Štúdia o odolnosti proti korózii potrubia ropného vrtu z titánovej zliatiny
Podstatou odolnosti titánovej zliatiny proti korózii je, že titán je termodynamicky nestabilný prvok so štandardným elektródovým potenciálom iba -1,63 V (štandardná vodíková elektróda HSE). Z titánu a zliatin titánu je preto veľmi ľahké vytvoriť súvislý, hustý a veľmi tenký povrchový oxidový film na vzduchu alebo dokonca vo vode, ktorý sa skladá z vnútornej vrstvy Ti2O3 a vonkajšej vrstvy TiO2 a stále hrubne. prebieha redoxná reakcia. Oxidový film pokrývajúci povrch titánovej zliatiny bráni prenosu reakčného náboja a znižuje alebo inhibuje rozpúšťanie titánovej zliatiny v korozívnom médiu, čo vedie k pasivácii.
Zliatina titánu má však vyšší pozitívny potenciál ako iné zliatiny. Pri spojení s rôznymi zliatinami je zliatina titánu chránená ako katóda, ktorá urýchľuje koróziu spájaného kovu a môže viesť k poškodeniu konštrukcie. Preto domáci a zahraniční vedci tiež vykonali určitý výskum odolnosti titánovej zliatiny voči korózii vo vrtných rúrach a olejovom plášti.
1. Vrtná rúrka z titánovej zliatiny
Peng a kol. hodnotili únavový výkon vrtných rúr z titánovej zliatiny. Výsledky ukázali, že na vzduchu sa so zvyšujúcou sa kvalitou ocele predĺži únavová životnosť vrtnej rúry, zatiaľ čo pri vrtnom bahne je únavový výkon vrtnej rúry z titánovej zliatiny najlepší. Obrázok 3a ukazuje krivky únavy rôznych vzoriek vrtných rúr pri izbovej teplote H2S bahna. Prítomnosť bahna H2S výrazne zníži únavovú životnosť každej vzorky vrtnej rúrky, čo naznačuje, že vrtná rúrka má vysokú citlivosť na bahno H2S. V prostredí bahna H2S je únavová životnosť vrtných rúr z titánovej zliatiny výrazne vyššia ako u oceľových vrtných rúr, ako sú G105, S135 a V150. Obrázok 3b znázorňuje krivky SN rôznych vrtných rúr v bahne H2S pri 100 stupňoch. V porovnaní so vzduchom pri izbovej teplote je únavová životnosť vzoriek G105, S135, V150 a Ti výrazne znížená. Faktor väzby bahna H2S a teploty má väčší vplyv na únavovú životnosť vrtnej rúry ako jeden faktor. Za týchto podmienok spojenia má únavová životnosť titánových vrtných rúr stále väčšiu výhodu ako iné vrtné rúry.
Obr.3 Únavové krivky vzoriek vrtných rúr G105, S135, V150 a Ti pri rôznych pracovných podmienkach
Chen a kol. použila novú technológiu mikrooblúkovej oxidácie na úpravu povrchu na pridanie rôznych koncentrácií wolframanu sodného do oxidačného roztoku na vykonanie mikrooblúkovej oxidácie na povrchu vrtnej rúrky z titánovej zliatiny TC4. Štúdie ukázali, že doping volfrámu môže účinne zlepšiť tvrdosť a odolnosť proti korózii vrtnej rúrky z titánovej zliatiny TC4. A keď je koncentrácia volfrámu sodného 3 g/l, komplexný výkon mikrooblúkovej oxidačnej vrstvy na vrtnej rúrke z titánovej zliatiny je najlepší.
Stručne povedané, životnosť koróznej únavy vrtnej rúrky z titánovej zliatiny v prostredí s vysokou teplotou a vysokým obsahom síry je lepšia ako životnosť oceľovej vrtnej rúrky a povrchová úprava titánovej zliatiny TC4 môže účinne zlepšiť tvrdosť a odolnosť vrtnej rúrky proti korózii. Stále však existuje málo štúdií o zlepšení odolnosti vrtných rúr z titánovej zliatiny proti korózii povrchovou úpravou, čo tiež poskytuje smer pre budúci výskum.
2. Olejové puzdro z titánovej zliatiny
Wang a kol. študoval materiál z titánovej zliatiny TC4, ktorý možno použiť ako olejové puzdro. Zistili, že v kyslom koróznom prostredí dochádza na povrchu zliatiny TC4 k lokálnej elektrochemickej korózii, najmä bodovej korózii. V kompletizačnej kvapaline obsahujúcej CO2 je stupeň korózie zliatiny TC4 vážnejší, ale odolnosť proti korózii je lepšia vo formačnej vode s obsahom CO2. Vo vyššie uvedených dvoch korozívnych médiách obsahujúcich CO{5}} má zliatina TC4 vynikajúcu odolnosť proti koróznemu praskaniu pod napätím. V porovnaní s pozemským prostredím je zliatina TC4 citlivejšia na korózne praskanie pod napätím v hlbokomorskom prostredí.
V rovnakom čase Wang a spol. tiež študoval mechanizmus odolnosti titánovej zliatiny TC4 proti korózii pri rôznych podmienkach namáhania a zistil, že na povrchu vzorky zaťaženej elastickým napätím sa objavili jamky, ale stupeň bodkovania bol relatívne ľahký a povrchová vrstva filmu vykazovala polovodič typu n vlastnosti a mal katiónovo selektívnu permeabilitu. Keď boli povrchové jamky vzorky vystavenej plastickému namáhaniu hlbšie a širšie a polovodičový typ povrchovej filmovej vrstvy sa transformoval na typ p, anióny ako Cl- a CO32- sa ľahšie adsorbovali a ničili ochranný film a kontaktované so substrátom cez ochranný film, čo vedie k zníženiu odolnosti titánovej zliatiny TC4 voči korózii.
V súčasnosti sú pracovné podmienky na nekonvenčných ropných a plynových poliach drsné. Vysoká teplota zníži medzu klzu a modul pružnosti potrubia a puzdra a vysoký tlak zvýši tlak potrubia a puzdra. Pôsobením H2S, CO2 a Cl- samotných alebo spoločne sa korózia rúrok a plášťov stáva čoraz závažnejšou. Rúry a plášť z titánovej zliatiny môžu účinne vyriešiť problém zlyhania korózie v hĺbke, ale súčasný výskum odolnosti rúr a plášťa z titánovej zliatiny proti korózii je stále neúplný a potrebuje ďalší výskum.
3. Rúrky ropných vrtov zo zliatiny titánu
Schutz a kol. porovnal odolnosť proti korózii rúrových reťazcov zo zliatiny UNS R55400 s inými rúrovými reťazami z titánovej zliatiny v ropnom poli. Údaje z laboratórnych testov korózie pri vývoji potrubia UNS R55400 ukázali, že zliatina titánu má zlepšenú odolnosť voči SSC a lokálnej jamkovej a štrbinovej korózii vo vysoko kyslom a nekyslom vodnom prostredí bohatom na chloridy súvisiace s priemyslom ropných polí.
Tabuľka 2 ukazuje približné environmentálne prevádzkové limity rôznych typov titánových zliatin v rôznych prostrediach ropných polí. Je vidieť, že titánové zliatiny UNS R55400 a UNS R56404 majú najlepší výkon v kyslom a nekyslom vodnom prostredí bohatom na chloridy a najvyššiu pevnosť má titánová zliatina UNS R58640 beta.
Wei a kol. študovali vplyv teploty žíhania na vývoj mikroštruktúry a korózne správanie titánovej zliatiny Ti-Mo v kyseline chlorovodíkovej. Zistili, že keď teplota žíhania prekročila 850 stupňov, pasivačné filmy MoO3 a TiO2 vytvorené na povrchu titánovej zliatiny urýchlili rozpúšťanie, zvýšila sa rýchlosť korózie a vytvorili sa -fázové a -fázové mikrogalvanické články. Okrem toho pasivačný film vykazuje vlastnosti polovodičov typu n, ktoré sú nezávislé od teploty žíhania.
Prostredníctvom vyššie uvedených výsledkov výskumu sa zistilo, že teplota žíhania, vysoká kyslosť a vodné prostredie bez obsahu chloridov bohaté na chloridy ovplyvní odolnosť titánových zliatin proti korózii. Tento záver má smerodajný význam pre optimalizáciu materiálov zliatiny titánu v budúcnosti.
