Studie om korrosjonsmotstanden til oljebrønnrøret i titanlegering

Essensen av titanlegeringers korrosjonsmotstand er at titan er et termodynamisk ustabilt element med et standard elektrodepotensial på bare -1.63 V (standard hydrogenelektrode HSE). Derfor er titan og titanlegeringer veldig enkle å danne en kontinuerlig, tett og veldig tynn overflateoksidfilm i luft eller til og med vann, som består av et indre lag av Ti2O3 og et ytre lag av TiO2, og det fortsetter å tykne etter hvert som redoksreaksjonen fortsetter. Oksydfilmen som dekker overflaten av titanlegeringen hindrer reaksjonsladningsoverføringen og reduserer eller hemmer oppløsningen av titanlegeringen i det korrosive mediet, noe som resulterer i passivering.

Imidlertid har titanlegering et høyere positivt potensial enn andre legeringer. Når kombinert med forskjellige legeringer, er titanlegering beskyttet som en katode, noe som akselererer korrosjonen av det koblede metallet og kan føre til strukturelle skader. Derfor har innenlandske og utenlandske forskere også utført viss forskning på korrosjonsmotstanden til titanlegering i borerør og oljeforingsrør.

1. Titanium legering borerør
Peng et al. evaluerte utmattelsesytelsen til borerør av titanlegering. Resultatene viste at i luft, med økningen av stålkvalitet, vil utmattelseslevetiden til borerøret forlenges, mens i boreslam er utmattelsesytelsen til borerør av titanlegering den beste. Figur 3a viser utmattingskurvene til forskjellige borerørprøver under romtemperatur H2S-slam. Tilstedeværelsen av H2S-slam vil i stor grad redusere utmattelseslevetiden til hver borerørprøve, noe som indikerer at borerøret har høy følsomhet for H2S-slam. I H2S-slammiljøet er utmattelseslevetiden til borerør av titanlegering betydelig høyere enn for stålborerør som G105, S135 og V150. Figur 3b plotter SN-kurvene til forskjellige borerør i H2S-slam ved 100 grader. Sammenlignet med romtemperaturluft er utmattelseslevetiden til G105, S135, V150 og Ti-prøver betydelig redusert. Koblingsfaktoren til H2S-slam og temperatur har større innvirkning på utmattingstiden til borerør enn en enkelt faktor. Under denne koblingstilstanden har utmattingstiden til titanborerør fortsatt en større fordel enn andre borerør.

Fig.3 Utmattingskurver for G105, S135, V150 og Ti borerørprøver under forskjellige arbeidsforhold

Chen et al. brukte en ny overflatebehandling mikro-bue oksidasjonsteknologi for å tilsette forskjellige konsentrasjoner av natrium wolfram til oksidasjonsløsningen for å utføre mikro-bue oksidasjon på overflaten av TC4 titanlegering borerør. Studier har vist at wolframdoping effektivt kan forbedre hardheten og korrosjonsmotstanden til TC4 titanlegeringsborerør. Og når konsentrasjonen av natriumwolframat er 3 g/L, er den omfattende ytelsen til mikrobue-oksidasjonslaget på titanlegeringsborerøret best.

Oppsummert er korrosjonsutmattelsestiden til borerør av titanlegering i miljø med høy temperatur og høyt svovelinnhold bedre enn for stålborerør, og overflatebehandlingen av TC4 titanlegering kan effektivt forbedre hardheten og korrosjonsmotstanden til borerøret. Imidlertid er det fortsatt få studier for å forbedre korrosjonsmotstanden til titanlegeringsborerør ved overflatebehandling, noe som også gir en retning for fremtidig forskning.

2. Oljehus av titanlegering
Wang et al. studerte titanlegeringsmaterialet TC4 som kan brukes som oljeforingsrør. De fant at i et surt korrosjonsmiljø er det lokal elektrokjemisk korrosjon på overflaten av TC4-legering, hovedsakelig gropkorrosjon. I kompletteringsvæsken som inneholder CO2, er korrosjonsgraden til TC4-legeringen mer alvorlig, men korrosjonsmotstanden er bedre i formasjonsvannet som inneholder CO2. I de to ovennevnte CO2--holdige korrosive mediene har TC4-legering utmerket motstand mot spenningskorrosjonssprekker. Sammenlignet med det terrestriske miljøet er TC4-legering mer følsom for spenningskorrosjonssprekker i dyphavsmiljøet.

Samtidig har Wang et al. studerte også korrosjonsmotstandsmekanismen til TC4 titanlegering under forskjellige spenningsbelastningsforhold og fant at groper dukket opp på overflaten av prøven belastet med elastisk spenning, men graden av gropdannelse var relativt lett, og overflatefilmlaget viste n-type halvleder egenskaper og hadde kationselektiv permeabilitet. Når overflategropene til prøven utsatt for plastisk stress var dypere og bredere, og halvledertypen til overflatefilmlaget ble transformert til p-type, ble anioner som Cl- og CO32- lettere adsorbert og ødelagt den beskyttende filmen, og kontaktet med substratet gjennom den beskyttende filmen, noe som resulterer i en reduksjon i korrosjonsmotstanden til TC4 titanlegering.

For tiden er arbeidsforholdene for ikke-konvensjonelle olje- og gassfelt tøffe. Høy temperatur vil redusere flytestyrken og elastisitetsmodulen til rør og foringsrør, og høyt trykk vil øke trykket til rør og foringsrør. Under påvirkning av H2S, CO2 og Cl- alene eller sammen, blir korrosjonen av rør og foringsrør mer og mer alvorlig. Titanlegeringsrør og foringsrør kan effektivt løse problemet med korrosjonssvikt nede i borehullet, men den nåværende forskningen på korrosjonsmotstanden til titanlegeringsrør og -foringsrør er fortsatt ufullstendig og trenger ytterligere forskning.

3. Oljebrønnrør av titanlegering
Schutz et al. sammenlignet korrosjonsmotstanden til UNS R55400 legeringsrørstrenger med andre oljefelts titanlegeringsrørstrenger. Laboratoriekorrosjonstestdata fra UNS R55400-rørledningsutvikling viste at titanlegeringen hadde forbedret motstand mot SSC og lokal grop- og sprekkkorrosjon i svært sure og ikke-sure kloridrike vannmiljøer relatert til oljefeltindustrien.

Tabell 2 viser de omtrentlige miljøtjenestegrensene for ulike typer titanlegeringer i ulike oljefeltmiljøer. Det kan sees at UNS R55400 og UNS R56404 titanlegeringer har den beste ytelsen i sure og ikke-sure kloridrike vannmiljøer, og den høyeste styrken er UNS R58640 beta titanlegering.

Wei et al. studerte effekten av glødetemperatur på mikrostrukturutviklingen og korrosjonsadferden til Ti-Mo titanlegering i saltsyre. De fant at når utglødningstemperaturen oversteg 850 grader, akselererte MoO3- og TiO2-passiveringsfilmene som ble dannet på overflaten av titanlegeringen, oppløsningen, korrosjonshastigheten økte, og -fase og -fase mikrogalvaniske celler ble dannet. I tillegg viser passiveringsfilmen n-type halvlederegenskaper som er uavhengige av glødetemperatur.

Gjennom forskningsresultatene ovenfor er det funnet at glødetemperatur, høy syre og ikke-surt kloridrikt vannmiljø vil påvirke korrosjonsbestandigheten til titanlegeringer. Denne konklusjonen har veiledende betydning for optimaliseringen av titanlegeringsmaterialer i fremtiden.