王英䶮

摘 要：负责地下勘探的石油钻采设备面临的作业环境较为恶劣，结构件开裂等故障很容易出现，这使得相关研究向来受到业界重视。基于此，本文将简单分析石油钻采设备结构件开裂原因，并深入探讨石油钻采设备结构件开裂应对方法，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。

关键词：石油钻采设备;结构件;开裂

引言：作业过程中的石油钻采设备很容易出现故障，如堵塞、松脱、老化、开裂，结构件开裂属于其中代表，这类故障会导致正常开采进程受到严重影响，开采成本会随之上升，很多时候还可能引发安全生产事故。为有效预防和处理石油钻采设备结构件开裂，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1.石油钻采设备结构件开裂原因

1.1层状撕裂原因

大规格板材与其他接头的焊接很容易出现层状撕裂，这类板材厚度一般为3～10cm，这是由于热量作用下板材内部材料热胀冷缩对周围产生较大压力，平行于板材的裂纹会因金属应力产生，具体表现为层状撕裂。层状撕裂的测量难度较高，会导致石油钻采设备出现较大安全隐患，同时该故障的处理难度较高。在焊接石油钻采设备的过程中，设备使用性能受到的焊接结构影响较为深远，如在搭建大型钻修井架及固井压裂设备的过程中，焊接接头连接的应用较为普遍，高水平焊接一般不会产生开裂问题，大规格板材问题属于层状撕裂的主要源头，不合理的焊接过程也可能导致层状撕裂。层状撕裂原因可细分为两部分：第一，材料。如使用内部存在分层现象的钢板材料，硫化物等物质存在于分层夹层中，强度不均匀的大规格板材很容易在焊接过程中出现问题，进而引发层状撕裂;第二，较低的厚度方向塑性。焊接过程中应力会垂直于轧制方向产生，使得较大应力产生于板材厚度方向，在同时存在的较大焊接热量作用下，层状撕裂问题很容易出现[1]。

1.2低温开裂原因

新疆地区、北方地区、海洋油田属于我国石油开采集中区，冬季油田存在非常低的气温，钢材很容易受到低温因素影响，如导致结构件脆性增加、内部结构塑性降低，石油钻采设备结构件开裂很容易因压力增加出现。在低温环境下，会导致裂纹迅速扩展的脆性破坏往往不存在征兆，其开裂为平直类型断口，迅速扩散的裂纹使得整个构件结构在短时间内断裂，很容易引发事故。

1.3设计缺陷原因

石油钻采设备多工作于高压力、高强度的恶劣环境下，构件质量受到的设计影响较为深远，设计缺陷导致构件开裂的情况较为常见，包括：第一，设计人员未能详细了解构件数据。设计石油钻采设备需依托真实数据进行，构件的合理安装和焊接直接受到数据真实性影响，数据误差会导致设计计算出现偏差，进而影响焊接受力和构件材料性能。如构件存在测量错误的焊缝数据，焊接质量将无法得到保障并导致构件开裂;第二，结构设计不合理。不同构件存在不同功能，设计需结合具体作用进行，不合理的设计方案会导致其功能性无法得到保障。如石油钻采设备中的某构件需要承受较大压力，但设计时的承压考虑不足，使用过程中该构件出现开裂的概率较高;第三，忽视作业环境。作业环境对石油钻采设备带来的影响较为深远，如较大压力、较大温差变化，如设计忽视作业环境影响，构件或设备无法使用情况很容易出现，寒冷环境下构件冻裂便属于其中典型[2]。

1.4设备材料原因

钢材料属于石油钻采设备主要构成材料，Q235、Q345属于常用钢材类型，不同类型钢材、型材、板材的差异较大，不同厂家提供的材料也往往存在质量方面差异，如无法較好适应这种差异，石油钻采设备结构件开裂问题同样可能出现。在搭建井架环节，搭建需优选矩形管，如审查缺失，采用内部含原始裂纹的矩形管，裂纹会在应用过程中逐步发展，最终导致横截面断裂，引发井架安全问题。

1.5焊接质量原因

石油钻采设备焊接质量带来的影响较为深远，焊接人员需同时关注焊缝质量及外观美观性。药芯焊丝和实心焊条属于石油钻采设备焊接常用的两种焊接材料，前者在应用中无法向焊缝深处伸入，这使得其焊接美观性较高但可能导致焊缝内部无法焊实，后者存在较出色抗裂性能，在提升焊缝强度方面表现出色，但在美观性方面存在不足。此外，焊接人员不够细心、技术水平不高也会影响焊接质量，如未能严格清理待焊接构件表面、缺乏对焊接应力的重视，这类问题会导致石油钻采设备的强度和质量受到影响，构件开裂现象更容易出现。

2.石油钻采设备结构件开裂应对方法

2.1层状撕裂应对方法

为解决层状撕裂问题，设备材料的优选极为关键，应选择杂质含量极小或不存在杂质的钢板材料，同时严格控制材料内部硫化物含量，规避石油钻采设备结构件开裂问题出现。焊接过程应科学设计施工焊接结构及接头材料，需设法保证材料拥有较好塑性，如接头使用塑性较好金属填充，应力影响产生的裂痕将有效规避。焊接角度调整也需要得到重视，通过坡口角度的减小并调整焊缝的形状，构件结构优化和应力降低将顺利实现，层状撕裂的发生将得到更好控制。

2.2低温开裂应对方法

为解决低温带来的石油钻采设备结构件开裂问题，必须做好石油钻采设备的保温防冻工作，该工作应在低温冷空气来临前完成。如存在-40℃以下的气温，应适当调整作业时间，避免在过低温度下进行作业，否则石油钻采设备将出现更严重破坏。石油钻采设备的保养和维护也需要同时得到重视，如存在较低的环境温度，需设法将冲击载荷降低，避免较大压力下脆性增加的构件出现断裂。

2.3设计缺陷应对方法

为解决设计缺陷引发的问，石油钻采设备结构件相关设计需要细致测量数据，并深入研究环境影响因素，保证设计能够严格遵循设备需要开展，尽可能消除设计隐患和风险。设计计算准确率也需要设法提升，以此重点计算和分析重要部位，并研究设备使用实际情况，如天气、风力、温度变化对设备带来的影响，保证设计更好符合环境实际。此外，还需要设法深化对石油钻采设备结构设计的了解，明确设备受到的不同焊接结构影响并有效应对，进一步提升石油钻采设备质量。

2.4设备材料应对方法

为避免材料选用不当导致石油钻采设备结构件开裂，必须重点检验材料质量，保证使用的材料能够承受设备工作温度及压力。相关部门及人员需做好材料的审核与检验工作，购入时、使用时的检测均需要严格落实，如某部位的受压较大，需开展重点检测[3]。

2.5焊接质量应对方法

为应对焊接质量问题引发的石油钻采设备结构件开裂，需关注焊接材料的优选，基于设备要求控制焊接结果。具体实践需保证焊接实验结合设备需求开展，如设备需求较高，可首先开展焊条焊接，之后使用药芯焊丝进行表面焊缝处理，未焊透问题规避、表面平整度提升均可顺利实现。焊接操作的规范化也需要得到重视，需关注接口和组装配对的科学设计、接口的焊接前清理，规避构件无法安装整合问题，设计和施工人员间需强化沟通，落实各方面交底工作，保证相关问题能够提前应对。此外，焊接人员的技术水平也需要设法提升，如焊接前细致分析构件和钢材特点，明确焊接技术要点，规避焊接质量问题。

结论：综上所述，多方面因素均可能导致石油钻采设备结构件开裂。在此基础上，本文涉及的层状撕裂应对方法、焊接质量应对方法等内容，则提供了可行性较高的应对方法。为更好保证石油钻采设备的安全稳定运行，石油钻采设备材料、设计、施工水平的提升必须得到重视，先进技术引进、高素质人才培养也需要引起关注。

参考文献：

[1]刘金贵，党曙昕，康学锋.转锈稳锈材料在石油钻采设备薄壁件表面的应用[J].石油化工腐蚀与防护，2021，38（02）：45～47.

[2]李晓东.焊接自动化技术在石油钻采设备制造中的应用[J].化工设计通讯，2021，47（02）：17～18+64.

[3]刘爱武.石油钻采设备的防腐工艺探究[J].石化技术，2020，27（10）：252～253.