苛刻腐蚀环境中钛合金油套管材料的适用性研究
发布时间：2021-02-20 12:47
随着油气田环境越发苛刻,迫切需要在苛刻腐蚀环境中具有高耐蚀性和抗应力腐蚀性能的耐蚀合金石油管材。钛合金作为一种应对苛刻腐蚀性油气井条件的新型井下管部件材料,目前引起了人们的广泛关注。本文在国内外钛合金相关应用研究调研基础上,并依据国内油田实际苛刻工况,通过室内腐蚀试验和电化学测试方法,研究Ti80钛合金在不同苛刻腐蚀环境中的抗腐蚀性能,确定其适用性。主要研究内容和结果如下:腐蚀失重试验结果表明:在含CO2地层水、含CO2残酸及油基泥浆环境中,Ti80钛合金的均匀腐蚀均为轻度腐蚀,且无点蚀发生,Ti80钛合金表面形成了一层保护性极好的TiO2氧化膜并且热力学稳定性极好。在高pH甲酸钾完井液环境中,Ti80钛合金的均匀腐蚀较为严重且有点蚀发生,其最高均匀腐蚀速率达0.2806mm/a。抗应力腐蚀试验结果表明:在含CO2地层水和油基泥浆环境中,Ti80钛合金表现出了优异的抗应力腐蚀开裂性能;在高pH甲酸钾完井液环境中,Ti80钛合金C环试样发现了点蚀坑及微观裂纹,表明其在高温、高pH甲酸钾完井液环境有应力...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线流程示意图
第二章试验材料及试验方法11第二章试验材料及试验方法2.1试验材料本试验选用Ti80钛合金成品管材，其金相组织见图2-1，可以看出，Ti80钛合金存在双相组织，图中浅色衬度是α相，深色衬度是β相。其化学成分如表2-1所示，其高温拉伸性能见表2-2。图2-1Ti80钛合金的金相显微组织表2-1Ti80钛合金的主要化学成分AlNbZrMoFeSiTi5.722.491.991.090.130.061余量表2-2Ti80钛合金的高温拉伸性能温度(℃)抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)断面收缩率(%)20078762411.024075059114.5使用洛氏硬度计对Ti80钛合金进行硬度测试。将准备好且满足洛氏硬度测试要求的钛合金试样划分为四个区域，每个区域由外到内测试三个点的硬度。硬度值见表2-3。可以看出，Ti80钛合金的硬度平均值＜32，满足国际标准化规定的硬度要求。表2-3Ti80钛合金硬度试验结果牌号硬度值ⅠⅡⅢⅣTi8029.830.129.93029.73030.129.830.129.829.830.1ISO15156-3（2011）≤32
垢?葱阅?试验方法，均加工成50×10×3mm的长方形试样。在高温高压均匀腐蚀测试前先消除试样表面打磨痕迹，将试样从320#SiC砂纸逐级打磨至1200#，确保试样表面粗糙度小于1.6μm。将打磨好后的试样放入丙酮溶液中，然后用超声波仪器清洗3-5min，用以去除试样表面的油污杂质，接着酒精脱水，冷风吹干，称重并测量试样的长宽高，质量精确至0.0001g，尺寸精确至0.01mm，为了确保试样干燥，将试样保存在干燥皿中待用。采用TFCZ-35/250型高温高压反应釜模拟地层水、油基泥浆、完井液和残酸腐蚀环境，试验装置示意图及对应实物图如图2-2所示，另外，高温高压试验涉及的其它设备主要有：用以称重计算均匀腐蚀速率的电子天平（FR2300MKII型，精度为0.0001g），用以观察点蚀形貌的金相显微镜（奥林巴斯BX51型），用以观察试样表面腐蚀形貌的JSM-5800型扫描电镜，用以研究及分析试验表面腐蚀产物组成元素的OXFORDISIS能谱仪，用以试验表面腐蚀产物定性分析的X’PertPro型X-射线衍射仪。（a）装置示意图（b）TFCZ-35/250磁力驱动反应釜图2-2模拟腐蚀试验装置图2.2.3试验步骤用特制的试样架安装处理好的钛合金试样，保证试样之间相互绝缘，目的是避免试样与其他金属物质接触发生电偶腐蚀，然后将装有试样的试样架小心放入模拟腐蚀工况的高温高压釜内，并且确保钛合金试样完全浸没在模拟腐蚀介质中，然后快速密封。接着用高纯氮气除氧3h，目的是使高温高压釜内形成无氧环境，在依照试验条件通入相应气体，最后升温升压达到试验条件要求。待试验按试验条件完成后，小心将特制试样架从高温高压釜内取出，避免试样受到磕碰，取下试样，用去离子水冲洗掉钛合金试样表面附着的腐蚀介质，无水酒精脱，冷风吹干待用。清洗钛合金试样表面腐蚀产物的溶液为4%的NaOH溶?
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的微动腐蚀特性[J]. 郑超,魏世丞,梁义,苏宏艺,王玉江,郭蕾. 稀有金属. 2018(10)
[2]苛刻工况条件下钛合金管材的腐蚀电化学特性研究[J]. 梁伟,谢俊峰,王雅倩,计玲,赵密锋,梁建军,吕祥鸿,赵国仙. 热加工工艺. 2018(06)
[3]钛合金管材在高含硫天然气开发中的应用现状[J]. 付亚荣,谷胜群,宋惠梅,李琳,李佶,刘祥军,杨文生. 石油机械. 2018(03)
[4]钛合金在油气勘探开发领域的应用前景[J]. 付毓伟,赵立平,赵亚兵,赵海英,崔建,陈明君. 石油钻采工艺. 2017(05)
[5]钛合金在不同溶液中的电化学腐蚀行为[J]. 何亚峰,卢文壮,干为民. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[6]钛合金油管在苛刻井下环境中的抗腐蚀性能研究[J]. 吕祥鸿,高文平,谢俊峰,李岩,王华,薛艳,李丹平. 热加工工艺. 2017(06)
[7]热穿轧工艺制备大口径TC4钛合金无缝管[J]. 余伟,董恩涛,蔡庆伍. 钛工业进展. 2016(04)
[8]超深高含硫气藏完井管材优化与实践[J]. 史雪枝,周小虎,乔智国. 石油机械. 2016(08)
[9]库尔勒土壤模拟溶液的pH对X80管线钢电化学腐蚀行为的影响[J]. 谢飞,杨晓峰,王丹,王永彪,齐季,丰华岐. 机械工程材料. 2015(04)
[10]钛合金油井管的耐腐蚀性能及应用研究进展[J]. 刘强,宋生印,李德君,白强. 石油矿场机械. 2014(12)
本文编号：3042793
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线流程示意图
第二章试验材料及试验方法11第二章试验材料及试验方法2.1试验材料本试验选用Ti80钛合金成品管材，其金相组织见图2-1，可以看出，Ti80钛合金存在双相组织，图中浅色衬度是α相，深色衬度是β相。其化学成分如表2-1所示，其高温拉伸性能见表2-2。图2-1Ti80钛合金的金相显微组织表2-1Ti80钛合金的主要化学成分AlNbZrMoFeSiTi5.722.491.991.090.130.061余量表2-2Ti80钛合金的高温拉伸性能温度(℃)抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)断面收缩率(%)20078762411.024075059114.5使用洛氏硬度计对Ti80钛合金进行硬度测试。将准备好且满足洛氏硬度测试要求的钛合金试样划分为四个区域，每个区域由外到内测试三个点的硬度。硬度值见表2-3。可以看出，Ti80钛合金的硬度平均值＜32，满足国际标准化规定的硬度要求。表2-3Ti80钛合金硬度试验结果牌号硬度值ⅠⅡⅢⅣTi8029.830.129.93029.73030.129.830.129.829.830.1ISO15156-3（2011）≤32
垢?葱阅?试验方法，均加工成50×10×3mm的长方形试样。在高温高压均匀腐蚀测试前先消除试样表面打磨痕迹，将试样从320#SiC砂纸逐级打磨至1200#，确保试样表面粗糙度小于1.6μm。将打磨好后的试样放入丙酮溶液中，然后用超声波仪器清洗3-5min，用以去除试样表面的油污杂质，接着酒精脱水，冷风吹干，称重并测量试样的长宽高，质量精确至0.0001g，尺寸精确至0.01mm，为了确保试样干燥，将试样保存在干燥皿中待用。采用TFCZ-35/250型高温高压反应釜模拟地层水、油基泥浆、完井液和残酸腐蚀环境，试验装置示意图及对应实物图如图2-2所示，另外，高温高压试验涉及的其它设备主要有：用以称重计算均匀腐蚀速率的电子天平（FR2300MKII型，精度为0.0001g），用以观察点蚀形貌的金相显微镜（奥林巴斯BX51型），用以观察试样表面腐蚀形貌的JSM-5800型扫描电镜，用以研究及分析试验表面腐蚀产物组成元素的OXFORDISIS能谱仪，用以试验表面腐蚀产物定性分析的X’PertPro型X-射线衍射仪。（a）装置示意图（b）TFCZ-35/250磁力驱动反应釜图2-2模拟腐蚀试验装置图2.2.3试验步骤用特制的试样架安装处理好的钛合金试样，保证试样之间相互绝缘，目的是避免试样与其他金属物质接触发生电偶腐蚀，然后将装有试样的试样架小心放入模拟腐蚀工况的高温高压釜内，并且确保钛合金试样完全浸没在模拟腐蚀介质中，然后快速密封。接着用高纯氮气除氧3h，目的是使高温高压釜内形成无氧环境，在依照试验条件通入相应气体，最后升温升压达到试验条件要求。待试验按试验条件完成后，小心将特制试样架从高温高压釜内取出，避免试样受到磕碰，取下试样，用去离子水冲洗掉钛合金试样表面附着的腐蚀介质，无水酒精脱，冷风吹干待用。清洗钛合金试样表面腐蚀产物的溶液为4%的NaOH溶?
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的微动腐蚀特性[J]. 郑超,魏世丞,梁义,苏宏艺,王玉江,郭蕾. 稀有金属. 2018(10)
[2]苛刻工况条件下钛合金管材的腐蚀电化学特性研究[J]. 梁伟,谢俊峰,王雅倩,计玲,赵密锋,梁建军,吕祥鸿,赵国仙. 热加工工艺. 2018(06)
[3]钛合金管材在高含硫天然气开发中的应用现状[J]. 付亚荣,谷胜群,宋惠梅,李琳,李佶,刘祥军,杨文生. 石油机械. 2018(03)
[4]钛合金在油气勘探开发领域的应用前景[J]. 付毓伟,赵立平,赵亚兵,赵海英,崔建,陈明君. 石油钻采工艺. 2017(05)
[5]钛合金在不同溶液中的电化学腐蚀行为[J]. 何亚峰,卢文壮,干为民. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[6]钛合金油管在苛刻井下环境中的抗腐蚀性能研究[J]. 吕祥鸿,高文平,谢俊峰,李岩,王华,薛艳,李丹平. 热加工工艺. 2017(06)
[7]热穿轧工艺制备大口径TC4钛合金无缝管[J]. 余伟,董恩涛,蔡庆伍. 钛工业进展. 2016(04)
[8]超深高含硫气藏完井管材优化与实践[J]. 史雪枝,周小虎,乔智国. 石油机械. 2016(08)
[9]库尔勒土壤模拟溶液的pH对X80管线钢电化学腐蚀行为的影响[J]. 谢飞,杨晓峰,王丹,王永彪,齐季,丰华岐. 机械工程材料. 2015(04)
[10]钛合金油井管的耐腐蚀性能及应用研究进展[J]. 刘强,宋生印,李德君,白强. 石油矿场机械. 2014(12)
本文编号：3042793
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