周航 李锐 范雪麟 石尧 邵长彬 盛拥军

摘要：腐蚀是油田设备面对的重要问题。本文结合复合磺酸钙基润滑脂这一新型的高性能润滑脂相比传统产品的显著优点，考虑其天然的防腐蚀特性，提出了将其应用于高腐蚀环境下的钻头、各类油田机具的磨损部件的润滑展开研究的思路。

关键词：腐蚀;油田;复合磺酸钙基润滑脂

1 引言

复合磺酸钙基润滑脂是一类新型的高性能通用润滑脂，近年来被广泛地研究、应用于机械、冶金、造纸、采矿、海运、食品与核能等众多领域[1-2]。相比传统的锂基、钙基等润滑脂，其性能优异。

腐蚀性是石油化工领域所面临的重要问题。在石油勘探开发过程中，腐蚀现象非常严重，尤其是石油伴生的硫化氢气体，钻具在全暴露环境下产生的腐蚀既可存在于表面也可存在于材料深处，无法检定金属机具的受损程度，高强度钢材应力开裂和脆断往往是毫无征兆的突发事态[3]。针对油田设备中采用新型的复合磺酸钙润滑脂，充分利用其抗腐蚀性、防锈性、耐磨性的特点，将获得非常好的综合效益。

2 钻井中的腐蚀现象

在石油勘探开采过程中，腐蚀按照其成因，主要的类型如下：

硫化物腐蚀。硫化氢广泛存在于油井环境，大致有以下几种来源：首先是地层中蕴含的与石油伴生的，其次，在钻井过程中使用的聚磺类处理剂热解后产生的，还有嗜硫化物的细菌所产生的硫化氢等。硫化氢干燥时对金属无明显侵蚀现象，但处于水解状态时释放氢离子，对具有强烈的去极化能力，对金属单质进行氧化。另一方面，氢离子还原后形成的单质会渗入至碳钢深处，使得金属构件中形成强大的内应力，造成构件脆性破坏。后者为此类腐蚀中的主要隐患，依据现象，可存在有四类[3]：氢鼓泡、氢致开裂、应力腐蚀开裂、应力导向氢致开裂。

偏磨腐蚀。油管、抽油杆往复循环的摩擦将使得金属表面的氧化物介质被清除，金属基体重新暴露于腐蚀性介质之中，成为电化学反应中新的阳极。如此将加速对金属部件的消耗。

二氧化碳腐蚀。二氧化碳广泛存在于各类环境，其侵蚀原理类似与硫化氢介质，主要是其水解产生的弱酸性环境对金属基体的氧化。

生物腐蚀。生物腐蚀复杂多样，主要途径是通过生物活动产生腐蚀性介质，从而对金属产生腐蚀。腐蚀性介质主要有硫酸，硫化氢，二氧化碳。

防腐蚀工作本质上是对金属构件的隔绝。工程上通常从改变金属合金成分、设置阳极保护、添加缓蚀剂或者防腐涂层为主要手段。磺酸盐作为重要的一类添加剂，具有良好的抗腐蚀性能。有学者[5-7]对氨基磺酸盐、木质素磺酸盐、改进木质素磺酸盐等一系列的磺酸盐的耐腐蚀性能进行了研究，论证了磺酸盐作为缓蚀剂，对抗各类腐蚀性介质的有效性。

3 复合磺酸钙基润滑脂的特性

复合磺酸钙基润滑脂基于上世纪50年代以来磺酸基润滑脂，经过数次产品迭代和改进，解决了滴点、稠化能力、泵送性能、易失性问题，国内近年来生产能力逐渐提升，在各个领域有了越来越多的应用。相比传统的润滑脂，其具有以下优点：

剪切安定性。依据GB/T 269的测试标准，经过10万次剪切后，工作锥入度相比改变相较传统的钙基、锂基润滑脂非常小。

耐高温性能。常规的锂基润滑脂、聚脲润滑脂在高温下会发生不可逆的化学结构改变。机械运转中润滑部位不可避免的出现高温工况，耐高温性能是一重要考量点。复合钙基润滑脂的滴点通常在250摄氏度，高温可逆。

抗水性能。抗水性能通常以在润滑脂中加入20%的水的形式进行试验。复合磺酸钙基润滑脂在加入20%的水后，防腐蚀性能、锥入度、极压性能维持原状[4]。在加入50%的水后的极端情形下，复合磺酸钙基润滑脂性能依旧。

防腐蚀性。磺酸盐是常见防腐蚀添加剂成分，出现在各类防腐喷涂产品中。复合磺酸钙基润滑脂作为天然的防腐蚀成分，其对金属部件的保护是持续的。

4 复合磺酸钙基润滑脂的防腐蚀应用场景

磺酸盐对腐蚀有天然抗性，同时该润滑脂能有效粘附与金属介质，避免金属部件与腐蚀性成分接触，其优秀的防腐蚀性能将得到极大发挥。在油田领域，润滑脂的应用包含油田普通设备与钻头两大类场景[8]。

4.1 油田普通设备

钻井设备。可对井架、天车、游动滑车、绞车、转盘、泥浆泵等设备的滑轮、轴承、油嘴、密封圈、弹簧、钩轴进行润滑。

试油压裂设备。主要是压裂机组、试井车、连续油管车台等装置中的轮毂、离合器、滚筒、鏈条拉杆连接销中的轴承进行润滑。

维护作业设备。修井机、通井机、背井驾车、洗井车、压风车中的链条、轴承、丝杆、滚轮部位的润滑。

运输吊拖设备、地面道桥设备、机械加工及动力设备。这一类配套装置中的轴承、齿轮、轮毂、丝杆、钢缆等部位的润滑。

国内上述设备中采用最多的润滑脂是GB/T 7324通用鋰基润滑脂、GB/T 5671汽车通用锂基润滑脂。更换为复合磺酸钙基润滑脂后，将有效避免金属构件的过早腐蚀，其突出的抗水特性能切实提高部件的使用寿命。

4.2 油田钻头

油田钻头的寿命关键在于钻头轴承，而钻头轴承的寿命与其所采用的润滑脂的品质息息相关。井下特殊设备的润滑，是保证深井、超深井下设备安全的重要保证。国内对于钻头润滑脂的研究极少，，而美国2011年发布的专利中，已经采用5%-70%的高性能复合磺酸钙为稠化剂，取代了皂类。该润滑脂能更好地满足深井之下钻头高温高压的严峻环境。复合磺酸钙基润滑脂是未来的发展趋势。

5 小结

本文针对油田高腐蚀性环境，从新型的复合磺酸钙基润滑脂天然的抗腐蚀特性出发，考虑其突出的抗水性，更耐高温高压极端恶劣环境的优势，提出在油田中对复合磺酸钙基润滑脂进行广泛研究和应用的思路。该润滑脂优势明显，与油田环境两者契合度高，具有较好的应用前景。

参考文献

[1] 朱廷彬. 润滑脂技术大全[M]. 北京：中国石化出版社，2004

[2] 蒋明俊，郭小川. 高碱性磺酸盐复合钙基润滑脂的研究进展[J]. 润滑油，2013，28（2）：17-20

[3] 姚伟达，孔学云，刘禹铭，李宝龙，齐海涛. 油气田开发中H2S对钢材腐蚀因素分析与预防[J]. 科学管理，2016，3：255-257

[4] 朱廷彬，李其昌. 我国润滑脂工业现状及发展重点分析[J]. 中国石油和化工经济分析， 2011，（09）：52-56.

[5] 冮冶，杨树林，李晗晔等.耐热耐腐蚀氨基磺酸盐镀镍工艺的改进[J].电镀与涂饰，2012，31（1）：17-19

周航，性别女，民族汉族，出生年月，1988.02籍贯（例如：山东高唐县），工作单位胜利油田技术检测中心，研究方向润滑剂检测，学历本科，职称中级工程师，单位所在地山东省东营市西二路480号，邮编257000。

项目来源，单位科研项目，项目名称油田注采动设备长周期运行关键技术研究