Studija o otpornosti na koroziju cijevi za naftne bušotine od legure titana
Bit otpornosti titanijske legure na koroziju je da je titan termodinamički nestabilan element sa standardnim potencijalom elektrode od samo -1.63 V (standardna vodikova elektroda HSE). Stoga je od titana i titanovih legura vrlo lako oblikovati kontinuirani, gust i vrlo tanak površinski oksidni film u zraku ili čak u vodi, koji se sastoji od unutarnjeg sloja Ti2O3 i vanjskog sloja TiO2, i nastavlja se zgušnjavati kako odvija se redoks reakcija. Oksidni film koji prekriva površinu legure titana sprječava reakcijski prijenos naboja i smanjuje ili inhibira otapanje legure titana u korozivnom mediju, što dovodi do pasivizacije.
Međutim, legura titana ima veći pozitivni potencijal od ostalih legura. Kada se spoji s različitim legurama, legura titana je zaštićena kao katoda, što ubrzava koroziju spojenog metala i može dovesti do strukturnih oštećenja. Stoga su domaći i inozemni znanstvenici također proveli određena istraživanja otpornosti titanijske legure na koroziju u bušaćim cijevima i uljnim kućištima.
1. Bušaća cijev od legure titana
Peng i sur. procijenio učinak zamora bušaćih cijevi od legure titana. Rezultati su pokazali da će se na zraku, s povećanjem kvalitete čelika, produljiti vijek trajanja bušaće cijevi, dok je u bušaćoj isplaci učinak bušaće cijevi od legure titana najbolji. Slika 3a prikazuje krivulje zamora različitih uzoraka bušaćih cijevi pod H2S isplakom sobne temperature. Prisutnost H2S isplake uvelike će smanjiti vijek trajanja svakog uzorka bušaće cijevi, što ukazuje da je bušaća cijev vrlo osjetljiva na H2S isplaku. U okruženju isplake s H2S, vijek trajanja bušaćih cijevi od legure titana znatno je veći nego kod čeličnih bušaćih cijevi kao što su G105, S135 i V150. Slika 3b prikazuje SN krivulje različitih bušaćih cijevi u H2S isplaci pri 100 stupnjeva. U usporedbi sa zrakom sobne temperature, vijek trajanja uzoraka G105, S135, V150 i Ti značajno je smanjen. Faktor spajanja H2S isplake i temperature ima veći utjecaj na vijek trajanja bušaće cijevi od zamora nego jedan faktor. Pod ovim uvjetima spajanja, vijek trajanja bušaće cijevi od zamora još uvijek ima veću prednost u odnosu na ostale bušaće cijevi.
Slika 3 Krivulje zamora uzoraka G105, S135, V150 i Ti bušaćih cijevi pod različitim radnim uvjetima
Chen i sur. koristio je novu mikrolučnu oksidacijsku tehnologiju površinske obrade za dodavanje različitih koncentracija natrijevog volframata u oksidacijsku otopinu za izvođenje mikrolučne oksidacije na površini bušaće cijevi TC4 od titanijske legure. Istraživanja su pokazala da dopiranje volframom može učinkovito poboljšati tvrdoću i otpornost na koroziju bušaće cijevi TC4 od legure titana. A kada je koncentracija natrijevog volframata 3 g/L, sveobuhvatna izvedba mikrolučnog oksidacijskog sloja na bušaćoj cijevi od titanijske legure je najbolja.
Ukratko, vijek trajanja bušaće cijevi od legure titana u uvjetima visoke temperature i visokog sadržaja sumpora bolji je nego kod čelične bušaće cijevi, a površinska obrada TC4 legure titana može učinkovito poboljšati tvrdoću i otpornost na koroziju bušaće cijevi. Međutim, još uvijek postoji nekoliko studija o poboljšanju otpornosti na koroziju bušaćih cijevi od legure titana površinskom obradom, što također daje smjer za buduća istraživanja.
2. Uljno kućište od legure titana
Wang i sur. proučavao materijal od legure titana TC4 koji se može koristiti kao uljno kućište. Otkrili su da u kiseloj okolini korozije postoji lokalna elektrokemijska korozija na površini legure TC4, uglavnom rupičasta korozija. U tekućini za dovršavanje koja sadrži CO2, stupanj korozije TC4 legure je ozbiljniji, ali je otpornost na koroziju bolja u formacijskoj vodi koja sadrži CO2. U gornja dva korozivna medija koji sadrže CO2-, legura TC4 ima izvrsnu otpornost na pucanje od korozije pod naponom. U usporedbi s kopnenim okruženjem, legura TC4 je osjetljivija na pucanje od korozije u dubokom moru.
U isto vrijeme, Wang et al. također je proučavao mehanizam otpornosti na koroziju legure titana TC4 pod različitim uvjetima opterećenja naprezanjem i otkrio da su se udubljenja pojavila na površini uzorka opterećenog elastičnim naprezanjem, ali je stupanj udubljenja bio relativno lagan, a sloj površinskog filma pokazao je n-tip poluvodiča svojstva i imao je kationsku selektivnu propusnost. Kada su površinske jamice uzorka podvrgnutog plastičnom naprezanju bile dublje i šire, a poluvodički tip površinskog sloja filma transformiran u p-tip, anioni poput Cl- i CO32- lakše su se adsorbirali i uništavali zaštitnu foliju i u kontaktu s podlogom kroz zaštitnu foliju, što rezultira smanjenjem otpornosti na koroziju legure titana TC4.
Trenutno su radni uvjeti na nekonvencionalnim naftnim i plinskim poljima teški. Visoka temperatura će smanjiti granicu tečenja i modul elastičnosti cijevi i kućišta, a visoki tlak će povećati tlak cijevi i kućišta. Pod djelovanjem H2S, CO2 i Cl- pojedinačno ili zajedno, korozija cijevi i kućišta postaje sve ozbiljnija. Cijevi i kućište od legure titana mogu učinkovito riješiti problem kvara od korozije u bušotini, ali trenutačno istraživanje otpornosti na koroziju cijevi i kućišta od legure titana još uvijek je nepotpuno i potrebna su daljnja istraživanja.
3. Cijevi za naftne bušotine od legure titana
Schutz i sur. usporedio otpornost na koroziju nizova cijevi od legure UNS R55400 s drugim nizovima cijevi od legure titana u naftnim poljima. Podaci o laboratorijskom ispitivanju korozije razvoja cjevovoda UNS R55400 pokazali su da legura titana ima poboljšanu otpornost na SSC i lokalnu rupičastu i pukotinsku koroziju u visoko kiselim i ne-kiselim vodenim sredinama bogatim kloridima povezanim s industrijom naftnih polja.
Tablica 2 prikazuje približna ograničenja zaštite okoliša različitih vrsta legura titana u različitim okruženjima naftnih polja. Može se vidjeti da legure titana UNS R55400 i UNS R56404 imaju najbolje performanse u kiselim i ne-kiselim vodenim sredinama bogatim kloridima, a najveću čvrstoću ima legura beta titana UNS R58640.
Wei i sur. proučavali su učinak temperature žarenja na evoluciju mikrostrukture i korozijsko ponašanje Ti-Mo titanijeve legure u klorovodičnoj kiselini. Utvrdili su da kada temperatura žarenja pređe 850 stupnjeva, MoO3 i TiO2 pasivacijski filmovi formirani na površini legure titana ubrzavaju otapanje, povećava se stopa korozije i formiraju se -fazne i -fazne mikrogalvanske ćelije. Osim toga, pasivacijski film pokazuje svojstva poluvodiča n-tipa koja su neovisna o temperaturi žarenja.
Kroz gore navedene rezultate istraživanja utvrđeno je da će temperatura žarenja, visoka kiselina i vodeno okruženje bogato ne-kiselim kloridima utjecati na otpornost titanovih legura na koroziju. Ovaj zaključak ima vodeći značaj za optimizaciju materijala od legura titana u budućnosti.
