石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂情況與預(yù)防措施

摘 要：石油鉆采設(shè)備作為開采石油的根本保障，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到石油開采的質(zhì)量以及安全性。但是，諸多石油鉆采設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中，結(jié)構(gòu)件常會(huì)出現(xiàn)開裂的情況，影響設(shè)備運(yùn)行，并增加安全事故出現(xiàn)的可能性?；诖?，本文針對(duì)石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂情況展開分析，隨后制定合理的預(yù)防措施，以此保證石油鉆采設(shè)備有效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：石油;鉆采設(shè)備;結(jié)構(gòu)件開裂;預(yù)防措施

隨著社會(huì)迅速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也隨之完善。多種科學(xué)技術(shù)以及設(shè)備廣泛用于各行各業(yè)內(nèi)，為人們的生產(chǎn)以及生活提供更多便利，但對(duì)于能源以及資源的需求也隨之增加。石油作為應(yīng)用十分廣泛的資源，其直接關(guān)系著我國發(fā)展。而石油行業(yè)的迅速發(fā)展，也帶動(dòng)石油鉆采設(shè)備隨之完善。然而，部分石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件在應(yīng)用過程中，常出現(xiàn)開裂的情況，無法充分出鉆采設(shè)備的作用，故需制定合理的預(yù)防措施。

一、石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂原因分析

（一）層狀撕裂

層狀撕裂主要是指在厚大板焊接角接接頭、T形接頭、十字接頭時(shí)，產(chǎn)生一種具有較強(qiáng)危害性，且不容易返修的裂紋[1]。石油機(jī)械設(shè)備常設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)，像固井壓裂設(shè)備核心部件泵總成內(nèi)的動(dòng)力端端板以及殼體的焊接等工作。此種焊接結(jié)構(gòu)很少會(huì)出現(xiàn)開裂的情況，但若母材自身存在缺陷或板厚方向的拘束力較大，則會(huì)形成開裂的情況。

層狀撕裂會(huì)擴(kuò)散至零件表面，可以通過觀察或者探傷發(fā)現(xiàn)。但是，部分撕裂很難從外觀發(fā)現(xiàn)，甚至使用超聲波也無法及時(shí)監(jiān)測(cè)，故其是一種潛在危險(xiǎn)，需及時(shí)干預(yù)，對(duì)其進(jìn)行修理，做好預(yù)防措施。

（二）焊接強(qiáng)度不足

石油設(shè)備結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)開裂的原因是焊接強(qiáng)度或材料的比例不高，但其常會(huì)出現(xiàn)。此時(shí)，出現(xiàn)開裂的因素主要如下：由于結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)不足。制造過程中出現(xiàn)假焊、焊接問題。焊接人員采用的焊接技術(shù)參數(shù)不當(dāng)，像焊接線能量稍大等，知識(shí)焊接熱影響材料性能顯著下降，最終出現(xiàn)開裂的情況[2]。

（三）設(shè)計(jì)因素

部分寒冷地區(qū)內(nèi)，由于結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)不夠合理，常會(huì)出現(xiàn)開裂得的情況。大慶油田、海洋鉆井等，常會(huì)出現(xiàn)固井壓裂設(shè)備內(nèi)的開裂問題，且固井水泥車的水罐罐體與主支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，為了減少焊接工作量以及變形的情況，常會(huì)選擇斷續(xù)焊，部分雨天作業(yè)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致斷續(xù)焊的縫隙內(nèi)進(jìn)水，且溫度低于0℃的時(shí)候，縫隙內(nèi)的水會(huì)結(jié)冰，隨后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂的情況。同時(shí)，像鉆修井機(jī)的井架、底座等，其在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，由于部分結(jié)構(gòu)不封閉，且沒有考慮開放水孔，故遇到雨水會(huì)結(jié)冰膨脹，最終出現(xiàn)開裂的情況。

（四）脆性開裂

脆性開裂作為工程結(jié)構(gòu)內(nèi)危險(xiǎn)性較大的影響，該開裂的特點(diǎn)為裂紋迅速擴(kuò)散，且能量消耗顯著低于韌性斷裂，塑性變形較為少見。脆性開裂出現(xiàn)之前，并沒有任何的預(yù)兆，其是一種突然發(fā)生的情況。脆性拉伸斷口表面呈顆粒狀，屬于一種平直類型，是在平面狀態(tài)下出現(xiàn)的。脆性斷裂常會(huì)在低應(yīng)力條件下發(fā)生，故其會(huì)出現(xiàn)較大的惡性事故以及損失[3]。

二、石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂預(yù)防措施

（一）預(yù)防層狀撕裂

由于層狀撕裂的因素較多，故其預(yù)防措施需從多個(gè)因素分析，從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝等因素思考，隨后根據(jù)正確的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選擇合適的焊接工藝，避免出現(xiàn)層狀撕裂。首先，需要選擇雜質(zhì)較少、含硫量低、塑形較好的材料作為主要材料。其次，接頭強(qiáng)度以及性能允許的情況下，焊縫金屬可以全部或者局部塑形較好的軟質(zhì)填充金屬。同時(shí)，可以鑲?cè)霟o層狀撕裂的附加件，通常采用軋制型材，改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既避免層狀撕裂，又避免焊縫過于密集，變成應(yīng)力集中較小的對(duì)接接頭，以此實(shí)現(xiàn)預(yù)防的目的。最后，降低鋼板厚度產(chǎn)生的拘束應(yīng)力以及應(yīng)變，合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)以及工藝?？梢圆捎盟苄屋^好的軟焊縫，以此緩解母材厚度方向產(chǎn)生的應(yīng)力，像焊接面上堆焊金屬過渡層等。

（二）工藝預(yù)防措施

首先，需強(qiáng)化焊接試驗(yàn)，針對(duì)重要的結(jié)構(gòu)可以采取光焊絲或者焊條進(jìn)行打底，避免出現(xiàn)未焊透的情況。通過強(qiáng)化焊接控制措施，避免焊接前出現(xiàn)準(zhǔn)備不合理的情況，減少強(qiáng)行組對(duì)以及裝配的情況。其次，需要提高操作人員的質(zhì)量認(rèn)知，對(duì)制造、安裝各個(gè)過程中可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)行預(yù)測(cè)，作業(yè)前需與操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，鼓勵(lì)人員提出質(zhì)疑。最后，強(qiáng)化焊接標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)力度，積極印發(fā)各類焊接標(biāo)準(zhǔn)，顯著提升焊工人員的技能培訓(xùn)。通過制定、完善焊接廠標(biāo)、焊接通用規(guī)范，保證焊接作業(yè)以及檢驗(yàn)有章可循。

（三）設(shè)計(jì)預(yù)防措施

由于設(shè)計(jì)計(jì)算不夠精準(zhǔn)，再加上受力分析措施，致使焊接強(qiáng)度不滿足實(shí)際需求。設(shè)計(jì)的過程中，需對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用以及環(huán)境進(jìn)行分析。通過強(qiáng)化焊縫的強(qiáng)度計(jì)算以及結(jié)構(gòu)剛性計(jì)算工作，可以明確相關(guān)數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)彎曲變形，以此出現(xiàn)焊接裂縫。同時(shí)，還需重視結(jié)構(gòu)對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性，根據(jù)氣候特點(diǎn)，避免積水凍裂出現(xiàn)開裂。設(shè)計(jì)人員需充分掌握焊接結(jié)構(gòu)、接頭的性能，保證其可以良好適應(yīng)設(shè)計(jì)，提高焊接質(zhì)量。

（四）預(yù)防脆性開裂

由于脆性開裂多是由于環(huán)境溫度下降后，材料的塑形以及韌性隨之下降，顯著降低材料的抗開裂性能，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性破壞的情況。因此，想要預(yù)防脆性開裂，需明確如下措施：首先，處于環(huán)境溫度較低的情況時(shí)，需做好設(shè)備的各項(xiàng)保溫、防凍措施。其次，積極改善設(shè)備的應(yīng)用情況，像如何提升應(yīng)用環(huán)境溫度，減少?zèng)_擊荷載。

結(jié)束語：

綜上，導(dǎo)致石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂的因素較多，且多為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制造過程，故需明確相關(guān)因素后，制定合理的解決措施。針對(duì)石油鉆采設(shè)備結(jié)構(gòu)件開裂的因素，企業(yè)需強(qiáng)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，采用合理的干預(yù)措施，從根本上強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，減少其開裂的可能性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王方彬，賀東洋，王子維. 石油鉆采設(shè)備用閥桿斷裂失效問題探討[J]. 石油和化工設(shè)備，2022，25（01）：24-25+20.

[2]張斌，張志偉，孫娟，張文英. 一種石油鉆采設(shè)備關(guān)鍵零部件再制造性的成本評(píng)估方法[J]. 遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，41（03）：71-76.

[3]劉金貴，黨曙昕，康學(xué)鋒. 轉(zhuǎn)銹穩(wěn)銹材料在石油鉆采設(shè)備薄壁件表面的應(yīng)用[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2021，38（02）：45-47.

作者簡(jiǎn)介：張文平（1967.08-），男，漢族，安徽省樅陽人，本科，職稱：助理工程師，研究方向：石油鉆釆設(shè)備設(shè)計(jì)與制造工藝。