Tutkimus titaaniseoksesta valmistetun öljykaivoputken korroosionkestävyydestä

Titaaniseoksen korroosionkestävyyden ydin on, että titaani on termodynaamisesti epästabiili elementti, jonka standardielektrodipotentiaali on vain -1,63 V (standardi vetyelektrodi HSE). Siksi titaanista ja titaaniseoksista on erittäin helppo muodostaa ilmaan tai jopa veteen jatkuva, tiheä ja erittäin ohut pintaoksidikalvo, joka koostuu Ti2O3:n sisäkerroksesta ja ulkokerroksesta TiO2, ja se paksunee edelleen redox-reaktio etenee. Titaaniseoksen pintaa peittävä oksidikalvo estää reaktiovarauksen siirtoa ja vähentää tai estää titaaniseoksen liukenemista syövyttävään väliaineeseen, mikä johtaa passivoimiseen.

Titaaniseoksella on kuitenkin suurempi positiivinen potentiaali kuin muilla seoksilla. Eri metalliseoksiin yhdistettynä titaaniseos suojataan katodina, mikä nopeuttaa kytketyn metallin korroosiota ja voi johtaa rakenteellisiin vaurioihin. Siksi kotimaiset ja ulkomaiset tutkijat ovat myös suorittaneet tiettyjä tutkimuksia titaaniseoksen korroosionkestävyydestä poraputkissa ja öljykotelossa.

1. Titaaniseoksesta valmistettu poraputki
Peng et ai. arvioi titaaniseoksesta valmistettujen poraputkien väsymiskykyä. Tulokset osoittivat, että ilmassa teräslaadun lisääntyessä poraputken väsymisikä pitenee, kun taas porausmutassa titaaniseosporaputken väsymiskyky on paras. Kuvassa 3a on esitetty erilaisten poraputkinäytteiden väsymiskäyrät huoneenlämpöisessä H2S-mutassa. H2S-mudan läsnäolo lyhentää suuresti kunkin poraputkinäytteen väsymisikää, mikä osoittaa, että poraputkella on korkea herkkyys H2S-mutalle. H2S-mutaympäristössä titaaniseoksesta valmistettujen poraputkien väsymisikä on huomattavasti pidempi kuin teräsporaputkien, kuten G105, S135 ja V150. Kuva 3b esittää eri poraputkien SN - käyrät H2S - mudassa 100 asteen kulmassa . Huoneenlämpöiseen ilmaan verrattuna G105-, S135-, V150- ja Ti-näytteiden väsymisikä on merkittävästi lyhentynyt. H2S-mudan ja lämpötilan kytkentätekijällä on suurempi vaikutus poraputken väsymisikään kuin yhdellä tekijällä. Tässä kytkentätilanteessa titaaniporaputken väsymisiällä on edelleen suurempi etu kuin muilla poraputkilla.

Kuva 3 G105-, S135-, V150- ja Ti-poraputkinäytteiden väsymiskäyrät erilaisissa työolosuhteissa

Chen et ai. käytti uutta pintakäsittelyn mikrokaarihapetustekniikkaa lisätäkseen erilaisia ​​natriumvolframaattipitoisuuksia hapetusliuokseen suorittaakseen mikrokaarihapetuksen TC4-titaaniseosporaputken pinnalle. Tutkimukset ovat osoittaneet, että volframiseostus voi tehokkaasti parantaa TC4-titaaniseoksesta valmistettujen poraputkien kovuutta ja korroosionkestävyyttä. Ja kun natriumvolframaattipitoisuus on 3 g/l, titaaniseosporaputken mikrokaarihapetuskerroksen kattava suorituskyky on paras.

Yhteenvetona voidaan todeta, että titaaniseosporaputken korroosioväsymisikä korkeassa lämpötilassa ja korkeassa rikkipitoisuudessa on parempi kuin teräsporaputken, ja TC4-titaaniseoksen pintakäsittely voi parantaa tehokkaasti poraputken kovuutta ja korroosionkestävyyttä. Tutkimuksia titaaniseosporaputken korroosionkestävyyden parantamisesta pintakäsittelyllä on kuitenkin vielä vähän, mikä antaa suuntaa myös tulevalle tutkimukselle.

2. Titaaniseoksesta valmistettu öljykotelo
Wang et ai. tutki titaaniseosmateriaalia TC4, jota voidaan käyttää öljykotelona. He havaitsivat, että happamassa korroosioympäristössä TC4-lejeeringin pinnalla on paikallista sähkökemiallista korroosiota, pääasiassa pistekorroosiota. CO2-pitoisessa täydennysnesteessä TC4-seoksen korroosioaste on vakavampi, mutta korroosionkestävyys on parempi CO2-pitoisessa muodostusvedessä. Edellä mainituissa kahdessa CO2-pitoisessa syövyttävässä väliaineessa TC4-lejeeringillä on erinomainen jännityskorroosiohalkeilun kestävyys. Maaympäristöön verrattuna TC4-seos on herkempi jännityskorroosiohalkeilulle syvänmeren ympäristössä.

Samaan aikaan Wang et ai. tutki myös TC4-titaaniseoksen korroosionkestävyysmekanismia erilaisissa jännityskuormitusolosuhteissa ja havaitsi, että elastisella jännityksellä kuormitetun näytteen pinnalle ilmestyi kuoppia, mutta pistesyöpymisaste oli suhteellisen kevyt ja pintakalvokerroksessa oli n-tyyppinen puolijohde ominaisuudet ja niillä oli kationiselektiivinen läpäisevyys. Kun muovirasituksen alaisen näytteen pintakuopat olivat syvempiä ja leveämpiä ja pintakalvokerroksen puolijohdetyyppi muuttui p-tyypiksi, anionit, kuten Cl- ja CO32-, adsorboituivat ja tuhoutuivat helpommin. suojakalvon ja kosketukseen substraatin kanssa suojakalvon läpi, mikä johtaa TC4-titaaniseoksen korroosionkestävyyden heikkenemiseen.

Tällä hetkellä epätavanomaisten öljy- ja kaasukenttien työolosuhteet ovat ankarat. Korkea lämpötila vähentää letkun ja kotelon myötölujuutta ja kimmokerrointa, ja korkea paine lisää letkun ja kotelon painetta. H2S:n, CO2:n ja Cl:n vaikutuksesta yksin tai yhdessä putkien ja kotelon korroosio on tulossa yhä vakavammaksi. Titaaniseoksesta valmistetut letkut ja kotelot voivat ratkaista tehokkaasti pohjareikien korroosion epäonnistumisen, mutta nykyinen tutkimus titaaniseoksesta valmistettujen letkujen ja koteloiden korroosionkestävyydestä on edelleen epätäydellinen ja vaatii lisätutkimusta.

3. Titaaniseoksesta valmistettu öljykaivoputket
Schutz et ai. vertasi UNS R55400 -seoksesta valmistettujen putkien korroosionkestävyyttä muihin öljykenttien titaaniseoksesta valmistettuihin putkisarjoihin. UNS R55400 -putkilinjakehityksen laboratoriokorroosiotestitiedot osoittivat, että titaaniseoksella oli parantunut SSC:n ja paikallisen piste- ja rakokorroosionkestävyys öljykenttäteollisuuteen liittyvissä erittäin happamissa ja ei-happamissa kloridipitoisissa vesiympäristöissä.

Taulukossa 2 on esitetty erityyppisten titaaniseosten likimääräiset ympäristöpalvelurajat eri öljykenttäympäristöissä. Voidaan nähdä, että UNS R55400 ja UNS R56404 titaaniseokset ovat parhaimmillaan happamissa ja ei-happamissa kloridipitoisissa vesiympäristöissä, ja suurin lujuus on UNS R58640 beeta-titaaniseos.

Wei et ai. tutki hehkutuslämpötilan vaikutusta Ti-Mo-titaaniseoksen mikrorakenteen kehittymiseen ja korroosiokäyttäytymiseen suolahapossa. He havaitsivat, että kun hehkutuslämpötila ylitti 850 astetta, titaaniseoksen pinnalle muodostuneet MoO3- ja TiO2-passivointikalvot kiihdyttivät liukenemista, korroosionopeus lisääntyi ja muodostui -faasi- ja -faasi-mikrogalvaanikennoja. Lisäksi passivointikalvossa on n-tyypin puolijohdeominaisuuksia, jotka ovat riippumattomia hehkutuslämpötilasta.

Yllä olevien tutkimustulosten avulla on havaittu, että hehkutuslämpötila, korkea happo ja ei-hapan kloridirikas vesiympäristö vaikuttavat titaaniseosten korroosionkestävyyteen. Tällä johtopäätöksellä on ohjaava merkitys titaaniseosmateriaalien optimoinnissa tulevaisuudessa.