石油工业 | 钻井过程中的腐蚀环境

2017-11-17 09:56:19 作者：本网整理来源：世界金属导报分享至：

在油气田开发过程中，腐蚀是一个伴随始终的严重问题。钻井工程中使用的各种专用管具及机械装备处于含氧、硫化氢、二氧化碳或导电性的钻井液中，即金属处于易发生电化学腐蚀的环境中。

加之，钻井过程中金属材料大多处于动态环境下，一般受机械力和水力的作用，会使腐蚀加剧并产生多种类型的腐蚀。腐蚀疲劳、应力腐蚀和硫化物应力开裂所造成的损害尤为严重。

作为这些恶劣条件的对抗者，我们必须清楚的了解我们所面对的强敌，那么今天，就让我们深入地了解钻井过程中的腐蚀环境吧！

钻井过程中的腐蚀环境

钻井过程中的腐蚀介质主要来自大气、钻井液和地层产出物，通常是几种组分同时存在。

对钻井专用管材、井下工具、井口装置等金属常见的腐蚀类型有：应力腐蚀、腐蚀疲劳、硫化物应力开裂、坑点腐蚀、冲蚀等，其特征见表2。

（1）钻井液

根据不同的钻井目的和地质条件，选用不同类型的钻井液体系，它们对金属材料的腐蚀程度亦不同，未经处理的钻井液的腐蚀速率见表2。

经研究可以发现，无固相盐水体系的腐蚀速率各不相同，Cl-引起钢片的电化学腐蚀比SO42-严重，并且高温下的腐蚀速率明显增加，所以在钻深井时，必须注意钻井液在高温下的腐蚀与防护问题。

不同密度加重钻井液的腐蚀速率亦各不同。钻井液的加重材料为重晶石，这种固体颗粒加的越多，对金属表面的腐蚀越大，因此，在钻砂岩和砂质地层时钻井液中会含有磨蚀性砂粒，其含量必须控制在最低限度。

钻井液pH值对腐蚀会产生较大的影响，从防腐和钻井时防塌与产层保护的需要出发，钻井液的pH值控制在10以上的范围是非常必要的。

同时在钻井时，旋转速度、钻压、泵压及深井钻进等都是高应力产生的条件，由于钻井液循环系统中带有许多腐蚀性介质，在这种环境下高强度钻杆对应力腐蚀破裂更为敏感。

（2）氧气

钻井过程中，由于钻井液循环系统是非密闭的，大气中的氧通过振动筛、泥浆罐、泥浆泵等设备在钻井液循环过程中混入钻井液，成为游离氧，部分氧溶解在钻井液中，直到饱和状态。水中的氧达到饱和时可含8～12mg/L，而氧在相当低的含量下（少于1mg/L）就能引起严重腐蚀。钻井液中的溶解氧是钻杆腐蚀的主要原因之一。

氧对钢材的腐蚀作用如下：

① 电化学腐蚀。

反应式为 4Fe + 6H2O+ 3O2→Fe（OH）3，Fe（OH）3在pH值低于4时形成沉淀。在阳极处的溶液中，铁原子氧化成铁离子（Fe → Fe2+），而在阴极处，氧与水化合形成氢氧根离子（O2+2H2O+4e→4OH-）。

② 附着铁锈下的氧浓差电池腐蚀。

③ 氧作为好氧细菌的原料，使细菌大量繁殖产生腐蚀。

④ 氧与其他腐蚀因素产生协同效应，加速钢材腐蚀。

（3）硫化氢

硫化氢对钻具及钻井设备具有强烈的腐蚀性。侵入钻井液体系的硫化氢可来自下列几个方面：

a. 含硫化氢的地层流体。

b. 钻井液中含硫添加剂的分解。

c. 采用含硫的接头丝扣润滑剂发生化学反应。

d. 细菌对存在于钻井液中硫酸盐的作用。