復合磺酸鈣基潤滑脂在油田中的防腐蝕應用

周航 李銳 范雪麟 石堯 邵長彬 盛擁軍

摘要：腐蝕是油田設(shè)備面對的重要問題。本文結(jié)合復合磺酸鈣基潤滑脂這一新型的高性能潤滑脂相比傳統(tǒng)產(chǎn)品的顯著優(yōu)點，考慮其天然的防腐蝕特性，提出了將其應用于高腐蝕環(huán)境下的鉆頭、各類油田機具的磨損部件的潤滑展開研究的思路。

關(guān)鍵詞：腐蝕;油田;復合磺酸鈣基潤滑脂

1 引言

復合磺酸鈣基潤滑脂是一類新型的高性能通用潤滑脂，近年來被廣泛地研究、應用于機械、冶金、造紙、采礦、海運、食品與核能等眾多領(lǐng)域[1-2]。相比傳統(tǒng)的鋰基、鈣基等潤滑脂，其性能優(yōu)異。

腐蝕性是石油化工領(lǐng)域所面臨的重要問題。在石油勘探開發(fā)過程中，腐蝕現(xiàn)象非常嚴重，尤其是石油伴生的硫化氫氣體，鉆具在全暴露環(huán)境下產(chǎn)生的腐蝕既可存在于表面也可存在于材料深處，無法檢定金屬機具的受損程度，高強度鋼材應力開裂和脆斷往往是毫無征兆的突發(fā)事態(tài)[3]。針對油田設(shè)備中采用新型的復合磺酸鈣潤滑脂，充分利用其抗腐蝕性、防銹性、耐磨性的特點，將獲得非常好的綜合效益。

2 鉆井中的腐蝕現(xiàn)象

在石油勘探開采過程中，腐蝕按照其成因，主要的類型如下：

硫化物腐蝕。硫化氫廣泛存在于油井環(huán)境，大致有以下幾種來源：首先是地層中蘊含的與石油伴生的，其次，在鉆井過程中使用的聚磺類處理劑熱解后產(chǎn)生的，還有嗜硫化物的細菌所產(chǎn)生的硫化氫等。硫化氫干燥時對金屬無明顯侵蝕現(xiàn)象，但處于水解狀態(tài)時釋放氫離子，對具有強烈的去極化能力，對金屬單質(zhì)進行氧化。另一方面，氫離子還原后形成的單質(zhì)會滲入至碳鋼深處，使得金屬構(gòu)件中形成強大的內(nèi)應力，造成構(gòu)件脆性破壞。后者為此類腐蝕中的主要隱患，依據(jù)現(xiàn)象，可存在有四類[3]：氫鼓泡、氫致開裂、應力腐蝕開裂、應力導向氫致開裂。

偏磨腐蝕。油管、抽油桿往復循環(huán)的摩擦將使得金屬表面的氧化物介質(zhì)被清除，金屬基體重新暴露于腐蝕性介質(zhì)之中，成為電化學反應中新的陽極。如此將加速對金屬部件的消耗。

二氧化碳腐蝕。二氧化碳廣泛存在于各類環(huán)境，其侵蝕原理類似與硫化氫介質(zhì)，主要是其水解產(chǎn)生的弱酸性環(huán)境對金屬基體的氧化。

生物腐蝕。生物腐蝕復雜多樣，主要途徑是通過生物活動產(chǎn)生腐蝕性介質(zhì)，從而對金屬產(chǎn)生腐蝕。腐蝕性介質(zhì)主要有硫酸，硫化氫，二氧化碳。

防腐蝕工作本質(zhì)上是對金屬構(gòu)件的隔絕。工程上通常從改變金屬合金成分、設(shè)置陽極保護、添加緩蝕劑或者防腐涂層為主要手段。磺酸鹽作為重要的一類添加劑，具有良好的抗腐蝕性能。有學者[5-7]對氨基磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、改進木質(zhì)素磺酸鹽等一系列的磺酸鹽的耐腐蝕性能進行了研究，論證了磺酸鹽作為緩蝕劑，對抗各類腐蝕性介質(zhì)的有效性。

3 復合磺酸鈣基潤滑脂的特性

復合磺酸鈣基潤滑脂基于上世紀50年代以來磺酸基潤滑脂，經(jīng)過數(shù)次產(chǎn)品迭代和改進，解決了滴點、稠化能力、泵送性能、易失性問題，國內(nèi)近年來生產(chǎn)能力逐漸提升，在各個領(lǐng)域有了越來越多的應用。相比傳統(tǒng)的潤滑脂，其具有以下優(yōu)點：

剪切安定性。依據(jù)GB/T 269的測試標準，經(jīng)過10萬次剪切后，工作錐入度相比改變相較傳統(tǒng)的鈣基、鋰基潤滑脂非常小。

耐高溫性能。常規(guī)的鋰基潤滑脂、聚脲潤滑脂在高溫下會發(fā)生不可逆的化學結(jié)構(gòu)改變。機械運轉(zhuǎn)中潤滑部位不可避免的出現(xiàn)高溫工況，耐高溫性能是一重要考量點。復合鈣基潤滑脂的滴點通常在250攝氏度，高溫可逆。

抗水性能?？顾阅芡ǔＲ栽跐櫥屑尤?0%的水的形式進行試驗。復合磺酸鈣基潤滑脂在加入20%的水后，防腐蝕性能、錐入度、極壓性能維持原狀[4]。在加入50%的水后的極端情形下，復合磺酸鈣基潤滑脂性能依舊。

防腐蝕性。磺酸鹽是常見防腐蝕添加劑成分，出現(xiàn)在各類防腐噴涂產(chǎn)品中。復合磺酸鈣基潤滑脂作為天然的防腐蝕成分，其對金屬部件的保護是持續(xù)的。

4 復合磺酸鈣基潤滑脂的防腐蝕應用場景

磺酸鹽對腐蝕有天然抗性，同時該潤滑脂能有效粘附與金屬介質(zhì)，避免金屬部件與腐蝕性成分接觸，其優(yōu)秀的防腐蝕性能將得到極大發(fā)揮。在油田領(lǐng)域，潤滑脂的應用包含油田普通設(shè)備與鉆頭兩大類場景[8]。

4.1 油田普通設(shè)備

鉆井設(shè)備?？蓪堋⑻燔?、游動滑車、絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵等設(shè)備的滑輪、軸承、油嘴、密封圈、彈簧、鉤軸進行潤滑。

試油壓裂設(shè)備。主要是壓裂機組、試井車、連續(xù)油管車臺等裝置中的輪轂、離合器、滾筒、鏈條拉桿連接銷中的軸承進行潤滑。

維護作業(yè)設(shè)備。修井機、通井機、背井駕車、洗井車、壓風車中的鏈條、軸承、絲桿、滾輪部位的潤滑。

運輸?shù)跬显O(shè)備、地面道橋設(shè)備、機械加工及動力設(shè)備。這一類配套裝置中的軸承、齒輪、輪轂、絲桿、鋼纜等部位的潤滑。

國內(nèi)上述設(shè)備中采用最多的潤滑脂是GB/T 7324通用鋰基潤滑脂、GB/T 5671汽車通用鋰基潤滑脂。更換為復合磺酸鈣基潤滑脂后，將有效避免金屬構(gòu)件的過早腐蝕，其突出的抗水特性能切實提高部件的使用壽命。

4.2 油田鉆頭

油田鉆頭的壽命關(guān)鍵在于鉆頭軸承，而鉆頭軸承的壽命與其所采用的潤滑脂的品質(zhì)息息相關(guān)。井下特殊設(shè)備的潤滑，是保證深井、超深井下設(shè)備安全的重要保證。國內(nèi)對于鉆頭潤滑脂的研究極少，，而美國2011年發(fā)布的專利中，已經(jīng)采用5%-70%的高性能復合磺酸鈣為稠化劑，取代了皂類。該潤滑脂能更好地滿足深井之下鉆頭高溫高壓的嚴峻環(huán)境。復合磺酸鈣基潤滑脂是未來的發(fā)展趨勢。

5 小結(jié)

本文針對油田高腐蝕性環(huán)境，從新型的復合磺酸鈣基潤滑脂天然的抗腐蝕特性出發(fā)，考慮其突出的抗水性，更耐高溫高壓極端惡劣環(huán)境的優(yōu)勢，提出在油田中對復合磺酸鈣基潤滑脂進行廣泛研究和應用的思路。該潤滑脂優(yōu)勢明顯，與油田環(huán)境兩者契合度高，具有較好的應用前景。

參考文獻

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[2] 蔣明俊，郭小川. 高堿性磺酸鹽復合鈣基潤滑脂的研究進展[J]. 潤滑油，2013，28（2）：17-20

[3] 姚偉達，孔學云，劉禹銘，李寶龍，齊海濤. 油氣田開發(fā)中H2S對鋼材腐蝕因素分析與預防[J]. 科學管理，2016，3：255-257

[4] 朱廷彬，李其昌. 我國潤滑脂工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展重點分析[J]. 中國石油和化工經(jīng)濟分析， 2011，（09）：52-56.

[5] 冮冶，楊樹林，李晗曄等.耐熱耐腐蝕氨基磺酸鹽鍍鎳工藝的改進[J].電鍍與涂飾，2012，31（1）：17-19

周航，性別女，民族漢族，出生年月，1988.02籍貫（例如：山東高唐縣），工作單位勝利油田技術(shù)檢測中心，研究方向潤滑劑檢測，學歷本科，職稱中級工程師，單位所在地山東省東營市西二路480號，郵編257000。

項目來源，單位科研項目，項目名稱油田注采動設(shè)備長周期運行關(guān)鍵技術(shù)研究