Проучване на корозионната устойчивост на тръбата за петролни кладенци от титанова сплав
Същността на корозионната устойчивост на титановата сплав е, че титанът е термодинамично нестабилен елемент със стандартен електроден потенциал от само -1.63 V (стандартен водороден електрод HSE). Следователно, титанът и титановите сплави са много лесни за образуване на непрекъснат, плътен и много тънък повърхностен оксиден филм във въздух или дори вода, който се състои от вътрешен слой от Ti2O3 и външен слой от TiO2, и продължава да се удебелява, докато протича редокс реакция. Оксидният филм, покриващ повърхността на титановата сплав, пречи на реакционния трансфер на заряд и намалява или инхибира разтварянето на титановата сплав в корозивната среда, което води до пасивация.
Титановата сплав обаче има по-висок положителен потенциал от другите сплави. Когато се свързва с различни сплави, титановата сплав е защитена като катод, което ускорява корозията на свързания метал и може да доведе до структурни повреди. Ето защо местни и чуждестранни учени също са провели определени изследвания върху устойчивостта на корозия на титановата сплав в сондажни тръби и маслени корпуси.
1. Сондажна тръба от титанова сплав
Peng и др. оцени характеристиките на умора на сондажни тръби от титаниева сплав. Резултатите показаха, че във въздуха, с увеличаването на марката стомана, животът на умората на сондажната тръба ще бъде удължен, докато в сондажната кал показателите на умора на сондажната тръба от титанова сплав са най-добри. Фигура 3а показва кривите на умора на различни проби от сондажни тръби при H2S кал при стайна температура. Наличието на H2S кал ще намали значително живота на всяка проба от сондажна тръба, което показва, че сондажната тръба има висока чувствителност към H2S кал. В кална среда с H2S, животът на умора на сондажни тръби от титаниева сплав е значително по-висок от този на стоманени сондажни тръби като G105, S135 и V150. Фигура 3b изобразява SN кривите на различни сондажни тръби в H2S кал при 100 градуса. В сравнение с въздуха със стайна температура, животът на умора на пробите G105, S135, V150 и Ti е значително намален. Коефициентът на свързване на H2S кал и температура има по-голямо влияние върху живота на сондажната тръба при умора, отколкото единичен фактор. При това състояние на свързване, животът на умора на титановата сондажна тръба все още има по-голямо предимство в сравнение с други сондажни тръби.
Фиг.3 Криви на умора на образци за сондажни тръби G105, S135, V150 и Ti при различни работни условия
Чен и др. използва нова технология за микродъгово оксидиране на повърхността, за да добави различни концентрации на натриев волфрамат към окислителния разтвор, за да извърши микродъгово оксидиране на повърхността на сондажна тръба от титаниева сплав TC4. Проучванията показват, че волфрамовият допинг може ефективно да подобри твърдостта и устойчивостта на корозия на сондажната тръба от титанова сплав TC4. И когато концентрацията на натриев волфрамат е 3 g/L, цялостното представяне на микродъговия окислителен слой върху сондажната тръба от титанова сплав е най-доброто.
В обобщение, животът на корозионна умора на сондажна тръба от титанова сплав при висока температура и среда с високо съдържание на сяра е по-добър от този на стоманена сондажна тръба, а повърхностната обработка на титанова сплав TC4 може ефективно да подобри твърдостта и устойчивостта на корозия на сондажната тръба. Все още обаче има малко проучвания за подобряване на устойчивостта на корозия на сондажни тръби от титаниева сплав чрез повърхностна обработка, което също дава насока за бъдещи изследвания.
2. Маслен корпус от титанова сплав
Wang и др. изследваха материала от титанова сплав TC4, който може да се използва като маслена обвивка. Те откриха, че в киселинна корозионна среда има локална електрохимична корозия на повърхността на сплав TC4, главно питингова корозия. В течността за завършване, съдържаща CO2, степента на корозия на сплавта TC4 е по-сериозна, но устойчивостта на корозия е по-добра във водата от пласта, съдържаща CO2. В горните две корозивни среди, съдържащи CO2-, сплавта TC4 има отлична устойчивост на корозионно напукване под напрежение. В сравнение със земната среда, сплавта TC4 е по-чувствителна към корозионно напукване под напрежение в дълбоководна среда.
В същото време Wang et al. също изследва механизма за устойчивост на корозия на титаниева сплав TC4 при различни условия на напрежение и установи, че се появяват ями на повърхността на пробата, натоварена с еластично напрежение, но степента на питинг е сравнително лека и повърхностният филмов слой показва n-тип полупроводник свойства и има катионна селективна пропускливост. Когато повърхностните вдлъбнатини на пробата, подложена на пластичен стрес, бяха по-дълбоки и по-широки и полупроводниковият тип на повърхностния филмов слой се трансформира в p-тип, аниони като Cl- и CO 32- бяха по-лесно адсорбирани и унищожени защитния филм и контакт със субстрата през защитния филм, което води до намаляване на устойчивостта на корозия на титановата сплав TC4.
Понастоящем условията на работа на неконвенционалните нефтени и газови находища са тежки. Високата температура ще намали границата на провлачване и модула на еластичност на тръбите и корпуса, а високото налягане ще увеличи налягането на тръбите и корпуса. Под действието на H2S, CO2 и Cl- самостоятелно или заедно, корозията на тръбите и корпуса става все по-сериозна. Тръбите и корпусите от титаниева сплав могат ефективно да решат проблема с корозионната повреда в сондажа, но настоящите изследвания на устойчивостта на корозия на тръбите и корпуса от титаниева сплав все още са непълни и се нуждаят от допълнителни изследвания.
3. Тръби за петролни кладенци от титанова сплав
Шутц и др. сравнява устойчивостта на корозия на тръбните низове от сплав UNS R55400 с тръбните низове от други нефтени находища от титаниева сплав. Данните от лабораторните тестове за корозия на разработката на тръбопровода UNS R55400 показаха, че титановата сплав има подобрена устойчивост на SSC и локална питингова и цепнатина корозия в силно киселинни и некиселинни богати на хлорид водни среди, свързани с нефтената промишленост.
Таблица 2 показва приблизителните експлоатационни граници за околната среда на различни видове титанови сплави в различни среди на петролни полета. Може да се види, че UNS R55400 и UNS R56404 титаниеви сплави имат най-добра производителност в киселинни и некиселинни водни среди, богати на хлорид, а най-високата якост е UNS R58640 бета титановата сплав.
Wei и др. изследва ефекта от температурата на отгряване върху развитието на микроструктурата и корозионното поведение на Ti-Mo титанова сплав в солна киселина. Те откриха, че когато температурата на отгряване надхвърли 850 градуса, пасивиращите филми MoO3 и TiO2, образувани върху повърхността на титановата сплав, ускориха разтварянето, скоростта на корозия се увеличи и се образуваха микрогалванични клетки с фаза и фаза. В допълнение, пасивиращият филм показва полупроводникови свойства от n-тип, които не зависят от температурата на отгряване.
Чрез горните резултати от изследването е установено, че температурата на отгряване, високата киселинност и водната среда, богата на некиселинни хлориди, ще повлияят на устойчивостта на корозия на титановите сплави. Това заключение има водещо значение за оптимизирането на материалите от титанови сплави в бъдеще.
