TC4钛合金在有机盐完井液中的腐蚀性能
发布时间：2022-02-10 14:03
针对钛合金在苛刻油田环境中的适用性,通过模拟腐蚀失重实验以及电化学测试分析,研究了TC4钛合金在高温高压完井液中的抗腐蚀及电化学腐蚀行为。结果表明,在总压为10 MPa,密度为1.4 g/cm3的甲酸钾完井液环境中经过360 h腐蚀,TC4钛合金有较高的腐蚀速率,其抗腐蚀性能较差,在210℃时,腐蚀速率达0.1361 mm/a。TC4钛合金阳极极化曲线均有钝化区,随温度升高,自腐蚀电流密度增大,腐蚀倾向性增大。电化学阻抗谱有明显的容弧特征,电荷转移电阻随温度升高减小很快,钝化膜的保护性减弱,表明TC4钛合金在高温高压甲酸钾完井液中的抗腐蚀性逐渐降低。
【文章来源】：钻井液与完井液. 2020,37(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
试样表面腐蚀清洗后的微观形貌
图2为TC4钛合金在120、150和180℃甲酸钾完井液环境中的极化曲线测试结果。由图2可以看出，不同温度下所测极化曲线类似，阳极极化曲线均呈现了钝化特征，这表明TC4钛合金在测试溶液中表面形成了钝化膜，腐蚀反应为阳极反应过程控制。TC4钛合金在150℃环境下的钝化区有略微不规整，其原因可能是钝化膜不够稳定，处于不停修复和溶解的过程[12]。比较极化曲线可知，温度的升高明显增加了腐蚀的倾向。根据极化曲线，用塔菲尔外推法计算得出不同温度下的自腐蚀电位（Ecorr）和自腐蚀电流密度（Icorr）如表4所示。可以看出随温度升高，自腐蚀电位逐渐负移，腐蚀热力学稳定性降低，发生电化学腐蚀的可能性增大；自腐蚀电流密度逐渐增大，增大较明显，在180℃时，TC4腐蚀电流密度达2.861×10-4 A·cm-2。腐蚀电流密度与腐蚀速率满足Farady第二定律[13]，故随着温度的升高说明腐蚀倾向性增大，耐蚀性减弱，这与均匀腐蚀测试结果一致。图3为TC4钛合金在不同温度甲酸钾完井液环境中浸泡后的电化学阻抗谱。
图3为TC4钛合金在不同温度甲酸钾完井液环境中浸泡后的电化学阻抗谱。由图3可以看出，TC4钛合金在不同温度甲酸钾完井液环境中的阻抗谱有相似的图谱特征，均由容抗弧组成。容抗弧半径的大小反映了电化学反应过程中的阻力，随着温度升高，容抗弧半径减小幅度很大，表明TC4在甲酸钾完井液中的电化学阻力随温度的升高而降低。图4和表5分别为不同温度下TC4钛合金的等效电路图和电化学阻抗谱等效电路拟合参数值，因为在120和150℃下有2个容抗弧，故等效电路图如图4(a),180℃为单一容抗弧，故等效电路图如图4(b）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高pH值完井液中超级13Cr油管的腐蚀失效及SCC机制[J]. 吕祥鸿,张晔,谢俊锋,薛艳,王晨. 中国石油大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]油气开发用钛合金油井管选材及工况适用性研究进展[J]. 刘强,惠松骁,宋生印,叶文君,于洋. 材料导报. 2019(05)
[3]高强15Cr马氏体不锈钢在有机盐完井液中的腐蚀行为[J]. 杨向同,吕祥鸿,谢俊峰,李丹平,耿海龙,马磊,薛艳. 腐蚀与防护. 2018(12)
[4]CO2渗入对C110管柱在甲酸盐完井液中腐蚀行为的影响[J]. 李渭亮,张慧娟,杜春朝,陈东波,张雷,路民旭. 材料保护. 2018(10)
[5]含CO2甲酸盐完井液中超级13Cr不锈钢的局部腐蚀性能[J]. 张智,郑钰山,李晶,刘婉莹,刘明球,高文祥,施太和. 材料保护. 2018(08)
[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]甲酸盐对套管/油管腐蚀速率评价方法与影响因素[J]. 杨向同,肖伟伟,刘洪涛,徐同台,谢俊峰,张瑞芳. 钻井液与完井液. 2016(06)
[8]海洋石油装备材料的应用现状及发展建议(下)[J]. 杜伟,李鹤林. 石油管材与仪器. 2015(06)
[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]镍基合金和铬在高温下的腐蚀电化学特征[J]. 谢丽华,陈长风,李鹤林,井奉军,李晟伊. 西安石油大学学报(自然科学版). 2012(02)
本文编号：3619009
【文章来源】：钻井液与完井液. 2020,37(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
试样表面腐蚀清洗后的微观形貌
图2为TC4钛合金在120、150和180℃甲酸钾完井液环境中的极化曲线测试结果。由图2可以看出，不同温度下所测极化曲线类似，阳极极化曲线均呈现了钝化特征，这表明TC4钛合金在测试溶液中表面形成了钝化膜，腐蚀反应为阳极反应过程控制。TC4钛合金在150℃环境下的钝化区有略微不规整，其原因可能是钝化膜不够稳定，处于不停修复和溶解的过程[12]。比较极化曲线可知，温度的升高明显增加了腐蚀的倾向。根据极化曲线，用塔菲尔外推法计算得出不同温度下的自腐蚀电位（Ecorr）和自腐蚀电流密度（Icorr）如表4所示。可以看出随温度升高，自腐蚀电位逐渐负移，腐蚀热力学稳定性降低，发生电化学腐蚀的可能性增大；自腐蚀电流密度逐渐增大，增大较明显，在180℃时，TC4腐蚀电流密度达2.861×10-4 A·cm-2。腐蚀电流密度与腐蚀速率满足Farady第二定律[13]，故随着温度的升高说明腐蚀倾向性增大，耐蚀性减弱，这与均匀腐蚀测试结果一致。图3为TC4钛合金在不同温度甲酸钾完井液环境中浸泡后的电化学阻抗谱。
图3为TC4钛合金在不同温度甲酸钾完井液环境中浸泡后的电化学阻抗谱。由图3可以看出，TC4钛合金在不同温度甲酸钾完井液环境中的阻抗谱有相似的图谱特征，均由容抗弧组成。容抗弧半径的大小反映了电化学反应过程中的阻力，随着温度升高，容抗弧半径减小幅度很大，表明TC4在甲酸钾完井液中的电化学阻力随温度的升高而降低。图4和表5分别为不同温度下TC4钛合金的等效电路图和电化学阻抗谱等效电路拟合参数值，因为在120和150℃下有2个容抗弧，故等效电路图如图4(a),180℃为单一容抗弧，故等效电路图如图4(b）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高pH值完井液中超级13Cr油管的腐蚀失效及SCC机制[J]. 吕祥鸿,张晔,谢俊锋,薛艳,王晨. 中国石油大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]油气开发用钛合金油井管选材及工况适用性研究进展[J]. 刘强,惠松骁,宋生印,叶文君,于洋. 材料导报. 2019(05)
[3]高强15Cr马氏体不锈钢在有机盐完井液中的腐蚀行为[J]. 杨向同,吕祥鸿,谢俊峰,李丹平,耿海龙,马磊,薛艳. 腐蚀与防护. 2018(12)
[4]CO2渗入对C110管柱在甲酸盐完井液中腐蚀行为的影响[J]. 李渭亮,张慧娟,杜春朝,陈东波,张雷,路民旭. 材料保护. 2018(10)
[5]含CO2甲酸盐完井液中超级13Cr不锈钢的局部腐蚀性能[J]. 张智,郑钰山,李晶,刘婉莹,刘明球,高文祥,施太和. 材料保护. 2018(08)
[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]甲酸盐对套管/油管腐蚀速率评价方法与影响因素[J]. 杨向同,肖伟伟,刘洪涛,徐同台,谢俊峰,张瑞芳. 钻井液与完井液. 2016(06)
[8]海洋石油装备材料的应用现状及发展建议(下)[J]. 杜伟,李鹤林. 石油管材与仪器. 2015(06)
[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]镍基合金和铬在高温下的腐蚀电化学特征[J]. 谢丽华,陈长风,李鹤林,井奉军,李晟伊. 西安石油大学学报(自然科学版). 2012(02)
本文编号：3619009
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