钻采装备的减磨抗磨损技术研究进展

　　摘要：钻采设备作为主要的生产活动运行载体，其工作质量也将直接影响到石油天然气的开采效率。文章针对钻采装备的基本特点进行分析，通过研究钻头减磨抗磨损技术、套管减磨抗磨损技术、钻井绞车减磨抗磨损技术、螺杆泵减磨抗磨损技术的研究进展情况，减少钻采装备磨损情况的发生，延长钻采装备的使用寿命。

　　0　引言

　　在工程开采过程中，钻采装备属于非常重要的应用结构，受到钻采深度、地质结构强度、人工操作水平等因素影响，有时会出现磨损、变形等情况，通过采用合理地减磨抗磨损技术对其进行处理，对于提高钻采设备运行可靠性有着积极的作用。

　　1　钻采装备的基本特点

　　（1）资金损耗量大。相比于其他工程项目，石油天然气开采的资金耗损量非常高，其主要体现在钻井费用高、运输费用高、生产成本高、耗电量大等方面，这也对钻采装备的应用性能提出了更高的要求。

　　（2）技术密集性强。钻采装备本身属于高技术含量的机械设备，随着科学技术的快速发展，更多的管理技术应用到钻采装备中，提高了装备技术密集度，这也提高了钻采装备的独立作业能力，降低了操作风险性。

　　（3）工作环境较差，相比于其他工程的施工环境，钻采设备的工作环境非常差。例如：沙漠区域的地质结构比较脆弱，主要结构为流砂层，而且该地层结构厚度较大，颗粒的承压情况较差，同时沙漠区域的气候条件非常恶劣，昼夜温差超过40℃。从而会干扰到区域钻井作业的正常进行。

　　（4）危险系数较高。在钻采装备工作过程中，常见的安全事故有井涌、井喷、火灾等，一旦发生火灾，轻则破坏钻采设备，重则会引起爆炸事故，威胁到施工人员的操作安全性。

　　（5）环境污染性强。石油本身是以混合物的形式存在，在实际开采过程中，会有钻井液、天然气、混合液体等衍生物质的存在，如果不能对其进行合理处置，那么也将直接对周围环境造成严重的污染。

　　2　钻采装备的减磨抗磨损技术研究

　　2.1　钻头减磨抗磨损技术

　　2.1.1　钻头磨损原因分析

　　钻头作为钻采设备的核心结构，在钻井过程中不可避免地会与岩石产生摩擦，若钻头自身的性质较差，硬度小于所接触岩石的硬度，那么在长时间的工作之后，便会导致钻头磨损的情况出现。而且钻头在摩擦过程中会产生热量，热量的堆积会改变钻头最初的应用性质，在遇到具备一定腐蚀性的流体介质时，高温环境会加快物质之间的反应速度，从而导致问题的出现。

　　2.1.2　技术的具体应用

　　在技术的具体应用过程中，首先，需要做好钻头材料的选择工作，目前常用的钻头材料有聚晶金刚石复合片（简称PDC）与牙轮材料2种，相比于后者，聚晶金刚石复合片所制作的钻头综合强度更高，对环境的适应能力也更强。其次，在具体应用过程中，可以通过优化金刚石颗粒大小、削减金刚石层厚、提高基底硬质合金强度等措施来提高结构的抗磨性能，提高钻头的钻进效率。最后，做好钻头保养工作，在结束阶段性工作之后，需要及时进行钻头的养护操作，对于脱落的金刚石层进行补充，同时检查基底硬质合金的完整性，确保钻头处于最佳的运行状态，延长钻头的使用寿命。

　　2.2　套管减磨抗磨损技术

　　2.2.1　套管磨损原因分析

　　在钻采设备工作的过程中，套管会与结构中的钻杆结构、油管结构发生直接的接触。在摩擦力的作用下，套管会发生一定程度的磨损，随着接触时间的增加，套管的磨损情况也逐渐加重，最终影响到整个装备运行的安全性。与此同时，在含油气的地层结构中，存在着许多腐蚀性物质，一部分物质会与套管发生化学反应，使套管的稳定性下降，从而导致破损情况的出现。

　　2.2.2　技术的具体应用

　　由于摩擦与腐蚀的情况难以避免，若注重在材质选择上会提高生产成本，因此在对套管进行减磨抗磨损技术的应用时，可以将工作重心放在结构检测与预防方面。在具体操作中，可以结合以往的管理经验构建数学应用模型，将数学模型中的重点内容进行有限元划分，针对不同区域的应用情况选择恰当的预防措施。同时，还可以构建套管剩余强度的监管模型，对套管的剩余强度和耐腐蚀性进行客观分析，及时调换套管结构，提高装备运行的稳定性。

　　2.3　钻井绞车减磨抗磨损技术

　　2.3.1　磨损原因分析

　　石油钻井绞车的刹车系统是使用频率很高的重载制动系统，因而会导致快速磨损。由于需要快速制动，摩擦功会在短时间内转化为热量，发生热衰退现象并导致刹车块的磨损量迅速增加，导致刹车块磨损情况的出现。

　　2.3.2　技术的具体应用

　　针对刹车系统存在的问题，常用的新型材料有含丁腈橡胶的复合材料，这种材料具有稳定的摩擦因素且磨损率低，在降低成本的同时延长了使用寿命。对于刹车盘快速磨损的问题，可以对热处理工艺进行改进，采用感应淬火的方法，淬火后试样的表层淬硬层中马氏体更为细小且残余奥氏体含量相对也较少，降低了材料的磨损率。还可以采用表面堆焊工艺，用多种元素对基底材料进行强化，可有效提高堆焊金属的抗氧化能力、硬度及抗磨损性能。另外，激光熔覆技术可以在钢表面产生Fe基涂层和含Cr3C2的Fe基合金复合涂层，试验结果表面所得的涂层具有高硬度，可有效抵抗磨损面。

　　2.4　螺杆泵减磨抗磨损技术

　　2.4.1　磨损原因分析

　　螺杆泵是目前开展油气开采活动的重要应用设备，该设备的主体结构为金属转子与橡胶转子，在实际工作过程中，由于金属转子与橡胶转子的综合强度存在着较大差异，因此在结构工作过程中，有时会出现螺杆泵失效的情况，这也会导致设备空转，从而产生结构磨损情况的出现。

　　2.4.2　技术的具体应用

　　针对上述磨损情况原因的分析，可以明确结构出现磨损，其主要原因是定子橡胶磨损比较严重，在对其进行处理时，可以从多个角度入手。因此在具体的处理过程中，可以结合原有本身的应用性质，优化橡胶材料的选择，从而起到降低磨损的作用。在具体应用过程中，可以通过力学理论计算、介质黏度分析、介质压力情况、转子转速参数等内容，对转子与定子之间的间隙展开优化，从而起到降低机械功率损耗的作用。

　　3　结语

　　综上所述，在钻采装备工作工程中，受到岩石结构强度、装备所接触流体介质强度、岩层变化频次、结构本身强度等因素影响，会对钻采装备带来一定的磨损。通过采取合理的减磨抗磨损技术对其进行处理，不仅可以减少钻采装备的磨损，而且对于延长装备使用寿命有着积极的意义。

　　作者简介：李辰旭（1982-），男，甘肃会宁人，兰州兰石石油装备工程股份有限公司中级工程师，研究方向：石油钻采装备。

　　参考文献

　　[1]徐春山，肖剑，董继宁．钢轨无油润滑减磨新技术研究与应用[J].铁道技术监督，2019，47（6）：41-44.

　　[2]张英士．重介选煤厂管道的抗磨损技术分析及应用[J].内蒙古煤炭经济，2018（13）：11，34.

　　[3]谭凯文，肖华平，刘书海．4种钻采装备的减磨抗磨损技术研究进展[J].石油矿场机械，2018，45（5）：102-110.

　　（责任编辑：刘振敏）

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