टाइटेनियम मिश्र धातु तेल कुआं पाइप के संक्षारण प्रतिरोध पर अध्ययन

टाइटेनियम मिश्र धातु संक्षारण प्रतिरोध का सार यह है कि टाइटेनियम एक थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर तत्व है जिसका मानक इलेक्ट्रोड क्षमता केवल -1.63 V (मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड HSE) है। इसलिए, टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु हवा या यहाँ तक कि पानी में एक सतत, सघन और बहुत पतली सतह ऑक्साइड फिल्म बनाने में बहुत आसान हैं, जो Ti2O3 की एक आंतरिक परत और TiO2 की एक बाहरी परत से बनी होती है, और यह रेडॉक्स प्रतिक्रिया के आगे बढ़ने के साथ-साथ मोटी होती जाती है। टाइटेनियम मिश्र धातु की सतह को कवर करने वाली ऑक्साइड फिल्म प्रतिक्रिया चार्ज ट्रांसफर में बाधा डालती है और संक्षारक माध्यम में टाइटेनियम मिश्र धातु के विघटन को कम या बाधित करती है, जिसके परिणामस्वरूप निष्क्रियता होती है।

हालांकि, टाइटेनियम मिश्र धातु में अन्य मिश्र धातुओं की तुलना में अधिक सकारात्मक क्षमता होती है। जब विभिन्न मिश्र धातुओं के साथ युग्मित किया जाता है, तो टाइटेनियम मिश्र धातु को कैथोड के रूप में संरक्षित किया जाता है, जो युग्मित धातु के क्षरण को तेज करता है और संरचनात्मक क्षति का कारण बन सकता है। इसलिए, घरेलू और विदेशी विद्वानों ने ड्रिल पाइप और तेल आवरण में टाइटेनियम मिश्र धातु के संक्षारण प्रतिरोध पर कुछ शोध भी किए हैं।

1. टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप
पेंग एट अल ने टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप के थकान प्रदर्शन का मूल्यांकन किया। परिणामों से पता चला कि हवा में, स्टील ग्रेड की वृद्धि के साथ, ड्रिल पाइप का थकान जीवन बढ़ाया जाएगा, जबकि ड्रिलिंग कीचड़ में, टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप का थकान प्रदर्शन सबसे अच्छा है। चित्रा 3 ए कमरे के तापमान H2S मिट्टी के तहत विभिन्न ड्रिल पाइप नमूनों के थकान वक्र को दर्शाता है। H2S कीचड़ की उपस्थिति प्रत्येक ड्रिल पाइप नमूने के थकान जीवन को बहुत कम कर देगी, यह दर्शाता है कि ड्रिल पाइप में H2S कीचड़ के लिए उच्च संवेदनशीलता है। H2S कीचड़ के वातावरण में, टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप का थकान जीवन G105, S135 और V150 जैसे स्टील ड्रिल पाइप की तुलना में काफी अधिक है। H2S कीचड़ और तापमान के युग्मन कारक का ड्रिल पाइप के थकान जीवन पर एकल कारक की तुलना में अधिक प्रभाव पड़ता है। इस युग्मन स्थिति के तहत, टाइटेनियम ड्रिल पाइप के थकान जीवन में अभी भी अन्य ड्रिल पाइप की तुलना में अधिक लाभ है।

चित्र 3 विभिन्न कार्य स्थितियों के तहत G105, S135, V150 और Ti ड्रिल पाइप नमूनों के थकान वक्र

चेन एट अल ने TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप की सतह पर माइक्रो-आर्क ऑक्सीकरण करने के लिए ऑक्सीकरण समाधान में सोडियम टंगस्टेट की विभिन्न सांद्रता जोड़ने के लिए एक नई सतह उपचार माइक्रो-आर्क ऑक्सीकरण तकनीक का उपयोग किया। अध्ययनों से पता चला है कि टंगस्टन डोपिंग TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप की कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से सुधार सकता है। और जब सोडियम टंगस्टेट की सांद्रता 3 ग्राम / एल है, तो टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप पर माइक्रो-आर्क ऑक्सीकरण परत का व्यापक प्रदर्शन सबसे अच्छा है।

संक्षेप में, उच्च तापमान और उच्च सल्फर वातावरण में टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप का संक्षारण थकान जीवन स्टील ड्रिल पाइप की तुलना में बेहतर है, और TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु का सतह उपचार प्रभावी रूप से ड्रिल पाइप की कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार कर सकता है। हालांकि, सतह उपचार द्वारा टाइटेनियम मिश्र धातु ड्रिल पाइप के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करने पर अभी भी कुछ अध्ययन हैं, जो भविष्य के शोध के लिए एक दिशा भी प्रदान करता है।

2. टाइटेनियम मिश्र धातु तेल आवरण
वांग एट अल ने टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री TC4 का अध्ययन किया जिसका उपयोग तेल आवरण के रूप में किया जा सकता है। उन्होंने पाया कि अम्लीय संक्षारण वातावरण में, TC4 मिश्र धातु की सतह पर स्थानीय विद्युत रासायनिक संक्षारण होता है, मुख्य रूप से पिटिंग संक्षारण। CO2 युक्त पूर्ण द्रव में, TC4 मिश्र धातु की संक्षारण डिग्री अधिक गंभीर है, लेकिन CO2 युक्त निर्माण जल में संक्षारण प्रतिरोध बेहतर है। उपरोक्त दो CO2- युक्त संक्षारक मीडिया में, TC4 मिश्र धातु में तनाव संक्षारण दरार के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध है। स्थलीय वातावरण की तुलना में, TC4 मिश्र धातु गहरे समुद्र के वातावरण में तनाव संक्षारण दरार के प्रति अधिक संवेदनशील है।

इसी समय, वांग एट अल ने विभिन्न तनाव लोडिंग स्थितियों के तहत TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु के संक्षारण प्रतिरोध तंत्र का भी अध्ययन किया और पाया कि लोचदार तनाव से भरे नमूने की सतह पर गड्ढे दिखाई दिए, लेकिन गड्ढे की डिग्री अपेक्षाकृत हल्की थी, और सतह फिल्म परत ने n-प्रकार अर्धचालक गुण दिखाए और धनायन चयनात्मक पारगम्यता थी। जब प्लास्टिक तनाव के अधीन नमूने के सतह के गड्ढे गहरे और चौड़े थे, और सतह फिल्म परत के अर्धचालक प्रकार को p-प्रकार में बदल दिया गया था, तो Cl- और CO32- जैसे आयनों को अधिक आसानी से अवशोषित किया गया और सुरक्षात्मक फिल्म को नष्ट कर दिया गया, और सुरक्षात्मक फिल्म के माध्यम से सब्सट्रेट के साथ संपर्क किया गया, जिसके परिणामस्वरूप TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु के संक्षारण प्रतिरोध में कमी आई।

वर्तमान में, गैर-पारंपरिक तेल और गैस क्षेत्रों की कार्य परिस्थितियाँ कठोर हैं। उच्च तापमान ट्यूबिंग और आवरण की उपज शक्ति और लोचदार मापांक को कम कर देगा, और उच्च दबाव ट्यूबिंग और आवरण के दबाव को बढ़ा देगा। H2S, CO2 और Cl- की अकेले या एक साथ क्रिया के तहत, ट्यूबिंग और आवरण का संक्षारण अधिक से अधिक गंभीर होता जा रहा है। टाइटेनियम मिश्र धातु ट्यूबिंग और आवरण प्रभावी रूप से डाउनहोल संक्षारण विफलता की समस्या को हल कर सकते हैं, लेकिन टाइटेनियम मिश्र धातु ट्यूबिंग और आवरण के संक्षारण प्रतिरोध पर वर्तमान शोध अभी भी अधूरा है और आगे के शोध की आवश्यकता है।

3. टाइटेनियम मिश्र धातु तेल कुआं पाइप
शुट्ज़ एट अल. ने UNS R55400 मिश्र धातु पाइप स्ट्रिंग्स के संक्षारण प्रतिरोध की तुलना अन्य तेल क्षेत्र टाइटेनियम मिश्र धातु पाइप स्ट्रिंग्स से की। UNS R55400 पाइपलाइन विकास के प्रयोगशाला संक्षारण परीक्षण डेटा से पता चला कि टाइटेनियम मिश्र धातु ने तेल क्षेत्र उद्योग से संबंधित अत्यधिक अम्लीय और गैर-अम्लीय क्लोराइड-समृद्ध जल वातावरण में SSC और स्थानीय पिटिंग और दरार संक्षारण के लिए बेहतर प्रतिरोध दिखाया है।

तालिका 2 विभिन्न तेल क्षेत्र वातावरण में विभिन्न प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातुओं की अनुमानित पर्यावरण सेवा सीमाएँ दर्शाती है। यह देखा जा सकता है कि UNS R55400 और UNS R56404 टाइटेनियम मिश्र धातुओं का अम्लीय और गैर-अम्लीय क्लोराइड युक्त जल वातावरण में सबसे अच्छा प्रदर्शन है, और सबसे अधिक ताकत UNS R58640 बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु की है।

वेई एट अल ने हाइड्रोक्लोरिक एसिड में Ti-Mo टाइटेनियम मिश्र धातु के सूक्ष्म संरचना विकास और संक्षारण व्यवहार पर एनीलिंग तापमान के प्रभाव का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि जब एनीलिंग तापमान 850 डिग्री से अधिक हो जाता है, तो टाइटेनियम मिश्र धातु की सतह पर बनने वाली MoO3 और TiO2 निष्क्रियता फिल्मों ने विघटन को तेज कर दिया, संक्षारण दर में वृद्धि हुई, और -चरण और -चरण माइक्रोगैल्वेनिक कोशिकाओं का निर्माण हुआ। इसके अलावा, निष्क्रियता फिल्म एन-प्रकार अर्धचालक गुण दिखाती है जो एनीलिंग तापमान से स्वतंत्र हैं।

उपरोक्त शोध परिणामों के माध्यम से, यह पाया गया है कि एनीलिंग तापमान, उच्च एसिड और गैर-अम्लीय क्लोराइड युक्त जल वातावरण टाइटेनियम मिश्र धातुओं के संक्षारण प्रतिरोध को प्रभावित करेगा। यह निष्कर्ष भविष्य में टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री के अनुकूलन के लिए मार्गदर्शक महत्व रखता है।