Studiu asupra rezistenței la coroziune a țevii de puțuri de petrol din aliaj de titan
Esența rezistenței la coroziune a aliajului de titan este că titanul este un element instabil termodinamic, cu un potențial standard al electrodului de numai -1,63 V (electrod standard cu hidrogen HSE). Prin urmare, titanul și aliajele de titan formează foarte ușor o peliculă de oxid de suprafață continuă, densă și foarte subțire în aer sau chiar apă, care este compusă dintr-un strat interior de Ti2O3 și un strat exterior de TiO2 și continuă să se îngroașe pe măsură ce reacția redox continuă. Filmul de oxid care acoperă suprafața aliajului de titan împiedică transferul de sarcină de reacție și reduce sau inhibă dizolvarea aliajului de titan în mediul corosiv, rezultând pasivare.
Cu toate acestea, aliajul de titan are un potențial pozitiv mai mare decât alte aliaje. Când este cuplat cu diferite aliaje, aliajul de titan este protejat ca un catod, ceea ce accelerează coroziunea metalului cuplat și poate duce la deteriorarea structurii. Prin urmare, cercetătorii interni și străini au efectuat, de asemenea, anumite cercetări privind rezistența la coroziune a aliajului de titan în țevile de foraj și carcasa de ulei.
1. Teava de foraj din aliaj de titan
Peng şi colab. a evaluat performanța la oboseală a țevilor de foraj din aliaj de titan. Rezultatele au arătat că în aer, odată cu creșterea gradului de oțel, durata de viață la oboseală a țevii de foraj va fi prelungită, în timp ce în noroiul de foraj, performanța la oboseală a țevii de foraj din aliaj de titan este cea mai bună. Figura 3a prezintă curbele de oboseală ale diferitelor probe de țevi de foraj sub noroi H2S la temperatura camerei. Prezența noroiului H2S va reduce foarte mult durata de viață la oboseală a fiecărei probe de țeavă de foraj, indicând faptul că țeava de foraj are o sensibilitate ridicată la noroiul H2S. În mediul cu noroi H2S, durata de viață la oboseală a țevilor de foraj din aliaj de titan este semnificativ mai mare decât cea a țevilor de foraj din oțel, cum ar fi G105, S135 și V150. Figura 3b prezintă curbele SN ale diferitelor țevi de foraj în noroi H2S la 100 de grade. În comparație cu aerul la temperatura camerei, durata de viață la oboseală a probelor G105, S135, V150 și Ti este redusă semnificativ. Factorul de cuplare al noroiului H2S și al temperaturii are un impact mai mare asupra duratei de viață la oboseală a țevii de foraj decât un singur factor. În această condiție de cuplare, durata de viață la oboseală a țevii de foraj de titan are încă un avantaj mai mare decât alte țevi de foraj.
Fig.3 Curbele de oboseală ale probelor de țevi de foraj G105, S135, V150 și Ti în diferite condiții de lucru
Chen şi colab. a folosit o nouă tehnologie de oxidare cu micro-arc de tratare a suprafeței pentru a adăuga diferite concentrații de tungstat de sodiu la soluția de oxidare pentru a efectua oxidarea cu micro-arc pe suprafața țevii de foraj din aliaj de titan TC4. Studiile au arătat că dopajul cu tungsten poate îmbunătăți în mod eficient duritatea și rezistența la coroziune a țevii de foraj din aliaj de titan TC4. Și când concentrația de tungstat de sodiu este de 3 g/L, performanța cuprinzătoare a stratului de oxidare cu micro-arc de pe țeava de foraj din aliaj de titan este cea mai bună.
În rezumat, durata de viață la coroziune a țevii de foraj din aliaj de titan în condiții de temperatură ridicată și mediu cu sulf ridicat este mai bună decât cea a țevii de foraj din oțel, iar tratamentul de suprafață al aliajului de titan TC4 poate îmbunătăți în mod eficient duritatea și rezistența la coroziune a țevii de foraj. Cu toate acestea, există încă puține studii privind îmbunătățirea rezistenței la coroziune a țevilor de foraj din aliaj de titan prin tratarea suprafeței, care oferă, de asemenea, o direcție pentru cercetările viitoare.
2. Carcasa ulei din aliaj de titan
Wang şi colab. a studiat materialul din aliaj de titan TC4 care poate fi folosit ca carcasă de ulei. Ei au descoperit că, într-un mediu de coroziune acidă, există coroziune electrochimică locală pe suprafața aliajului TC4, în principal coroziune prin pitting. În fluidul de completare care conține CO2, gradul de coroziune al aliajului TC4 este mai grav, dar rezistența la coroziune este mai bună în apa de formare care conține CO2. În cele două medii corozive care conțin CO2-de mai sus, aliajul TC4 are o rezistență excelentă la fisurarea prin coroziune sub tensiune. În comparație cu mediul terestru, aliajul TC4 este mai sensibil la fisurarea coroziunii sub presiune în mediul de adâncime.
În același timp, Wang și colab. a studiat, de asemenea, mecanismul de rezistență la coroziune al aliajului de titan TC4 în diferite condiții de încărcare a tensiunii și a constatat că pe suprafața probei au apărut gropi încărcate cu stres elastic, dar gradul de pitting a fost relativ ușor, iar stratul de film de suprafață a arătat semiconductor de tip n. proprietăți și a avut permeabilitate selectivă la cationi. Când gropile de suprafață ale probei supuse stresului plastic au fost mai adânci și mai largi, iar tipul de semiconductor al stratului de suprafață a fost transformat în tipul p, anioni precum Cl- și CO32- au fost mai ușor adsorbiți și distruși. filmul de protecție și contactul cu substratul prin filmul de protecție, rezultând o scădere a rezistenței la coroziune a aliajului de titan TC4.
În prezent, condițiile de lucru ale zăcămintelor neconvenționale de petrol și gaze sunt dure. Temperatura ridicată va reduce limita de curgere și modulul de elasticitate al tubului și carcasei, iar presiunea ridicată va crește presiunea tubului și a carcasei. Sub acțiunea H2S, CO2 și Cl- singur sau împreună, coroziunea tubulaturii și a carcasei devine din ce în ce mai gravă. Tuburile și carcasa din aliaj de titan pot rezolva în mod eficient problema coroziunii în fund, dar cercetările actuale privind rezistența la coroziune a tuburilor și carcasei din aliaj de titan sunt încă incomplete și necesită cercetări suplimentare.
3. Conducte de sondă de petrol din aliaj de titan
Schutz şi colab. a comparat rezistența la coroziune a șirurilor de țevi din aliaj UNS R55400 cu alte șiruri de țevi din aliaj de titan pentru câmp petrolier. Datele testelor de coroziune de laborator ale dezvoltării conductei UNS R55400 au arătat că aliajul de titan a avut o rezistență îmbunătățită la SSC și la coroziune locală la pitting și crăpătură în medii de apă foarte acide și neacide bogate în clorură legate de industria câmpurilor petroliere.
Tabelul 2 prezintă limitele aproximative de mediu ale diferitelor tipuri de aliaje de titan în diferite medii ale câmpurilor petroliere. Se poate observa că aliajele de titan UNS R55400 și UNS R56404 au cele mai bune performanțe în medii de apă bogate în cloruri acide și neacide, iar cea mai mare rezistență este aliajul de titan beta UNS R58640.
Wei și colab. a studiat efectul temperaturii de recoacere asupra evoluției microstructurii și comportamentului la coroziune a aliajului de titan Ti-Mo în acid clorhidric. Ei au descoperit că atunci când temperatura de recoacere a depășit 850 de grade, filmele de pasivare de MoO3 și TiO2 s-au format pe suprafața aliajului de titan au accelerat dizolvarea, viteza de coroziune a crescut și s-au format celule microgalvanice de fază și fază. În plus, pelicula de pasivare prezintă proprietăți semiconductoare de tip n care sunt independente de temperatura de recoacere.
Prin rezultatele cercetării de mai sus, se constată că temperatura de recoacere, acidul ridicat și mediul de apă bogat în clorură neacide vor afecta rezistența la coroziune a aliajelor de titan. Această concluzie are o importanță orientativă pentru optimizarea materialelor din aliaje de titan în viitor.
