空气钻井钻具腐蚀研究
空气钻井钻具腐蚀研究
高玉庆(大庆钻探集团钻井三公司15153钻井队 黑龙江大庆 163000)
摘要： 空气钻井技术是一种有效提高石油钻井速度的技术，
空气钻井条件下， 井筒中的流体包含气态空气， 液态钻井液， 岩屑
颗粒等固相， 井筒中的流动复杂多变， 会对钻井钻具产生较大的
腐蚀磨损， 因此需要对空气钻井钻具腐蚀磨损开展深入研究。文
章通过调研分析了空气钻井过程中钻具腐蚀的类型， 开展了防治
空气钻井钻具腐蚀的措施研究。通过研究对于加强对空气钻井
钻具腐蚀的认识， 防范空气钻井钻具腐蚀具有积极的意义。
关键词： 空气； 钻井； 钻具； 腐蚀； 类型； 措施
钻具腐蚀问题是石油钻井过程中常见的问题， 而且随着井深
的不断增加， 井下条件不断的复杂， 钻具腐蚀现象更为严重。随
着钻具腐蚀的不断加剧， 容易造成钻具的疲劳损坏， 容易发生井
下钻具穿孔甚至断裂等严重钻井事故， 一旦出现该类事故， 将会
造成巨大的损失。特别是在空气钻井过程中， 由于空气钻井特殊
的钻井工艺， 加剧了井下条件的复杂性， 进而加剧了钻具的腐蚀
磨损。通过对钻具腐蚀类型和腐蚀机理的研究， 得到防治空气钻
井钻具腐蚀的措施， 可以有效的减缓空气钻井的钻具腐蚀， 因此
需要不断的加强空气钻井钻具腐蚀与防护的研究。
一、 空气钻井钻具腐蚀的类型分析
在空气钻井过程中， 对钻具产生腐蚀的介质和常规的钻井液
并不相同。在空气钻井的过程中， 钻井液中空气中含有氧气， 加
剧了钻具的腐蚀。由于钻井液产生的压力较小， 地层中的流体会
不断的流向井筒中， 地层中高矿物含量的水会对钻具产生较大的
腐蚀。如果油藏中含有硫化氢或者二氧化碳， 从油藏中涌出的硫
化氢和二氧化碳也会对钻具生产较大的腐蚀。
研究数据表明， 钻具的腐蚀百分之七十左右是由钻井液导致
的。钻井液中氧气的存在是导致钻具腐蚀的主要原因。由于氧
气的氧化腐蚀作用， 会对钻具产生腐蚀磨损， 而且含有的氧气还
会和钻井液中二氧化碳等气体反应， 加剧对钻具的磨损。避免钻
井液中的氧气对钻具磨损的方法， 主要有可以在钻井液中加入一
定量的除氧剂， 同时可以加入适量的防止氧化腐蚀的药剂。二氧
化碳通常条件下不会和金属发生腐蚀反应， 但是如果有水存在
后， 就容易对金属造成腐蚀。在空气钻井中， 二氧化碳会溶解到
钻井液中， 二氧化碳与水反应生产碳酸， 生产的碳酸会和钻具金
属发生电化学反应， 从而造成了钻具的腐蚀。防止二氧化碳钻具
腐蚀的方法， 主要是在钻井液中添加碱类化合物， 将钻井液由酸
性调为碱性， 阻碍碳酸和钻具的电化学反应。然后再在钻井液中
加入相应的有机类缓蚀剂。在气体钻井过程中还会存在腐蚀介
质对钻具的磨蚀， 气体携带的岩屑、 砂粒等固体颗粒， 在井筒环空
中以较高的速率上返， 上返的速度一般在十五米每秒左右， 甚至
会更高。高速运动的固体颗粒、 气体和液体， 会对钻具表面产生
较大的磨蚀磨损。通过在钻井液中添加防腐剂， 使防腐剂和钻具
表面反应， 从而在钻具表面形成一层保护膜， 削弱了高速运动的
岩屑、 砂粒等对钻具表面的冲蚀磨损。细菌在特定的条件下， 也
会对钻具产生一定的腐蚀。造成油田材料腐蚀的细菌， 主要是硫
酸盐细菌。硫酸盐细菌主要分为两类， 一类是高温细菌， 另一类
是低温细菌。硫酸盐细菌是一种常见的钻具腐蚀细菌。在地层
深部的钻具表面， 受到电化学腐蚀作用的影响， 在腐蚀阴极表面
产生氢气原子， 产生的氢气原子附着在钻具的表面， 而不会聚集
形成气体。氢气原子在钻具表面的附着， 会削弱钻具金属表面的
阴极反应， 甚至会造成反应的停止。但是如果钻井液中存在硫酸
盐细菌时， 硫酸盐细菌可以利用钻具表面附着的氢原子， 将硫酸
根离子中的硫还原， 这样就加快了钻具金属表面的阴极反应。经
过化学反应得到的金属亚铁离子和硫离子反应， 生产硫化亚铁沉
淀。所以当空气钻井钻井液中含有硫酸盐细菌时， 在钻具表面产
生腐蚀沉淀物为黑色， 而且具有刺鼻性臭味。如果钻井液中含有
的细菌较多， 空气钻井过程中对钻具的腐蚀越严重。
二、 空气钻井钻具腐蚀的防治措施分析
在地层出水的情况下， 导致空气钻井钻具腐蚀的主要包括，
钻井液中溶解氧产生的腐蚀， 地层中矿化物产生的腐蚀， 高速液
体气体流动过程中携带的岩屑砂粒对钻具产生的冲蚀磨损。地
层的温度和地层中含有矿化物的量， 是不能够人为改变的。但是
空气钻井过程中， 空气中氧气的含量是可以改变的。如果想降低
钻井液中氧气的含量， 可以改变空气钻井中空气的成分， 例如采
用氮气等惰性气体钻井方法， 但是如果完全采用惰性气体， 会大
大增加空气钻井成本。在常规空气钻井的基础上， 通过加入除氧
剂的方式， 可以有效的降低空气钻井钻井液中氧气的含量， 从而
降低钻井液中溶解氧对钻具的腐蚀。在空气钻井过程中， 井筒中
气体、 液体的环空返速， 通常情况下会高于十五米每秒， 因此在钻
井过程中， 气体、 液体中携带的岩屑砂粒等固体颗粒对， 钻具的冲
蚀磨损是不可避免的。但是通过合理的设计计算， 可以在保证岩
屑被携带出井口的前提下， 尽量的减小空气钻井的环空返速， 从
而有效减少固体颗粒对钻具表面的冲蚀磨损。通过合理的设计
钻具结构， 改善钻井流体在环空中的流动状态， 尽量避免钻具的
变径， 减少流体在流动过程中的漩涡现象， 也可以降低对钻具的
腐蚀磨损。如果地层出水较多， 而且矿物质含量高， 需要将空气
钻井变为泡沫钻井， 这样可以减少钻井的环空返速， 减少冲蚀磨
损。同时泡沫钻井中的泡沫可以把空气用气泡包裹起来， 减少了
钻具和空气中氧气接触的概率， 从而降低了氧气对钻具的腐蚀磨
损。在钻井液中添加适量的缓蚀剂， 提高钻井液的PH值， 这几
种作用相互协同， 共同防治空气钻井中钻具腐蚀磨损。
结束语
空气钻井技术可以有效的提高钻井速度， 降低钻井周期， 节
约钻井成本。空气钻井在有效提高钻速的同时， 由于其钻井液组
成和状态的特殊性， 会大大加剧对井下钻具的腐蚀磨损， 因此需
要加强对空气钻井钻具腐蚀磨损的研究。空气钻井过程中， 钻井
液中含有的氧气、 地层中的高矿物盐水、 硫化氢、 二氧化碳都会对
钻具生产较大的腐蚀。二氧化碳会溶解到钻井液中， 与水反应生
产碳酸， 生产碳酸会和钻具金属发生电化学反应， 造成了钻具的
腐蚀。加入除氧剂可以有效的降低钻井液中氧气的含量。通过
研究对于减小空气钻井过程中的钻具腐蚀， 增强空气钻井的安全
性， 促进了空气钻井技术的推广和应用具有积极的意义。
参考文献：
[1]侯彬, 周永璋, 魏无际. 钻具的腐蚀与防护[J]. 钻井液与完
井液,2003.
[2]董家梅, 孙绪新. 缓蚀剂防腐及其在石油机械中的应用[J].
石油机械, 2002.
