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摘要：介绍了海洋钻井平台设备性能受腐蚀影响的规律和影响因素，通过事故案例总结海洋钻井平台设备常用的防腐措施，对设备防腐提供参考。

关键词：海洋钻井；设备腐蚀；防腐

1引言

近年来，随着我国石油需求的日益增加和对外依存度的升高，在外部环境不稳定的情况下，国家把能源安全放在至关重要的位置，要求石油行业加大开采力度、提高本土石油产量。因为陆地油田产量已远远不能满足需求，海上石油开发力度随之进一步加大，海洋钻井平台数量也日益增加。但是海洋环境复杂多变，极易对钻井平台设备造成腐蚀破坏，从而影响生产作业，造成经济损失，甚至威胁人身安全、污染海洋环境。因而，了解海洋钻井平台受腐蚀破坏的规律及预防措施，具有极为重要的现实意义。

2海洋钻井平台设备腐蚀机理及影响因素

了解海洋钻井平台设备的腐蚀机理和影响因素，是有效防控腐蚀的第一步。目前针对海洋环境腐蚀防护的研究较多，但主要针对的是某一金属材料在常规海洋环境下的腐蚀防护。而海洋钻井平台设备除接触海洋大气及海水等常规海洋环境因素外，还与钻井液、泥浆、各种油品、化学添加剂有大量的接触，相应的腐蚀机理和影响因素也就更有特殊性，也更有实用价值。而只有对特定腐蚀条件采取有针对性的防腐措施，才能有效防止设备损坏，为海洋钻井事业保驾护航。

2.1 海洋钻井平台设备腐蚀机理

海洋环境是机械设备最恶劣的使用环境之一，潮湿和盐雾是造成设备部件腐蚀破坏的重要因素。因为海洋大气湿度高、昼夜温差大，有干湿循环效应[1]，所以平台机械设备要承受含盐量为3.5%～3.9%的盐雾的周期性侵蚀，腐蚀性极强。研究表明，当环境中存在大量氯离子（Cl-）时，氯离子能对金属表面氧化膜产生渗透破坏作用，加速金属及合金的溶解，使氧化膜失去对基体的保护作用。因此，海洋环境对有、无钝化膜的金属及合金都有很强的腐蚀性[2]。组成钻井平台机械设备的金属及合金材料在海洋环境中的腐蚀是一个复杂的电化学过程，通过一系列的氧化还原反应来进行，金属作为阳极材料，在反应的同时被溶解破坏成金属离子（Mn+），主要反应可表示为[3]：

M→Mn++ne （1）

O2+2H2O+4e-→4OH- （2）

Mn++nOH-→M（OH）n （3）

Mn++nCl-→MCln （4）

盐雾对单一金属材质的腐蚀破坏已经非常严重，但如果是设备不同部件采用不同材质制作，不同材质接触区在盐雾的作用下会发生更为严重的电偶腐蚀。同时，在焊接热影响区因为材料本身组织不均匀，也会发生类似的腐蚀破坏。

另外，除电化学腐蚀对机械设备造成很大腐蚀破坏外，因为钻井作业的特殊性，在钻井作业过程中使用的钻井液中添加的各种化学成分也会对钻井设备造成不同程度的电化学腐蚀破坏，而钻井液本身也因含有颗粒状物体和较高的流速，会对钻井设备产生较为严重的物理冲蚀。类似的，在机械传动设备、液压管汇中，因为流体的高温高压和高流速，也会对机械设备管汇产生一定的冲蚀破坏[4]。

2.2海洋钻井平台设备腐蚀影响因素

钻井平台设备在海洋环境下的腐蚀机理极为复杂，而不同机理的影响程度又受各种因素的影响而时刻变化，了解何种因素会对腐蚀机理造成何种影响，是进一步总结预防机械设备受腐蚀破坏措施的重要前提。

首先，机械设备部件的本体材质是影响腐蚀的主要因素之一，普通碳钢耐蚀性能较低，极易在海洋环境中遭到腐蚀，腐蚀形式主要以均匀腐蚀为主。普通不锈钢对海洋环境具有一定耐蚀性能，但也常发生点蚀等局部腐蚀。含钼不锈钢和一些含耐蚀成分较多的合金钢，耐蚀性能很强，但成本较高。另外，材质表面的光洁度也对腐蚀有一定影响，缝隙、凹槽、深坑的表面会积存脏污、尘埃、水分和电解质，这些都会加速腐蚀。

环境介质是影响腐蚀的另一主要因素，平台设备腐蚀随接触的腐蚀介质是海水、盐雾、钻井液、泥浆、各种油品等不同而有所区别。介质本身的腐蚀破坏能力也会因环境温度、氧气浓度、湿度、压力、二氧化碳、硫化氢等井下常有气体的浓度不同而有所变化。一般情况下，环境温度、压力越高、氧气、二氧化碳、硫化氢等气体浓度越大、湿度越大，机械设备受腐蚀破坏的速率越高。

另外，流体对机械设备的物理冲蚀，也会因为温度、压力、流体流速的增加而增大。而不同金属接触区、焊接热影响区的腐蚀速率，会随着不同金属电化学电位的差别增大、焊接热影响区材料组织的不均匀增大而增大。

3 海洋钻井平台设备的腐蚀破坏案例及应对措施

海洋钻井平台机械设备受复杂的海洋环境和地层压力、温度以及不同种类的油类、泥浆、钻井液影响，腐蚀情况非常复杂。而同一设备可能在不同时间处在不同的腐蚀环境中，因此海洋平台设备的防腐要随机应变，具体问题具体分析，针对不同情况随时调整防腐措施，不能有一劳永逸的幻想。目前，海洋钻井平台设备的防腐，可以通过优化设备材质及表面处理、调整腐蚀介质、设备定期维护保养等来实现。

3.1 事故案例

某钻井平台在中国南海钻井作业过程中，二开结束准备下防喷器之前，对防喷器各闸板进行功能试验，发现剪切闸板关闭后无法打开，此时操作压力为1500psi，而正常测试时，在压力远低于1500psi的情况下即可打开剪切闸板。后将操作压力逐步升高到液压系统额定压力3000psi后，此闸板仍无法打开。

剪切闸板作为钻井平台井控系统的关键性设备，是发生井涌、井喷时保证钻井平台安全的最后一道屏障，如果不能正常运行，则井控安全得不到保障，钻井作业也不允许在这种情况下继续进行，不得不中断。后续平台组织人员紧急抢修，依然造成104个小时的downtime，严重影响了钻井作业的正常进行。

对剪切闸板进行拆解后发现，闸板表面及防喷器腔体腐蚀严重，表面有大量浮锈，密封胶芯也磨损严重，如图3.1所示。因为剪切闸板除了在必要时候剪断钻具的作用外，很重要的一项性能是能够进行封井，对密封性能要求较高。而完成密封要求闸板本体跟防喷器腔室腔壁的间隙要足够小（厂家要求闸板顶部与底部耐磨环之间距离在184.149-184.404mm之间，两侧耐磨板距离在635.127-636.575mm之间，如图3.2所示），在如此小的间隙下，如果因为部件表面腐蚀残渣使间隙进一步减小，则极易造成闸板在腔体内运行受阻，造成设备故障，影响钻井作业。

平台设备维修人员后续对剪切闸板拆解后进行除锈打磨，表面涂防水黄油进行维护，然后回装测量闸板跟腔体间隙，顶部与底部耐磨环之间的距离为184.3mm，两侧耐磨板距离为635.30mm，符合生产商提供的间隙要求。该剪切闸板回装后进行功能测试，在200psi的压力条件下，剪切闸板能顺利开合，表明此次事故原因确系闸板表面腐蚀使本体厚度变厚，超出允许范围。平台设备维修人员在此次钻井作业结束后拆解其它闸板，发现也有类似腐蚀增厚情况，虽然情况较轻，但也应引起足够的重视。

3.2 应对措施

3.2.1 优化设备材质及表面处理

对于设备内部摩擦部件或者重要部件的易腐蚀部位，可以选用耐蚀性能较好的合金，比如含钼不锈钢、蒙代尔合金以及钛合金等材料[5]。另外，耐蚀性能较好的合金材料成本较高，这时可以利用金属镀层，来降低成本。比如通过电镀、化学镀、喷镀等技术，镀一层耐蚀性能较强的金属或合金在设备部件表面，形成一层防腐层[6]。同时，日常巡检如果发现镀层损坏要及时修补，不然会进一步腐蚀本体，增加事故隐患和维修难度。

而对于不直接受力或摩擦的设备裸露部位，可以刷防腐漆，并定时更新、补漆来进行防护。针对不同腐蚀介质要选用有针对性的油漆，比如受阳光暴晒的部位，尽量选用膨胀系数跟设备材质相近的油漆，而对于海水浸泡的部件表面，则选用性能优良的防水漆。另外，防腐漆要实现设计的防腐效果，对设备表面的处理、合理的漆膜厚度、涂覆条件和施工质量等，也有较高的要求[7]。

3.2.2 调整腐蚀介质

腐蚀的产生除了跟设备本体材料有很大关联外，跟设备所处的环境中腐蚀介质的特性也有很大关系。对于设备内部部件，比如液压系统部件，大都浸润在液压油中；而传动系统部件，大都侵润在润滑油中。因此，对于这些重要部件，选用厂家推荐的适用各类部件不同材质的液压油、机油就非常重要。因为不同油品中为了满足各类性能，经常添加各类金属离子，或者本身纯度问题造成某些活性比铁弱的金属离子浓度过高。如果油品选用不当，会对设备部件本体造成化学腐蚀伤害，而反过来如果选用得当，则会减缓设备部件腐蚀进程，延长设备使用寿命。

另一方面，在腐蚀介质中添加高效能缓蚀剂，也能延缓设备腐蚀。在相对封闭的环境中，比如泥浆循环或者液压油路循环、机油循环中，可以添加低剂量的缓蚀剂，既不对介质特性造成很大的改变，又能大大延缓腐蚀。缓蚀剂是具有抑制金属腐蚀功能的一类化学物质的总称，主要包括钼酸盐、咪唑啉及其衍生物、季铵盐等[8-9]。

设备内部部件因为不易直接观察，所以防腐尤为关键。而对于设备外表面部件，相对而言腐蚀更容易控制。通过通风系统添加干燥剂保持环境干燥，或者在潮湿的地方经常用淡水冲洗掉海雾沉积的盐分，或者用淡水或油品浸泡，就会减小设备表面被腐蚀的速率。

3.2.3 设备定期维护保养

设备定期维护保养至关重要，各类油品随着使用时间的延长都会老化变质，一旦混进水分还会发生乳化，因而摩擦部位需要定期更新润滑油，液压系统液压油也要定期检测、更换，这些都是日常维护保养的关键。如果在更换油品时发现旧油中有金属颗粒，说明设备内部部件可能已经发生了严重的磨损或腐蚀破坏，这时候要拆检设备，找到腐蚀部件进行更换，否则被腐蚀的部件会进一步损坏的同时，产生的锈渣也会成为整个系统的不稳定因素，很可能引起其他部位的磨损和卡顿。

另一方面，钻井平台即使在没有作业任务的情况下，仍然处在海洋环境中，腐蚀不会减缓。因而在平台停待期间，设备也要定期运转，防止长时间不动造成部分部位腐蚀、卡顿，等再作业时就会成为安全隐患。

对于长期接触钻井液、泥浆等强腐蚀介质的重要设备，比如钻井设备、防喷器组、阻流压井管汇等，要定期拆检、除锈，测量各部件间隙、厚度是否超出允许范围，防止卡阻、锈穿等问题出现。设备出现问题要及时进行修理或更换，现场不具备条件进行的维修保养内容，要送原厂家或者有资格认证的专业厂家修理。

4 结束语

“工欲善其事，必先利其器”，设备正常运行是钻井作业顺利进行的先决条件。如果没有好的设备或者设备性能打折，钻井作业就变成巧妇难为无米之炊，严重的甚至还会造成安全事故和环境污染。而腐蚀作为设备部件损坏的重要形式之一，尤其应该引起重视。

钻井平台作业要求24小时连续进行，设备运行时间长、负荷大，维护保养时间窗口短，操作和维保人员比较疲劳，这些都给钻井设备的防护保养带来威胁。钻井平台工作人员要根据自己平台的实际情况和设备维修记录，总结经验，优化操作规程，列出日常巡回检查和维护保养的清单，定期对照清单一一检查、维护保养，将腐蚀破坏降到最低，延长设备使用寿命，减少故障率。

参考文献：

[1] 周常蓉，朱卫华.海洋环境下钢结构的腐蚀机理[J].科协论坛，2008（9）：59-60.

[2] Pardo A， Otero E， Merino M C， et al. Influence of pH and chloride concentration on the pitting and crevice corrosion behavior of high alloy stainless steel [J]. Corrosion，2000，56：411-418.

[3] 夏兰廷，韦华.海洋腐蚀环境下钢铁有机防护涂层的设计原则[J].太原重型机械学院学报，2004，25（2）：110-114.

[4] 刘大杨，魏开金.金属在南海海域腐蚀电位研究[J].腐蚀科学与防护技术，1999，11（6）：330-334．

[5] 贺毅强.海洋工程金属基复合材料的分类与制备[J].热加工工艺，2011，40（14）：74-77.

[6] 尚用甲，李彦胜，刘荣坤，等.海洋平台用Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极的电化学性能研究[J].热加工工艺，2012，41（10）：61-62.

[7] NACE ER 0176-1994， Corrosion Control of Steel Fixed Offshore Structures Associated with Petroleum Production [S].

[8] 杜敏，高荣杰.海水介质中缓蚀剂研究的回顾和展望[J].材料保护，2002（3）：7-10.．

[9] 郭学辉，王东，赵怡.海水缓蚀剂的研究[J].辽宁化工，2012，41（1）：15-17.