Studija o otpornosti na koroziju cijevi za naftnu bušotinu od legure titanijuma
Suština otpornosti na koroziju legure titanijuma je da je titan termodinamički nestabilan element sa standardnim elektrodnim potencijalom od samo -1.63 V (standardna vodonična elektroda HSE). Stoga, titan i legure titana vrlo lako formiraju neprekidan, gust i vrlo tanak površinski oksidni film u zraku ili čak u vodi, koji se sastoji od unutrašnjeg sloja Ti2O3 i vanjskog sloja TiO2, koji se nastavlja zgušnjavati kako se redoks reakcija se nastavlja. Oksidni film koji prekriva površinu legure titanijuma ometa prenos reakcionog naboja i smanjuje ili inhibira otapanje legure titana u korozivnom mediju, što dovodi do pasivizacije.
Međutim, legura titana ima veći pozitivni potencijal od drugih legura. Kada je spojena s različitim legurama, legura titana je zaštićena kao katoda, što ubrzava koroziju spojenog metala i može dovesti do oštećenja strukture. Stoga su i domaći i strani naučnici sproveli određena istraživanja o korozijskoj otpornosti titanijumske legure u bušaćim cijevima i uljnom omotaču.
1. Cijev za bušenje od legure titanijuma
Peng et al. procijenio performanse zamora bušaćih cijevi od legure titana. Rezultati su pokazali da će se na zraku, s povećanjem kvalitete čelika, produžiti vijek trajanja bušaće cijevi, dok su u isplaci zamorne performanse bušaće cijevi od legure titana najbolje. Slika 3a prikazuje krivulje zamora različitih uzoraka bušaće cijevi pri sobnoj temperaturi H2S isplake. Prisustvo isplake H2S uvelike će smanjiti vijek trajanja svakog uzorka bušaće cijevi, što ukazuje na to da bušaća cijev ima visoku osjetljivost na isplaku H2S. U okruženju isplake H2S, vijek trajanja bušaće cijevi od legure titanijuma je znatno veći nego kod čeličnih cijevi za bušenje kao što su G105, S135 i V150. Slika 3b prikazuje SN krive različitih bušaćih cijevi u isplaci H2S na 100 stepeni. U poređenju sa vazduhom na sobnoj temperaturi, vek trajanja zamora uzoraka G105, S135, V150 i Ti je značajno smanjen. Faktor spajanja isplake H2S i temperature ima veći utjecaj na vijek trajanja bušaće cijevi nego jedan faktor. Pod ovim uvjetom spajanja, vijek trajanja titanijumske bušaće cijevi i dalje ima veću prednost u odnosu na druge cijevi za bušenje.
Slika 3. Krive zamora uzoraka bušaće cijevi G105, S135, V150 i Ti u različitim radnim uvjetima
Chen et al. koristio je novu tehnologiju mikro-lučne oksidacije za površinsku obradu za dodavanje različitih koncentracija natrijevog volframata u oksidacijsku otopinu kako bi izvršio mikrolučnu oksidaciju na površini cijevi za bušenje TC4 titanijske legure. Studije su pokazale da dopiranje volframa može efikasno poboljšati tvrdoću i otpornost na koroziju TC4 cijevi za bušenje od legure titana. A kada je koncentracija natrijevog volframata 3 g/L, sveobuhvatni učinak sloja mikro-lučne oksidacije na cijevi za bušenje od legure titana je najbolji.
Ukratko, vijek trajanja bušaće cijevi od legure titanijuma u uvjetima visoke temperature i visokog sumpora je bolji nego kod čeličnih cijevi za bušenje, 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 bušaće cijevi od legure titana površinskom obradom, što također daje smjer za buduća istraživanja.
2. Uljno kućište od legure titanijuma
Wang et al. proučavao materijal legure titana TC4 koji se može koristiti kao uljno kućište. Otkrili su da u kiseloj korozijskoj sredini postoji lokalna elektrohemijska korozija na površini TC4 legure, uglavnom korozija u obliku točaka. U fluidu za završetak koji sadrži CO2, stepen korozije TC4 legure je ozbiljniji, ali je otpornost na koroziju bolja u formacijskoj vodi koja sadrži CO2. U gornja dva korozivna medija koja sadrže CO2-, legura TC4 ima odličnu otpornost na korozijsko pucanje pod stresom. U poređenju sa kopnenim okruženjem, TC4 legura je osetljivija na korozijsko pucanje pod naponom u dubokom moru.
U isto vrijeme, Wang et al. također je proučavao mehanizam otpornosti na koroziju legure titana TC4 pod različitim uvjetima opterećenja pod naprezanjem i otkrio da se na površini uzorka opterećenog elastičnim naprezanjem pojavljuju rupice, ali je stupanj pittinga bio relativno lagan, a površinski sloj filma pokazao je poluvodič n-tipa svojstva i imao je katjonsku selektivnu permeabilnost. Kada su površinske jame uzorka izložene plastičnom naprezanju bile dublje i šire, a poluvodički tip površinskog sloja filma transformiran u p-tip, anjoni poput Cl- i CO32- su se lakše adsorbirali i uništili zaštitnom folijom i kontaktiraju sa podlogom kroz zaštitni film, što rezultira smanjenjem otpornosti na koroziju legure titana TC4.
Trenutno su uslovi rada na nekonvencionalnim naftnim i gasnim poljima teški. Visoka temperatura će smanjiti granicu tečenja i modul elastičnosti cijevi i omotača, a visoki tlak će povećati pritisak cijevi i omotača. Pod djelovanjem H2S, CO2 i Cl- samih ili zajedno, korozija cijevi i kućišta postaje sve ozbiljnija. Cevi i kućište od legure titanijuma mogu efikasno da reše problem korozije u bušotini, ali trenutna istraživanja o otpornosti cevi i kućišta od legure titanijuma na koroziju su još uvek nepotpuna i potrebna su dalja istraživanja.
3. Cijevi za naftne bušotine od legure titanijuma
Schutz et al. uporedio je otpornost na koroziju UNS R55400 cijevnih nizova od legure s drugim cijevnim nizovima od legure titana na naftnom polju. Laboratorijski podaci ispitivanja korozije razvoja cevovoda UNS R55400 pokazali su da je legura titana imala poboljšanu otpornost na SSC i lokalnu koroziju udubljenja i pukotina u visoko kiselim i ne-kiselim hloridima bogatim vodenim sredinama vezanim za industriju naftnih polja.
Tabela 2 prikazuje približne granice zaštite okoliša za različite tipove titanovih legura u različitim okruženjima naftnih polja. Može se vidjeti da legure titana UNS R55400 i UNS R56404 imaju najbolje performanse u vodenim sredinama bogatim kiselim i nekiselim hloridima, a najveću čvrstoću ima UNS R58640 beta legura titanijuma.
Wei et al. proučavao je utjecaj temperature žarenja na evoluciju mikrostrukture i korozivno ponašanje Ti-Mo legure titana u klorovodičnoj kiselini. Otkrili su da kada temperatura žarenja pređe 850 stepeni, MoO3 i TiO2 pasivacijski filmovi formirani na površini titanijumske legure ubrzavaju otapanje, povećavaju brzinu korozije i formiraju -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 temperatura žarenja, visoka kiselina i vodena sredina bogata ne-kiselim hloridima utiču na otpornost legura titanijuma na koroziju. Ovaj zaključak ima vodeći značaj za optimizaciju materijala od legura titanijuma u budućnosti.
