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石油工業 | 鉆井過程中的腐蝕環境

2017-11-17 09:56:19 作者：本網整理來源：世界金屬導報分享至：

在油氣田開發過程中，腐蝕是一個伴隨始終的嚴重問題。鉆井工程中使用的各種專用管具及機械裝備處于含氧、硫化氫、二氧化碳或導電性的鉆井液中，即金屬處于易發生電化學腐蝕的環境中。

加之，鉆井過程中金屬材料大多處于動態環境下，一般受機械力和水力的作用，會使腐蝕加劇并產生多種類型的腐蝕。腐蝕疲勞、應力腐蝕和硫化物應力開裂所造成的損害尤為嚴重。

作為這些惡劣條件的對抗者，我們必須清楚的了解我們所面對的強敵，那么今天，就讓我們深入地了解鉆井過程中的腐蝕環境吧！

鉆井過程中的腐蝕環境

鉆井過程中的腐蝕介質主要來自大氣、鉆井液和地層產出物，通常是幾種組分同時存在。

對鉆井專用管材、井下工具、井口裝置等金屬常見的腐蝕類型有：應力腐蝕、腐蝕疲勞、硫化物應力開裂、坑點腐蝕、沖蝕等，其特征見表2。

（1）鉆井液

根據不同的鉆井目的和地質條件，選用不同類型的鉆井液體系，它們對金屬材料的腐蝕程度亦不同，未經處理的鉆井液的腐蝕速率見表2。

經研究可以發現，無固相鹽水體系的腐蝕速率各不相同，Cl-引起鋼片的電化學腐蝕比SO42-嚴重，并且高溫下的腐蝕速率明顯增加，所以在鉆深井時，必須注意鉆井液在高溫下的腐蝕與防護問題。

不同密度加重鉆井液的腐蝕速率亦各不同。鉆井液的加重材料為重晶石，這種固體顆粒加的越多，對金屬表面的腐蝕越大，因此，在鉆砂巖和砂質地層時鉆井液中會含有磨蝕性砂粒，其含量必須控制在最低限度。

鉆井液pH值對腐蝕會產生較大的影響，從防腐和鉆井時防塌與產層保護的需要出發，鉆井液的pH值控制在10以上的范圍是非常必要的。

同時在鉆井時，旋轉速度、鉆壓、泵壓及深井鉆進等都是高應力產生的條件，由于鉆井液循環系統中帶有許多腐蝕性介質，在這種環境下高強度鉆桿對應力腐蝕破裂更為敏感。

（2）氧氣

鉆井過程中，由于鉆井液循環系統是非密閉的，大氣中的氧通過振動篩、泥漿罐、泥漿泵等設備在鉆井液循環過程中混入鉆井液，成為游離氧，部分氧溶解在鉆井液中，直到飽和狀態。水中的氧達到飽和時可含8～12mg/L，而氧在相當低的含量下（少于1mg/L）就能引起嚴重腐蝕。鉆井液中的溶解氧是鉆桿腐蝕的主要原因之一。

氧對鋼材的腐蝕作用如下：

① 電化學腐蝕。

反應式為 4Fe + 6H2O+ 3O2→Fe（OH）3，Fe（OH）3在pH值低于4時形成沉淀。在陽極處的溶液中，鐵原子氧化成鐵離子（Fe → Fe2+），而在陰極處，氧與水化合形成氫氧根離子（O2+2H2O+4e→4OH-）。

② 附著鐵銹下的氧濃差電池腐蝕。

③ 氧作為好氧細菌的原料，使細菌大量繁殖產生腐蝕。

④ 氧與其他腐蝕因素產生協同效應，加速鋼材腐蝕。

（3）硫化氫

硫化氫對鉆具及鉆井設備具有強烈的腐蝕性。侵入鉆井液體系的硫化氫可來自下列幾個方面：

a. 含硫化氫的地層流體。

b. 鉆井液中含硫添加劑的分解。

c. 采用含硫的接頭絲扣潤滑劑發生化學反應。

d. 細菌對存在于鉆井液中硫酸鹽的作用。