石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂原因探討

王英?

摘 要：負(fù)責(zé)地下勘探的石油鉆采設(shè)備面臨的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，結(jié)構(gòu)件開裂等故障很容易出現(xiàn)，這使得相關(guān)研究向來受到業(yè)界重視?；诖?，本文將簡(jiǎn)單分析石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂原因，并深入探討石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂應(yīng)對(duì)方法，希望研究?jī)?nèi)容能夠給相關(guān)從業(yè)人員以啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：石油鉆采設(shè)備;結(jié)構(gòu)件;開裂

引言：作業(yè)過程中的石油鉆采設(shè)備很容易出現(xiàn)故障，如堵塞、松脫、老化、開裂，結(jié)構(gòu)件開裂屬于其中代表，這類故障會(huì)導(dǎo)致正常開采進(jìn)程受到嚴(yán)重影響，開采成本會(huì)隨之上升，很多時(shí)候還可能引發(fā)安全生產(chǎn)事故。為有效預(yù)防和處理石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)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(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂原因

1.1層狀撕裂原因

大規(guī)格板材與其他接頭的焊接很容易出現(xiàn)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(nèi)部材料熱脹冷縮對(duì)周圍產(chǎn)生較大壓力，平行于板材的裂紋會(huì)因金屬應(yīng)力產(chǎn)生，具體表現(xiàn)為層狀撕裂。層狀撕裂的測(cè)量難度較高，會(huì)導(dǎo)致石油鉆采設(shè)備出現(xiàn)較大安全隱患，同時(shí)該故障的處理難度較高。在焊接石油鉆采設(shè)備的過程中，設(shè)備使用性能受到的焊接結(jié)構(gòu)影響較為深遠(yuǎn)，如在搭建大型鉆修井架及固井壓裂設(shè)備的過程中，焊接接頭連接的應(yīng)用較為普遍，高水平焊接一般不會(huì)產(chǎn)生開裂問題，大規(guī)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(dǎo)致層狀撕裂。層狀撕裂原因可細(xì)分為兩部分：第一，材料。如使用內(nèi)部存在分層現(xiàn)象的鋼板材料，硫化物等物質(zhì)存在于分層夾層中，強(qiáng)度不均勻的大規(guī)格板材很容易在焊接過程中出現(xiàn)問題，進(jìn)而引發(fā)層狀撕裂;第二，較低的厚度方向塑性。焊接過程中應(yīng)力會(huì)垂直于軋制方向產(chǎn)生，使得較大應(yīng)力產(chǎn)生于板材厚度方向，在同時(shí)存在的較大焊接熱量作用下，層狀撕裂問題很容易出現(xiàn)[1]。

1.2低溫開裂原因

新疆地區(qū)、北方地區(qū)、海洋油田屬于我國(guó)石油開采集中區(qū)，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(dǎo)致結(jié)構(gòu)件脆性增加、內(nèi)部結(jié)構(gòu)塑性降低，石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂很容易因壓力增加出現(xiàn)。在低溫環(huán)境下，會(huì)導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)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(kuò)散的裂紋使得整個(gè)構(gòu)件結(jié)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)斷裂，很容易引發(fā)事故。

1.3設(shè)計(jì)缺陷原因

石油鉆采設(shè)備多工作于高壓力、高強(qiáng)度的惡劣環(huán)境下，構(gòu)件質(zhì)量受到的設(shè)計(jì)影響較為深遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致構(gòu)件開裂的情況較為常見，包括：第一，設(shè)計(jì)人員未能詳細(xì)了解構(gòu)件數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)石油鉆采設(shè)備需依托真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行，構(gòu)件的合理安裝和焊接直接受到數(shù)據(jù)真實(shí)性影響，數(shù)據(jù)誤差會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響焊接受力和構(gòu)件材料性能。如構(gòu)件存在測(cè)量錯(cuò)誤的焊縫數(shù)據(jù)，焊接質(zhì)量將無法得到保障并導(dǎo)致構(gòu)件開裂;第二，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。不同構(gòu)件存在不同功能，設(shè)計(jì)需結(jié)合具體作用進(jìn)行，不合理的設(shè)計(jì)方案會(huì)導(dǎo)致其功能性無法得到保障。如石油鉆采設(shè)備中的某構(gòu)件需要承受較大壓力，但設(shè)計(jì)時(shí)的承壓考慮不足，使用過程中該構(gòu)件出現(xiàn)開裂的概率較高;第三，忽視作業(yè)環(huán)境。作業(yè)環(huán)境對(duì)石油鉆采設(shè)備帶來的影響較為深遠(yuǎn)，如較大壓力、較大溫差變化，如設(shè)計(jì)忽視作業(yè)環(huán)境影響，構(gòu)件或設(shè)備無法使用情況很容易出現(xiàn)，寒冷環(huán)境下構(gòu)件凍裂便屬于其中典型[2]。

1.4設(shè)備材料原因

鋼材料屬于石油鉆采設(shè)備主要構(gòu)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(zhì)量方面差異，如無法較好適應(yīng)這種差異，石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂問題同樣可能出現(xiàn)。在搭建井架環(huán)節(jié)，搭建需優(yōu)選矩形管，如審查缺失，采用內(nèi)部含原始裂紋的矩形管，裂紋會(huì)在應(yīng)用過程中逐步發(fā)展，最終導(dǎo)致橫截面斷裂，引發(fā)井架安全問題。

1.5焊接質(zhì)量原因

石油鉆采設(shè)備焊接質(zhì)量帶來的影響較為深遠(yuǎn)，焊接人員需同時(shí)關(guān)注焊縫質(zhì)量及外觀美觀性。藥芯焊絲和實(shí)心焊條屬于石油鉆采設(shè)備焊接常用的兩種焊接材料，前者在應(yīng)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(dǎo)致焊縫內(nèi)部無法焊實(shí)，后者存在較出色抗裂性能，在提升焊縫強(qiáng)度方面表現(xiàn)出色，但在美觀性方面存在不足。此外，焊接人員不夠細(xì)心、技術(shù)水平不高也會(huì)影響焊接質(zhì)量，如未能嚴(yán)格清理待焊接構(gòu)件表面、缺乏對(duì)焊接應(yīng)力的重視，這類問題會(huì)導(dǎo)致石油鉆采設(shè)備的強(qiáng)度和質(zhì)量受到影響，構(gòu)件開裂現(xiàn)象更容易出現(xiàn)。

2.石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂應(yīng)對(duì)方法

2.1層狀撕裂應(yīng)對(duì)方法

為解決層狀撕裂問題，設(shè)備材料的優(yōu)選極為關(guān)鍵，應(yīng)選擇雜質(zhì)含量極小或不存在雜質(zhì)的鋼板材料，同時(shí)嚴(yán)格控制材料內(nèi)部硫化物含量，規(guī)避石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂問題出現(xiàn)。焊接過程應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)施工焊接結(jié)構(gòu)及接頭材料，需設(shè)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(yīng)力影響產(chǎn)生的裂痕將有效規(guī)避。焊接角度調(diào)整也需要得到重視，通過坡口角度的減小并調(diào)整焊縫的形狀，構(gòu)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)力降低將順利實(shí)現(xiàn)，層狀撕裂的發(fā)生將得到更好控制。

2.2低溫開裂應(yīng)對(duì)方法

為解決低溫帶來的石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂問題，必須做好石油鉆采設(shè)備的保溫防凍工作，該工作應(yīng)在低溫冷空氣來臨前完成。如存在-40℃以下的氣溫，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整作業(yè)時(shí)間，避免在過低溫度下進(jìn)行作業(yè)，否則石油鉆采設(shè)備將出現(xiàn)更嚴(yán)重破壞。石油鉆采設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)也需要同時(shí)得到重視，如存在較低的環(huán)境溫度，需設(shè)法將沖擊載荷降低，避免較大壓力下脆性增加的構(gòu)件出現(xiàn)斷裂。

2.3設(shè)計(jì)缺陷應(yīng)對(duì)方法

為解決設(shè)計(jì)缺陷引發(fā)的問，石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件相關(guān)設(shè)計(jì)需要細(xì)致測(cè)量數(shù)據(jù)，并深入研究環(huán)境影響因素，保證設(shè)計(jì)能夠嚴(yán)格遵循設(shè)備需要開展，盡可能消除設(shè)計(jì)隱患和風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確率也需要設(shè)法提升，以此重點(diǎn)計(jì)算和分析重要部位，并研究設(shè)備使用實(shí)際情況，如天氣、風(fēng)力、溫度變化對(duì)設(shè)備帶來的影響，保證設(shè)計(jì)更好符合環(huán)境實(shí)際。此外，還需要設(shè)法深化對(duì)石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的了解，明確設(shè)備受到的不同焊接結(jié)構(gòu)影響并有效應(yīng)對(duì)，進(jìn)一步提升石油鉆采設(shè)備質(zhì)量。

2.4設(shè)備材料應(yīng)對(duì)方法

為避免材料選用不當(dāng)導(dǎo)致石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂，必須重點(diǎn)檢驗(yàn)材料質(zhì)量，保證使用的材料能夠承受設(shè)備工作溫度及壓力。相關(guān)部門及人員需做好材料的審核與檢驗(yàn)工作，購(gòu)入時(shí)、使用時(shí)的檢測(cè)均需要嚴(yán)格落實(shí)，如某部位的受壓較大，需開展重點(diǎn)檢測(cè)[3]。

2.5焊接質(zhì)量應(yīng)對(duì)方法

為應(yīng)對(duì)焊接質(zhì)量問題引發(fā)的石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂，需關(guān)注焊接材料的優(yōu)選，基于設(shè)備要求控制焊接結(jié)果。具體實(shí)踐需保證焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)合設(shè)備需求開展，如設(shè)備需求較高，可首先開展焊條焊接，之后使用藥芯焊絲進(jìn)行表面焊縫處理，未焊透問題規(guī)避、表面平整度提升均可順利實(shí)現(xiàn)。焊接操作的規(guī)范化也需要得到重視，需關(guān)注接口和組裝配對(duì)的科學(xué)設(shè)計(jì)、接口的焊接前清理，規(guī)避構(gòu)件無法安裝整合問題，設(shè)計(jì)和施工人員間需強(qiáng)化溝通，落實(shí)各方面交底工作，保證相關(guān)問題能夠提前應(yīng)對(duì)。此外，焊接人員的技術(shù)水平也需要設(shè)法提升，如焊接前細(xì)致分析構(gòu)件和鋼材特點(diǎn)，明確焊接技術(shù)要點(diǎn)，規(guī)避焊接質(zhì)量問題。

結(jié)論：綜上所述，多方面因素均可能導(dǎo)致石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的層狀撕裂應(yīng)對(duì)方法、焊接質(zhì)量應(yīng)對(duì)方法等內(nèi)容，則提供了可行性較高的應(yīng)對(duì)方法。為更好保證石油鉆采設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，石油鉆采設(shè)備材料、設(shè)計(jì)、施工水平的提升必須得到重視，先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)、高素質(zhì)人才培養(yǎng)也需要引起關(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金貴，黨曙昕，康學(xué)鋒.轉(zhuǎn)銹穩(wěn)銹材料在石油鉆采設(shè)備薄壁件表面的應(yīng)用[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2021，38（02）：45～47.

[2]李曉東.焊接自動(dòng)化技術(shù)在石油鉆采設(shè)備制造中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2021，47（02）：17～18+64.

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