在油氣田開發(fā)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?qū)щ娦缘你@井液中，即金屬處于易發(fā)生電化學(xué)腐蝕的環(huán)境中。

    加之，鉆井過程中金屬材料大多處于動態(tài)環(huán)境下，一般受機械力和水力的作用，會使腐蝕加劇并產(chǎn)生多種類型的腐蝕。腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕和硫化物應(yīng)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(huán)境吧！

    鉆井過程中的腐蝕環(huán)境

    鉆井過程中的腐蝕介質(zhì)主要來自大氣、鉆井液和地層產(chǎn)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(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、硫化物應(yīng)力開裂、坑點腐蝕、沖蝕等，其特征見表2。

    （1）鉆井液

    根據(jù)不同的鉆井目的和地質(zhì)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(jīng)處理的鉆井液的腐蝕速率見表2。

    經(jīng)研究可以發(fā)現(xiàn)，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(xué)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(zhì)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(chǎn)生較大的影響，從防腐和鉆井時防塌與產(chǎn)層保護的需要出發(fā)，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(zhuǎn)速度、鉆壓、泵壓及深井鉆進等都是高應(yīng)力產(chǎn)生的條件，由于鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中帶有許多腐蝕性介質(zhì)，在這種環(huán)境下高強度鉆桿對應(yīng)力腐蝕破裂更為敏感。

    （2）氧氣

    鉆井過程中，由于鉆井液循環(huán)系統(tǒng)是非密閉的，大氣中的氧通過振動篩、泥漿罐、泥漿泵等設(shè)備在鉆井液循環(huán)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(tài)。水中的氧達到飽和時可含8～12mg/L，而氧在相當?shù)偷暮肯拢ㄉ儆?mg/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(xué)腐蝕。

    反應(yīng)式為 4Fe + 6H2O+ 3O2→Fe（OH）3，F(xiàn)e（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(chǎn)生腐蝕。

    ④ 氧與其他腐蝕因素產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，加速鋼材腐蝕。

    （3）硫化氫

    硫化氫對鉆具及鉆井設(shè)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

    d. 細菌對存在于鉆井液中硫酸鹽的作用。

    硫化氫腐蝕表現(xiàn)的形式有以下幾種：

    ① 電化學(xué)腐蝕。

    ② 氫誘發(fā)裂紋（HIC）和氫鼓泡（HB）。

    ③ 硫化物應(yīng)力開裂（SSC）。

    硫化物開裂往往在很短時間猝不及防地發(fā)生，造成嚴重后果。而在鉆井過程中，維持鉆井液的pH值在10以上則是控制硫化氫腐蝕的有效方法之一。

    （4）二氧化碳

    干CO2是一種非腐蝕性氣體，但是當存在水時，水與CO2反應(yīng)生成碳酸，引起腐蝕作用。碳酸與鐵反應(yīng)生成碳酸鐵，管材呈片狀脫落，減少管壁厚度。一般情況下， CO2腐蝕與pH值的變化有函數(shù)關(guān)系，pH值降低，CO2腐蝕就嚴重，反之，pH升高，腐蝕性就降低，但該介質(zhì)易結(jié)垢。

    CO2可來自以下幾個方面：

    ① 含CO2的地層流體

    ② 采CO2用混相技術(shù)提高原油采收率而向地層注入的CO2。

    ③ 鉆井過程中的補水進氣。

    通常使用堿性鉆井液或添加緩蝕劑是控制二氧化碳腐蝕的有效方法。

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責任編輯：王元

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