針對(duì)鈦合金在苛刻油田環(huán)境中的適用性,通過(guò)模擬腐蝕失重實(shí)驗(yàn)以及電化學(xué)測(cè)試分析,研究了TC4鈦合金在高溫高壓完井液中的抗腐蝕及電化學(xué)腐蝕行為。結(jié)果表明,在總壓為10 MPa,密度為1.4 g/cm³的甲酸鉀完井液環(huán)境中經(jīng)過(guò)360 h腐蝕,TC4鈦合金有較高的腐蝕速率,其抗腐蝕性能較差,在210℃時(shí),腐蝕速率達(dá)0.1361 mm/a。TC4鈦合金陽(yáng)極極化曲線均有鈍化區(qū),隨溫度升高,自腐蝕電流密度增大,腐蝕傾向性增大。電化學(xué)阻抗譜有明顯的容弧特征,電荷轉(zhuǎn)移電阻隨溫度升高減小很快,鈍化膜的保護(hù)性減弱,表明TC4鈦合金在高溫高壓甲酸鉀完井液中的抗腐蝕性逐漸降低。 

【文章來(lái)源】：鉆井液與完井液. 2020,37(02)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

試樣表面腐蝕清洗后的微觀形貌

圖2為TC4鈦合金在120、150和180℃甲酸鉀完井液環(huán)境中的極化曲線測(cè)試結(jié)果。由圖2可以看出，不同溫度下所測(cè)極化曲線類似，陽(yáng)極極化曲線均呈現(xiàn)了鈍化特征，這表明TC4鈦合金在測(cè)試溶液中表面形成了鈍化膜，腐蝕反應(yīng)為陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程控制。TC4鈦合金在150℃環(huán)境下的鈍化區(qū)有略微不規(guī)整，其原因可能是鈍化膜不夠穩(wěn)定，處于不停修復(fù)和溶解的過(guò)程[12]。比較極化曲線可知，溫度的升高明顯增加了腐蝕的傾向。根據(jù)極化曲線，用塔菲爾外推法計(jì)算得出不同溫度下的自腐蝕電位（Ecorr）和自腐蝕電流密度（Icorr）如表4所示�？梢钥闯鲭S溫度升高，自腐蝕電位逐漸負(fù)移，腐蝕熱力學(xué)穩(wěn)定性降低，發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性增大；自腐蝕電流密度逐漸增大，增大較明顯，在180℃時(shí)，TC4腐蝕電流密度達(dá)2.861×10-4 A·cm-2。腐蝕電流密度與腐蝕速率滿足Farady第二定律[13]，故隨著溫度的升高說(shuō)明腐蝕傾向性增大，耐蝕性減弱，這與均勻腐蝕測(cè)試結(jié)果一致。圖3為TC4鈦合金在不同溫度甲酸鉀完井液環(huán)境中浸泡后的電化學(xué)阻抗譜。

圖3為TC4鈦合金在不同溫度甲酸鉀完井液環(huán)境中浸泡后的電化學(xué)阻抗譜。由圖3可以看出，TC4鈦合金在不同溫度甲酸鉀完井液環(huán)境中的阻抗譜有相似的圖譜特征，均由容抗弧組成。容抗弧半徑的大小反映了電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的阻力，隨著溫度升高，容抗弧半徑減小幅度很大，表明TC4在甲酸鉀完井液中的電化學(xué)阻力隨溫度的升高而降低。圖4和表5分別為不同溫度下TC4鈦合金的等效電路圖和電化學(xué)阻抗譜等效電路擬合參數(shù)值，因?yàn)樵?20和150℃下有2個(gè)容抗弧，故等效電路圖如圖4(a),180℃為單一容抗弧，故等效電路圖如圖4(b）。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高pH值完井液中超級(jí)13Cr油管的腐蝕失效及SCC機(jī)制[J]. 呂祥鴻,張曄,謝俊鋒,薛艷,王晨.  中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020(01)
[2]油氣開發(fā)用鈦合金油井管選材及工況適用性研究進(jìn)展[J]. 劉強(qiáng),惠松驍,宋生印,葉文君,于洋.  材料導(dǎo)報(bào). 2019(05)
[3]高強(qiáng)15Cr馬氏體不銹鋼在有機(jī)鹽完井液中的腐蝕行為[J]. 楊向同,呂祥鴻,謝俊峰,李丹平,耿海龍,馬磊,薛艷.  腐蝕與防護(hù). 2018(12)
[4]CO2滲入對(duì)C110管柱在甲酸鹽完井液中腐蝕行為的影響[J]. 李渭亮,張慧娟,杜春朝,陳東波,張雷,路民旭.  材料保護(hù). 2018(10)
[5]含CO2甲酸鹽完井液中超級(jí)13Cr不銹鋼的局部腐蝕性能[J]. 張智,鄭鈺山,李晶,劉婉瑩,劉明球,高文祥,施太和.  材料保護(hù). 2018(08)
[6]鈦合金油管在苛刻井下環(huán)境中的抗腐蝕性能研究[J]. 呂祥鴻,高文平,謝俊峰,李巖,王華,薛艷,李丹平.  熱加工工藝. 2017(06)
[7]甲酸鹽對(duì)套管/油管腐蝕速率評(píng)價(jià)方法與影響因素[J]. 楊向同,肖偉偉,劉洪濤,徐同臺(tái),謝俊峰,張瑞芳.  鉆井液與完井液. 2016(06)
[8]海洋石油裝備材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展建議(下)[J]. 杜偉,李鶴林.  石油管材與儀器. 2015(06)
[9]庫(kù)爾勒土壤模擬溶液的pH對(duì)X80管線鋼電化學(xué)腐蝕行為的影響[J]. 謝飛,楊曉峰,王丹,王永彪,齊季,豐華岐.  機(jī)械工程材料. 2015(04)
[10]鎳基合金和鉻在高溫下的腐蝕電化學(xué)特征[J]. 謝麗華,陳長(zhǎng)風(fēng),李鶴林,井奉軍,李晟伊.  西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(02)



本文編號(hào)：3619009