铝合金钻杆材料腐蚀机理及表面防护研究

发布时间：2018-03-30 06:19

  本文选题：铝合金钻杆　切入点：地质钻探　出处：《中国地质大学(北京)》2017年硕士论文

【摘要】：铝合金钻杆由于自身的优势特点已被作为地质钻探中钻柱的优选材料体系,但在应用中易磨损和抗盐腐蚀性差等不足,常常导致铝合金钻杆的失效。尤其在钻井液等周围环境影响下发生的腐蚀磨损失效,限制了钻井工程的发展。本文分析了实地钻探使用的腐蚀失效铝合金钻杆,对典型2618铝合金钻杆材料进行超声波冷锻处理(UCFT)、微弧氧化(MAO)及UCFT+MAO复合表面强化处理,并分别在室温和150℃下pH=10的饱和盐钻井液里腐蚀720 h和72 h,再结合CSM型摩擦磨损试验机来研究表面改性铝合金在该钻井液环境下的腐蚀磨损性能。通过光学显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等来表征试样的微观组织、腐蚀形貌、磨痕形貌、相组成和腐蚀产物等,从而揭示铝合金钻杆的腐蚀磨损机理及表面防护技术。研究结果表明:(1)现场应用铝合金钻杆的腐蚀失效主要为宏观的点蚀和剥落,以及微观的微裂纹和腐蚀产物附着,腐蚀产物主要为Al2O3和Al(OH)3。耐腐蚀性能最好的是镦粗的杆体区域,钻杆与钢连接处发生了电偶腐蚀。(2)电化学实验结果表明,相比UN试样,表面改性试样的Ecorr大致接近,但Icorr、?Wi和Pi都降低了一个数量级,提高了耐腐蚀性能,UCFT+MAO试样的抗腐蚀性能最优。中高频下UCFT+MAO试样发生复合涂层与电解液的电化学反应,低频下发生铝合金基体溶解;其他试样主要发生了金属溶解的电化学过程。(3)UCFT、MAO和UCFT+MAO复合表面处理技术都提高了铝合金钻杆材料在pH=10饱和盐钻井液里的抗腐蚀磨损性能,尤其是抗盐腐蚀性,但与室温相比,150℃的抗盐腐蚀性明显减弱。铝合金在钻井液环境下的腐蚀形态主要表现为明显的点蚀坑,并伴有微裂纹和NaCl附着,腐蚀产物主要为Al2O3。对比UN试样,磨损率均显著下降,UCFT+MAO试样在室温钻井液中腐蚀720 h的磨损率还降低94%。两种环境下,表面改性铝合金与SiO2球对磨,磨损机制属于磨粒磨损。综合分析发现,UCFT+MAO试样在pH=10饱和盐钻井液中的抗腐蚀磨损性能是最优异的。
[Abstract]:Aluminum alloy drill pipe has been used as the optimal material system for drilling string in geological drilling because of its own advantages, but it is easy to wear and poor salt corrosion resistance in application. This paper analyses the corrosion failure of aluminum alloy drill pipe used in field drilling, especially under the influence of the surrounding environment, such as drilling fluid, which limits the development of drilling engineering. The typical 2618 aluminum alloy drilling pipe material was treated by ultrasonic cold forging, micro-arc oxidation and Mao) and UCFT MAO composite surface strengthening treatment. The corrosion and wear properties of surface modified aluminum alloy in the saturated salt drilling fluid of pH=10 at room temperature and 150 鈩，

本文编号：1684699