Estudi sobre la resistència a la corrosió de la canonada de pou de petroli d'aliatge de titani

L'essència de la resistència a la corrosió de l'aliatge de titani és que el titani és un element termodinàmicament inestable amb un potencial d'elèctrode estàndard de només -1,63 V (elèctrode d'hidrogen estàndard HSE). Per tant, els aliatges de titani i titani són molt fàcils de formar una pel·lícula d'òxid superficial contínua, densa i molt prima a l'aire o fins i tot a l'aigua, que es compon d'una capa interna de Ti2O3 i una capa exterior de TiO2, i continua espessint-se a mesura que el la reacció redox continua. La pel·lícula d'òxid que cobreix la superfície de l'aliatge de titani dificulta la transferència de càrrega de reacció i redueix o inhibeix la dissolució de l'aliatge de titani en el medi corrosiu, donant lloc a la passivació.

Tanmateix, l'aliatge de titani té un potencial positiu més alt que altres aliatges. Quan s'acobla amb diferents aliatges, l'aliatge de titani està protegit com a càtode, que accelera la corrosió del metall acoblat i pot provocar danys estructurals. Per tant, els estudiosos nacionals i estrangers també han realitzat certes investigacions sobre la resistència a la corrosió de l'aliatge de titani en tubs de perforació i carcassa d'oli.

1. Tub de perforació d'aliatge de titani
Peng et al. va avaluar el rendiment a la fatiga dels tubs de perforació d'aliatge de titani. Els resultats van mostrar que a l'aire, amb l'augment del grau d'acer, la vida a fatiga del tub de perforació s'allargarà, mentre que al fang de perforació, el rendiment a la fatiga del tub de perforació d'aliatge de titani és el millor. La figura 3a mostra les corbes de fatiga de diferents mostres de tubs de perforació sota fang H2S a temperatura ambient. La presència de fang H2S reduirà molt la vida a la fatiga de cada mostra de canonada de perforació, cosa que indica que la canonada de perforació té una alta sensibilitat al fang H2S. A l'entorn de fang H2S, la vida a fatiga de les canonades de perforació d'aliatge de titani és significativament superior a la de les canonades de perforació d'acer com ara G105, S135 i V150. La figura 3b representa les corbes SN de diferents tubs de perforació en fang H2S a 100 graus. En comparació amb l'aire a temperatura ambient, la vida a fatiga de les mostres G105, S135, V150 i Ti es redueix significativament. El factor d'acoblament del fang H2S i la temperatura té un impacte més gran en la vida útil de la canonada de perforació que un sol factor. En aquesta condició d'acoblament, la vida a fatiga del tub de perforació de titani encara té un avantatge més gran que altres tubs de perforació.

Fig.3 Corbes de fatiga de mostres de tubs de perforació G105, S135, V150 i Ti en diferents condicions de treball

Chen et al. va utilitzar una nova tecnologia d'oxidació de micro-arc de tractament de superfícies per afegir diferents concentracions de tungstat de sodi a la solució d'oxidació per dur a terme l'oxidació de micro-arc a la superfície del tub de perforació d'aliatge de titani TC4. Els estudis han demostrat que el dopatge de tungstè pot millorar eficaçment la duresa i la resistència a la corrosió del tub de perforació d'aliatge de titani TC4. I quan la concentració de tungstat de sodi és de 3 g/L, el rendiment integral de la capa d'oxidació de micro-arc a la canonada de perforació d'aliatge de titani és el millor.

En resum, la vida a la fatiga de la corrosió del tub de perforació d'aliatge de titani en ambients d'alta temperatura i alt sofre és millor que la del tub de perforació d'acer, i el tractament superficial de l'aliatge de titani TC4 pot millorar eficaçment la duresa i la resistència a la corrosió del tub de perforació. No obstant això, encara hi ha pocs estudis sobre la millora de la resistència a la corrosió del tub de perforació d'aliatge de titani mitjançant el tractament de la superfície, que també proporciona una direcció per a futures investigacions.

2. Carcassa d'oli d'aliatge de titani
Wang et al. va estudiar el material d'aliatge de titani TC4 que es pot utilitzar com a carcassa d'oli. Van trobar que en un entorn de corrosió àcida, hi ha corrosió electroquímica local a la superfície de l'aliatge TC4, principalment corrosió per picadura. En el fluid de finalització que conté CO2, el grau de corrosió de l'aliatge TC4 és més greu, però la resistència a la corrosió és millor en l'aigua de formació que conté CO2. En els dos medis corrosius anteriors que contenen CO2-, l'aliatge TC4 té una excel·lent resistència a l'esquerdament per corrosió per estrès. En comparació amb l'entorn terrestre, l'aliatge TC4 és més sensible a les esquerdes per corrosió per estrès a l'entorn del mar profund.

Al mateix temps, Wang et al. també va estudiar el mecanisme de resistència a la corrosió de l'aliatge de titani TC4 en diferents condicions de càrrega d'estrès i va trobar que apareixien fosses a la superfície de la mostra carregades amb tensió elàstica, però el grau de picat era relativament lleuger i la capa de pel·lícula superficial mostrava un semiconductor de tipus n. propietats i tenia permeabilitat selectiva als cations. Quan les fosses superficials de la mostra sotmesa a tensió plàstica eren més profundes i amples, i el tipus de semiconductor de la capa de pel·lícula superficial es va transformar en tipus p, els anions com el Cl- i el CO32- es van adsorbir i destruir més fàcilment. la pel·lícula protectora i en contacte amb el substrat a través de la pel·lícula protectora, donant lloc a una disminució de la resistència a la corrosió de l'aliatge de titani TC4.

Actualment, les condicions de treball dels jaciments de petroli i gas no convencionals són dures. La temperatura alta reduirà la resistència a la fluència i el mòdul elàstic de tubs i carcassa, i l'alta pressió augmentarà la pressió de tubs i carcassa. Sota l'acció de H2S, CO2 i Cl- sols o junts, la corrosió de tubs i carcassa és cada cop més greu. Els tubs i la carcassa d'aliatge de titani poden resoldre eficaçment el problema de la fallada per corrosió del fons del forat, però la investigació actual sobre la resistència a la corrosió dels tubs i la carcassa d'aliatge de titani encara és incompleta i necessita més investigacions.

3. Tubs de pou de petroli d'aliatge de titani
Schutz et al. va comparar la resistència a la corrosió de les cordes de canonades d'aliatge UNS R55400 amb altres cordes de canonades d'aliatge de titani de camps petroliers. Les dades de les proves de corrosió de laboratori del desenvolupament de la canonada UNS R55400 van mostrar que l'aliatge de titani havia millorat la resistència a SSC i a la corrosió local de picats i esquerdes en entorns d'aigua rics en clorur altament àcids i no àcids relacionats amb la indústria dels jaciments petroliers.

La taula 2 mostra els límits de servei ambiental aproximats de diferents tipus d'aliatges de titani en diferents entorns de camps petroliers. Es pot veure que els aliatges de titani UNS R55400 i UNS R56404 tenen el millor rendiment en entorns d'aigua rics en clorur àcid i no àcid, i la resistència més alta és l'aliatge de titani beta UNS R58640.

Wei et al. va estudiar l'efecte de la temperatura de recuit sobre l'evolució de la microestructura i el comportament a la corrosió de l'aliatge de titani Ti-Mo en àcid clorhídric. Van trobar que quan la temperatura de recuit superava els 850 graus, les pel·lícules de passivació de MoO3 i TiO2 formades a la superfície de l'aliatge de titani van accelerar la dissolució, la velocitat de corrosió va augmentar i es van formar cèl·lules microgalvàniques de fase i fase. A més, la pel·lícula de passivació mostra propietats de semiconductors de tipus n que són independents de la temperatura de recuit.

A través dels resultats de la investigació anteriors, s'ha trobat que la temperatura de recuit, l'àcid elevat i l'entorn d'aigua ric en clorur no àcid afectaran la resistència a la corrosió dels aliatges de titani. Aquesta conclusió té una importància rectora per a l'optimització dels materials d'aliatge de titani en el futur.