Studie om korrosionsbeständigheten hos oljekällarrör i titanlegering
Kärnan i korrosionsbeständighet i titanlegering är att titan är ett termodynamiskt instabilt element med en standardelektrodpotential på endast -1.63 V (standard väteelektrod HSE). Därför är titan och titanlegeringar mycket lätta att bilda en kontinuerlig, tät och mycket tunn ytoxidfilm i luft eller till och med vatten, som består av ett inre skikt av Ti2O3 och ett yttre skikt av TiO2, och det fortsätter att tjockna när redoxreaktionen fortsätter. Oxidfilmen som täcker ytan av titanlegeringen hindrar reaktionsladdningsöverföringen och minskar eller hämmar upplösningen av titanlegeringen i det korrosiva mediet, vilket resulterar i passivering.
Emellertid har titanlegering en högre positiv potential än andra legeringar. När den kombineras med olika legeringar skyddas titanlegeringen som en katod, vilket påskyndar korrosionen av den kopplade metallen och kan leda till strukturella skador. Därför har inhemska och utländska forskare också utfört viss forskning om korrosionsbeständigheten hos titanlegering i borrrör och oljehölje.
1. Borrrör av titanlegering
Peng et al. utvärderade utmattningsprestandan hos borrrör av titanlegering. Resultaten visade att i luft, med ökningen av stålkvalitet, kommer utmattningslivslängden för borrröret att förlängas, medan i borrslam är utmattningsprestandan hos borrrör av titanlegering bäst. Figur 3a visar utmattningskurvorna för olika borrrörsprover under rumstemperatur H2S-slam. Närvaron av H2S-slam kommer att avsevärt minska utmattningslivslängden för varje borrrörsprov, vilket indikerar att borrröret har en hög känslighet för H2S-lera. I H2S-lermiljön är utmattningslivslängden för borrrör av titanlegering betydligt högre än för stålborrrör som G105, S135 och V150. Figur 3b visar SN-kurvorna för olika borrrör i H2S-slam vid 100 grader. Jämfört med rumstempererad luft minskar utmattningslivslängden för G105, S135, V150 och Ti prover avsevärt. Kopplingsfaktorn för H2S-slam och temperatur har en större inverkan på utmattningslivslängden för borrröret än en enskild faktor. Under detta kopplingsförhållande har utmattningslivslängden för titanborrrör fortfarande en större fördel än andra borrrör.
Fig.3 Utmattningskurvor för G105, S135, V150 och Ti borrörsprover under olika arbetsförhållanden
Chen et al. använde en ny ytbehandlingsteknik för mikrobågeoxidation för att lägga till olika koncentrationer av natriumvolframat till oxidationslösningen för att utföra mikrobågeoxidation på ytan av TC4 titanlegeringsborrrör. Studier har visat att volframdopning effektivt kan förbättra hårdheten och korrosionsbeständigheten hos TC4 titanlegeringsborrrör. Och när koncentrationen av natriumvolframat är 3 g/L, är den omfattande prestandan för mikrobågsoxidationsskiktet på titanlegeringsborrröret bäst.
Sammanfattningsvis är korrosionsutmattningslivslängden för borrrör av titanlegering i miljö med hög temperatur och hög svavelhalt bättre än för stålborrrör, och ytbehandlingen av TC4 titanlegering kan effektivt förbättra hårdheten och korrosionsbeständigheten hos borrröret. Det finns dock fortfarande få studier om att förbättra korrosionsbeständigheten hos borrrör av titanlegering genom ytbehandling, vilket också ger en riktning för framtida forskning.
2. Oljehölje av titanlegering
Wang et al. studerade titanlegeringsmaterialet TC4 som kan användas som oljehölje. De fann att det i en sur korrosionsmiljö finns lokal elektrokemisk korrosion på ytan av TC4-legering, främst gropkorrosion. I kompletteringsvätskan som innehåller CO2 är korrosionsgraden för TC4-legeringen allvarligare, men korrosionsbeständigheten är bättre i formvattnet som innehåller CO2. I ovanstående två CO2-innehållande korrosiva medier har TC4-legeringen utmärkt motståndskraft mot spänningskorrosionssprickor. Jämfört med den terrestra miljön är TC4-legeringen känsligare för spänningskorrosionssprickor i djuphavsmiljön.
Samtidigt har Wang et al. studerade också korrosionsbeständighetsmekanismen för TC4 titanlegering under olika belastningsförhållanden och fann att gropar uppträdde på ytan av provet laddade med elastisk spänning, men graden av gropbildning var relativt lätt och ytfilmskiktet visade n-typ halvledare egenskaper och hade katjonselektiv permeabilitet. När ytgroparna på provet som utsattes för plastisk påfrestning var djupare och bredare, och halvledartypen av ytfilmskiktet omvandlades till p-typ, adsorberades och förstördes anjoner som Cl- och CO32- lättare skyddsfilmen, och kom i kontakt med substratet genom skyddsfilmen, vilket resulterar i en minskning av korrosionsbeständigheten hos TC4 titanlegering.
För närvarande är arbetsförhållandena för icke-konventionella olje- och gasfält hårda. Hög temperatur kommer att minska sträckgränsen och elasticitetsmodulen för slangar och hölje, och högt tryck kommer att öka trycket i slangar och hölje. Under inverkan av H2S, CO2 och Cl- ensamma eller tillsammans, blir korrosionen av rör och hölje mer och mer allvarlig. Titanlegeringsrör och hölje kan effektivt lösa problemet med korrosionsfel i borrhålet, men den nuvarande forskningen om korrosionsbeständigheten hos titanlegeringsrör och hölje är fortfarande ofullständig och behöver ytterligare forskning.
3. Rör för oljekällor i titanlegering
Schutz et al. jämförde korrosionsbeständigheten hos UNS R55400 legeringsrörsträngar med andra oljefältsrörsträngar av titanlegering. Laboratoriets korrosionstestdata från UNS R55400 rörledningsutveckling visade att titanlegeringen hade förbättrat motstånd mot SSC och lokal grop- och spaltkorrosion i mycket sura och icke sura kloridrika vattenmiljöer relaterad till oljefältsindustrin.
Tabell 2 visar ungefärliga miljöservicegränser för olika typer av titanlegeringar i olika oljefältsmiljöer. Det kan ses att UNS R55400 och UNS R56404 titanlegeringar har bäst prestanda i sura och icke sura kloridrika vattenmiljöer, och den högsta styrkan är UNS R58640 beta titanlegering.
Wei et al. studerade effekten av glödgningstemperatur på mikrostrukturutvecklingen och korrosionsbeteendet hos Ti-Mo titanlegering i saltsyra. De fann att när glödgningstemperaturen översteg 850 grader, accelererade MoO3- och TiO2-passiveringsfilmerna på ytan av titanlegeringen upplösningen, korrosionshastigheten ökade och mikrogalvaniska celler i fas och fas bildades. Dessutom visar passiveringsfilmen n-typ halvledaregenskaper som är oberoende av glödgningstemperaturen.
Genom ovanstående forskningsresultat har det visat sig att glödgningstemperatur, hög syra och icke sur kloridrik vattenmiljö kommer att påverka korrosionsbeständigheten hos titanlegeringar. Denna slutsats har vägledande betydelse för optimeringen av titanlegeringsmaterial i framtiden.
