合物，將鉆井液由酸性調(diào)為堿性，阻礙碳酸和鉆具的電化學(xué)反應(yīng)。然后再在鉆井液中加入相應(yīng)的有機(jī)類緩蝕劑。在氣體鉆井過程中還會(huì)存在腐蝕介質(zhì)對(duì)鉆具的磨蝕，氣體攜帶的巖屑、砂粒等固體顆粒，在井筒環(huán)空中以較高的速率上返，上返的速度一般在十五米每秒左右，甚至?xí)?。高速運(yùn)動(dòng)的固體顆粒、氣體和液體，會(huì)對(duì)鉆具表面產(chǎn)生較大的磨蝕磨損。通過在鉆井液中添加防腐劑，使防腐劑和鉆具表面反應(yīng)，從而在鉆具表面形成一層保護(hù)膜，削弱了高速運(yùn)動(dòng)的巖屑、砂粒等對(duì)鉆具表面的沖蝕磨損。細(xì)菌在特定的條件下，也會(huì)對(duì)鉆具產(chǎn)生一定的腐蝕。造成油田材料腐蝕的細(xì)菌，主要是硫酸鹽細(xì)菌。硫酸鹽細(xì)菌主要分為兩類，一類是高溫細(xì)菌，另一類是低溫細(xì)菌。硫酸鹽細(xì)菌是一種常見的鉆具腐蝕細(xì)菌。在地層深部的鉆具表面，受到電化學(xué)腐蝕作用的影響，在腐蝕陰極表面產(chǎn)生氫氣原子，產(chǎn)生的氫氣原子附著在鉆具的表面，而不會(huì)聚集形成氣體。氫氣原子在鉆具表面的附著，會(huì)削弱鉆具金屬表面的陰極反應(yīng)，甚至?xí)斐煞磻?yīng)的停止。但是如果鉆井液中存在硫酸鹽細(xì)菌時(shí)，硫酸鹽細(xì)菌可以利用鉆具表面附著的氫原子，將硫酸根離子中的硫還原，這樣就加快了鉆具金屬表面的陰極反應(yīng)。經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)得到的金屬亞鐵離子和硫離子反應(yīng)，生產(chǎn)硫化亞鐵沉淀。所以當(dāng)空氣鉆井鉆井液中含有硫酸鹽細(xì)菌時(shí)，在鉆具表面產(chǎn)生腐蝕沉淀物為黑色，而且具有刺鼻性臭味。如果鉆井液中含有的細(xì)菌較多，空氣鉆井過程中對(duì)鉆具的腐蝕越嚴(yán)重。

二、空氣鉆井鉆具腐蝕的防治措施分析

在地層出水的情況下，導(dǎo)致空氣鉆井鉆具腐蝕的主要包括，鉆井液中溶解氧產(chǎn)生的腐蝕，地層中礦化物產(chǎn)生的腐蝕，高速液體氣體流動(dòng)過程中攜帶的巖屑砂粒對(duì)鉆具產(chǎn)生的沖蝕磨損。地層的溫度和地層中含有礦化物的量，是不能夠人為改變的。但是空氣鉆井過程中，空氣中氧氣的含量是可以改變的。如果想降低鉆井液中氧氣的含量，可以改變空氣鉆井中空氣的成分，例如采用氮?dú)獾榷栊詺怏w鉆井方法，但是如果完全采用惰性氣體，會(huì)大大增加空氣鉆井成本。在常規(guī)空氣鉆井的基礎(chǔ)上，通過加入除氧劑的方式，可以有效的降低空氣鉆井鉆井液中氧氣的含量，從而降低鉆井液中溶解氧對(duì)鉆具的腐蝕。在空氣鉆井過程中，井筒中氣體、液體的環(huán)空返速，通常情況下會(huì)高于十五米每秒，因此在鉆井過程中，氣體、液體中攜帶的巖屑砂粒等固體顆粒對(duì)，鉆具的沖蝕磨損是不可避免的。但是通過合理的設(shè)計(jì)計(jì)算，可以在保證巖屑被攜帶出井口的前提下，盡量的減小空氣鉆井的環(huán)空返速，從而有效減少固體顆粒對(duì)鉆具表面的沖蝕磨損。通過合理的設(shè)計(jì)鉆具結(jié)構(gòu)，改善鉆井流體在環(huán)空中的流動(dòng)狀態(tài)，盡量避免鉆具的變徑，減少流體在流動(dòng)過程中的漩渦現(xiàn)象，也可以降低對(duì)鉆具的腐蝕磨損。如果地層出水較多，而且礦物質(zhì)含量高，需要將空氣鉆井變?yōu)榕菽@井，這樣可以減少鉆井的環(huán)空返速，減少?zèng)_蝕磨損。同時(shí)泡沫鉆井中的泡沫可以把空氣用氣泡包裹起來，減少了鉆具和空氣中氧氣接觸的概率，從而降低了氧氣對(duì)鉆具的腐蝕磨損。在鉆井液中添加適量的緩蝕劑，提高鉆井液的PH值，這幾種作用相互協(xié)同，共同防治空氣鉆井中鉆具腐蝕磨損。

結(jié)束語

空氣鉆井技術(shù)可以有效的提高鉆井速度，降低鉆井周期，節(jié)約鉆井成本。空氣鉆井在有效提高鉆速的同時(shí)，由于其鉆井液組成和狀態(tài)的特殊性，會(huì)大大加劇對(duì)井下鉆具的腐蝕磨損，因此需要加強(qiáng)對(duì)空氣鉆井鉆具腐蝕磨損的研究?？諝忏@井過程中，鉆井液中含有的氧氣、地層中的高礦物鹽水、硫化氫、二氧化碳都會(huì)對(duì)鉆具生產(chǎn)較大的腐蝕。二氧化碳會(huì)溶解到鉆井液中，與水反應(yīng)生產(chǎn)碳酸，生產(chǎn)碳酸會(huì)和鉆具金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成了鉆具的腐蝕。加入除氧劑可以有效的降低鉆井液中氧氣的含量。通過研究對(duì)于減小空氣鉆井過程中的鉆具腐蝕，增強(qiáng)空氣鉆井的安全性，促進(jìn)了空氣鉆井技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有積極的意義。

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[2]董家梅,孫緒新.緩蝕劑防腐及其在石油機(jī)械中的應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2002.