钻具腐蚀与钻井液控制概述

文章从电化学基础入手,分析了钻具腐蚀机理和七种主要腐蚀介质对钻具的腐蚀过程、类型、影响腐蚀速度的因素,叙述了针对不同腐蚀介质控制腐蚀的钻井液工艺.着重讨论了H2S腐蚀对钻具的严重损害及其后果和除硫剂的使用问题.特别提出钻井液中活性S2-和"安定"S2-的概念,指出钻井液全硫含量与是否使用除硫剂无关,有过H2S污染史的钻井液及设备接触酸后将有H2S释放造成危害,应予高度重视.钻具腐蚀控制是一项综合性技术,就钻井液工艺而言,对不同的介质污染采用相应控制措施,着重控制污染较重危害最大的腐蚀.     

DPI-2型缓蚀剂在华北油田的应用

华北油田留路、高阳、任丘等区块部分井中含有CO_2、O_2和H_2S气体。这些气体共同与钻井液作用形成碳酸,易使钻杆腐蚀、疲劳,或压裂刺穿,造成重大钻具失效事故。为解决钻杆早期刺穿失效问题,针对不同地区,不同地层的有害介质特点。探索出DPI-2型缓蚀剂的最佳用量和适用的腐蚀介质,验证了其作用原理。在5口井的钻井液中应用DPI-2型缓蚀剂,平均腐蚀速度下降到0.3mm/a,钻杆本体刺穿失效率下降了79％,钻杆工作进尺增加了11700m,防止了钻具的腐蚀。     

钻具的腐蚀与防护

随着钻井工艺向高速，深井方向发展，钻具腐蚀与防护问题日益紧迫，它不但关系到降低钻井成本和保证钻井安全，而且还关系到新的钻井液和新的钻井工艺能否推广和发展，综述了钻具腐蚀与防护研究进展。钻井液的腐蚀性成分主要为溶解气体（氧，二氧化碳，硫化氢）和盐类。它们在电化学作用和应力作用下会形成均匀腐蚀，斑点腐蚀，点腐蚀和应力腐蚀，控制这些地腐蚀的措施包括：合理选用钻具钢材质，控制钻井液的pH值，用化学剂除去腐蚀性成分，应用缓蚀剂，介绍了钻具腐蚀与防护研究面临的新挑战。     

腐蚀引起钻柱刺漏的机理分析及预防措施

详细分析了腐蚀引起钻柱刺漏的机理，得知：造成钻柱刺漏的主要原因是空气中的O2、地层中的硫化氢和二氧化碳、钻井液残液、钻井液中的盐类对钻柱的腐蚀和钻井液对钻柱的冲蚀。针对引起钻柱刺漏的原因，制定了去除钻井液中的O2、监测钻井液腐蚀性并加入相应的添加剂去除CO2和H2S、定期对钻杆进行检测、对存放的钻杆进行防腐处理、使用厚过渡区改进型钻杆等措施。在苏丹某区块现场实践证明，采取这些措施，由腐蚀引起的钻柱刺漏事故大大减少，在该区块的T-1井和D-1井钻进的3个月中，仅发生一次钻柱刺漏事故。     

胜科1井钻具腐蚀防护技术研究与应用

针对胜科1井三开钻遇的多套盐膏层、盐岩层、软泥岩与膏泥岩互层,以盐水对钻具钢材的腐蚀规律研究为基础,探讨了钻具腐蚀的影响因素,在优选出的钻井液配方基础上进行了不同缓蚀剂的配伍性试验,采用欠饱和复合盐水防腐钻井液,在Cl-含量大于16×104mg/L,温度达到140℃情况下,有效地解决了钻具防腐问题.现场应用表明,欠饱和复合盐水防腐钻井液不仅流变性能满足了钻井需要,而且对钻具腐蚀小,平均腐蚀速率均小于0.05 mm/a.     

硫化氢腐蚀井下钻具的机理与防护

随着对油气资源勘探开发的力度加大,越来越多的油气田中发现有硫化氢气体的存在。H2S对钢材质工具的腐蚀研究一直是油气田生产作业过程中高度重视的问题。通过对H2S腐蚀机理研究,分析了H2S对钢材的的腐蚀类型,其中应力导向氢致开裂(SOHIC)对井下钻具的腐蚀危害性最大,并对影响H2S腐蚀的因素进行了探讨,包括环境因素和材质因素,最后提出了防护井下工具H2S腐蚀的措施,具有一定的工程指导意义。     

钻具在磺化钻井液中发生腐蚀的影响因素研究

在钻井施工过程中，普遍存在钻具腐蚀的问题。据中原油田1993年调查结果表明，中原油田在19901993年报废钻杆共144280m，其中因腐蚀而报废的钻杆占50％以上。中国石油钻井每钻进1m，消耗4kg钻杆，而其中由腐蚀造成的损失约占50％，因而开展钻具腐蚀与防护的研究是非常必要的。利用动态挂片装置、调温调湿箱和电化学仪器，通过改变磺化钻井液温度、流速、Cl^-含量、腐蚀时间、磺化钻井液pH值和湿度等条件，考察了这些因素对钻具腐蚀速度的影响。结果发现，提高磺化钻井液温度、流速、增加Cl^-含量都能增加磺化钻井液的腐蚀速率。延长腐蚀时间，提高磺化钻井液的pH值能降低试片的腐蚀速率；提高调温调湿箱湿度会增加试片的腐蚀速率。     

陕北探区钻具腐蚀及防护技术

陕北地区地层硫化物含量高，钻具易发生氢脆和点坑式腐蚀，引起钻杆本体刺穿，断钻铤，断钻杆等事故，为解决钻具严重腐蚀的问题，优选出了经济有效的最佳防腐配方：0．1％除硫剂＋0．2％缓蚀剂，钻井液加药后缓蚀效果明显，平均缓蚀率达87．7％，现场应用后，从井深2000m到3100m正常钻进，钻具腐蚀大为减缓，无刺穿，掉钻具现象发生。     

塔里木盆地中4井钻具损伤分析

中4井是塔里木盆地卡塔克隆起卡4区块的一口重点预探直井，完钻井深7220m。该井钻井过程中钻具失效严重，失效形式主要有钻具断裂、钻杆二台阶、钻具腐蚀等。从钻具的材质、井下施工条件、地层流体等方面分析了钻具失效的原因：热处理不当造成钻杆接头横向材料冲击功较低，导致加重钻杆接头纵向开裂；蹩跳钻加快了钻具疲劳裂纹的萌生与扩展，扭矩过大致使钻杆在井下产生二次上扣现象，井底与地面的温差大，使原合适的扭矩变大，还有螺纹扣底部没有应力减轻槽，导致钻铤和钻杆断裂；地层流体矿化度高，存在较高质量浓度的Cl^-、SO4^2-，地层中存在CO2、H2S等腐蚀性气体，导致钻具严重腐蚀。对塔里木盆地以后超深井钻井时的钻具使用提出了建议。     

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空气钻井因其钻速快，防漏制漏效果好，具有常规钻井液不可比拟的优越性，但由于含氧量高，当其遇到地层水时，钻具腐蚀情况较为严重。以伊朗TABANK气田14井为例，该井地层水为腐蚀介质，研究了温度、空气压力、含砂量、砂子粒度、转速和pH值对S135钻杆钢的腐蚀影响，为以后空气钻井防腐提供了参考依据。试验结果表明：腐蚀速率随温度、空气压力或转速的升高而增大，在低温或低压下，腐蚀为均匀腐蚀；高温或高压下，呈现非均匀腐蚀现象。随腐蚀介质中含砂量的增多，石英砂对S135钢的磨蚀作用增强，腐蚀速率逐渐增大，石英砂越细，则其磨蚀作用越强，腐蚀越明显；均匀混合的石英砂较单一级配的石英砂对钢片的腐蚀程度大。腐蚀速率随pH值的升高而降低，碱性条件有利于防腐。     

高含硫气田钻具腐蚀研究进展

介绍了高含硫气田钻井过程中H2S对钻井的危害特点及应力腐蚀机理,探讨了钻具硫化氢腐蚀的影响因素,提出预防钻柱失效的四条措施即正确选材,改善工作环境,降低服役载荷或应力以及加强管理。指出含硫气田钻具腐蚀与防护研究的热点及发展发向是:开展高温高压、H2S CO2 Cl-共存、以及高矿化度地层水等恶劣环境腐蚀研究;加强对H2S CO2共存环境中的腐蚀基础理论研究;开发经济性抗硫钻杆及制定相关标准,为我国高含硫气的开发提供指导的借鉴。     

酸性气田钻具失效研究

近年来, 在酸性气田勘探开发中的钻具失效事故时有发生, 严重影响了钻井安全。为了分析酸性气田钻具失效的原因, 结合具体钻具失效案例, 对钻具在氧气、 二氧化碳和硫化氢３种不同的酸性腐蚀环境下的失效进行了分析, 得到了氧腐蚀、 二氧化碳腐蚀和硫化氢应力腐蚀环境下的钻具失效特点和失效形式, 并提出了预防钻具腐蚀失效的措施和方法, 对指导酸性气田钻具失效原因分析, 预防和减少钻具失效事故提供了技术支持。     

呼伦贝尔地区钻具失效影响因素的灰关联分析及预防

大庆油田呼伦贝尔地区钻井过程中，钻具失效时有发生，严重影响了该地区勘探开发进度。为弄清该地区钻具失效的根本原因，运用灰关联分析的方法，对该地区钻井过程中可能引发钻具失效的影响因素进行分析。结果表明，井底温度高、钻具存放及钻井过程中的腐蚀和地层可钻性级值高且断层多，是该地区钴具失效的主要原因。根据灰关联分析的结果，从减轻导致钻具失效的主要影响因素入手，提出适合该地区预防钻具失效的措施。     

华北油田钻具腐蚀与防护

华北油田钻具腐蚀非常严重，并且主要是由地层中的CO2和钻井液携带的O2引起的，因腐蚀而失效的钻具达到钻具总失效量的60％以上，由此而造成的经济损失高达2000多万元。华北石油管理局钻井工艺研究院研制出DPI型缓蚀剂，该缓蚀剂为咪唑啉衍生物，无毒、无味，不污染环境。对DPI型缓蚀剂的缓蚀效果及其与钻井液的配伍性进行了室内实验评价。实验结果表明，DPI型缓蚀剂在加量为0．2％～0．3％时缓蚀率基本在85％以上，最高可达90％，而且与钻井液的配伍性好。介绍了DPI型缓蚀剂在华北油田冀中地区的现场应用情况。DPI型缓蚀剂的使用不仅能减缓钻井液中的CO2和O2对钻具的腐蚀，还可以避免发生因腐蚀疲劳而引起的钻具本体剌穿事故，延长钻具使用寿命，缩短钻井周期，从而获得一定的经济效益。     

气体钻井井口腐蚀(冲蚀)检测装置设计与应用

为了提前预知气体钻井工况下可能引起的腐蚀(冲蚀)危险,研制了适用于气体钻井的井口腐蚀(冲蚀)检测装置。该装置克服了现有技术的不足,安装在气体钻井排砂管线(或测试管线)上,可快速真实监测气体钻井腐蚀(冲蚀)速率,为现场实施气体钻井提供指导,降低井控风险。现场监测结果表明,用该装置测得S135腐蚀棒的平均腐蚀(冲蚀)速率为9.5 mm/a,其表面光滑,局部有细小凹坑,属于典型的高速气流携带钻屑的冲蚀行为;P110腐蚀棒平均腐蚀速率为1.58 mm/a,其表面腐蚀均匀,有细小凹坑,主要为CO2的腐蚀产物FeCO3以及地层岩屑的主要成分SiO2,此外还夹杂少许地层水中的无机盐,符合CO2冲刷腐蚀特征。建议采用抗CO2腐蚀的管材或向环空添加缓蚀剂的方法预防腐蚀。     

气基流体欠平衡钻井腐蚀/冲蚀研究现状及进展

气基流体欠平衡钻井包括纯气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井和充气钻井。目前国内的气基流体钻井主要以提高钻速、防漏堵漏和保护储层为出发点，较少考虑气基流体钻井中出现的腐蚀/冲蚀特点及其危害。国外对气基流体欠平衡钻井中的腐蚀已引起足够重视，并采取了化学法、非化学法、非欠平衡为主的3种方法加以解决。为此，综述了国内外在实施气基流体欠平衡钻井中遇到的腐蚀/冲蚀实例、机理及预防措施，目的是预防欠平衡钻井腐蚀/冲蚀发生，确保气基流体欠平衡钻井的安全可靠，为该技术在国内油气田合适地层的推广提供技术支撑。同时建议除加强对其腐蚀/冲蚀交互作用机理研究外，还应加快缓蚀剂开发和井口监测装置的研制。