油田深井用材新型铝合金牺牲阳极的防腐蚀性能.pdf

evo148 No3 Mar 2015
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油田深井用材新型铝合金牺牲阳极的
防腐蚀性能
赵密锋',郭亮2,常泽亮,李养池2,自登相,吴保玉2,李岩
(1.塔里木油田公司油气工程技术研究院,新疆库尔勒841000;
2.川庆钻探工程有限公司a.钻采工程技术研究院,
b.低渗透油气田勘探开发国家工程试验室,陕西西安710018)
[摘要]为了提高油田深井用材铝合金牺牲阳极保护TP110Ne-3Cr套管的性能,研制了一种新型的耐温铝合
金龋牲阳极材籵,用于对管外壁进行有效防护。采用电化学技术对铝合金牲阳极材料进行了极化曲线、电流效
率和耐温性测试。结果表明:90℃时,极化较平缓,无钝化现象,电流效率大于80%,对套管材料具有较好的保护
作用。
[关键词]耐温型铝合金;牺牲阳极;极化曲线;电流效率
[中图分类号]TG172.5;1B988.2[文献标识码]B[文章编号]1001-1560(2015)03-0052-02
0前言
金相砂纸将其逐级打磨至鏡面光亮;蒸馏水冲洗;丙酮
油井套管的腐蚀以外腐蚀为主,采用普通的铝胆脱脂去油。
铝合金牺牲阳极表面显黴形貌细致、致密。
极保护存在许多问题,如以牺牲阳极进行阴极保护时
表面会形成不易脱落的高阻抗的氧化膜,阻得其正常1.2新型铝合金牺牲阳极性能测试
工作:溶解性差、电位正移,阳极极化严重、自腐蚀速1.2.1极化曲线
率较大、电流效率较低等;随温度升高,铝阳极电位正
测试设备为 Princeton电化学综合测试系统(见图
移,电流效率下降,温度较高时,铝阳极表面更易钝1)。工作电极为新型铝合金牺牲阳极用材,用环氧树
化,其晶界偏析相可能转化为阴极相,使晶界更容易溶脂封闭,露出1cm2工作面积;辅助电极为P电极;参比
解,从而造成严重的晶间腐蚀,使大量晶粒脱落,电流电极为饱和甘汞(SCE)电极。先通入氮气2h,除去测
效率降低。
试溶液中的氧气,然后将工作电极浸人其中2h,待稳
本工作在国产Al-Zn-In-Mg-T铝合金中加人Re
定后测试。电位扫描速度为0.33mV/s,扫描范围为
元素,形成新型的铝合金材料,并研究了其耐温、防腐±250mV。测试溶液为模拟地层水:pH值为7.5,20
蚀性能。
150 mg/L HCO, 170 000 mg/L Cl", 1 500 mg/L S04
23000mgy/LCa2+,300omg/LMg2+;总矿化度28
1试验
10mg/L;测试温度为30-90℃。
1新型铝合金牺牲阳极的成分、形貌及预处理
气
将Re元素加人Al-Zn-In-Mg-铝合金中进行熔
相放
炼,获得:A-5.50007Zn-0.0300In-1,.5000Mg-0.0500
计算机
1i-0.0167Re的新型铝合金,其中Ti/Fe质量比为3
测试
5,Re为0.01%~0.10%。分别用120,400,600,800号
溶液
KC溶液
水浴溶液
[收稿日期]2014-09-30
图1极化曲线测试装置
[通信作者]郭亮(1986-),工程师,主要研究方向:腐1.2.2电流放率
蚀与防护,电话:029-8694975,E- mail: guo
根据CB/T17848-1999,采取加速试验法测定电
7129547@163.com
流效率,每天定时测量工作电位。对新型铝合金牺牲
故
第48卷第
阳极的实际电容量和电流效率进行计算分析,并观察
由图3可以看出:4种温度下,铝合金牺锉阳极极
其腐蚀后的形貌。条件如下:(1)将试样浸泡在3.0%化曲线较平缓,表明其极化率较小,反应阻力较小,因
NaI溶液中;(2)温度为90℃(将恒温水浴温度控制在而反应较容易进行。
95℃,以保证介质温度为90℃);(3)选用石蜡或环氧树2.2新型铝合金牺牲阳极的电化学腐做性能
脂进行密封,工作面积为14cm2;(4)时间240h。
新型铝合金牺牲阳极在常温及90℃下的电化学
电流效率的测试装置构成见图2。
性能见表1。由表1可知:铝合金牺性阳极表面腐蚀均
直流电子
匀,无局部严重腐蚀孔洞,腐蚀产物易脱落,显示了其
可变电阻
电流表电量
电源
良好的电化学腐蚀性能。
表1铝合金牺牲阳极的电化学腐蚀性能
E(开路)/E(工作)/电容量/(电流)
腐蚀形貌
(Ah.kg-)%
试验容器
辅助电极
铝合金牺牲
参比し电流电压表
阳极
电极
25℃
≥2600
≥90腐蚀均匀,
产物易脱落
图2电流效率测试装置
l.11
腐蚀均匀
90℃
≥2300
产物易脱落
1.2.3耐温防腐做性能
将新型铝合金挂片与和套管TP10Nc-3Gr材料挂2.3新型铝合金牺牲阳极的防腐蚀性能
片用金属螺母连接,采用失重法测试其高温防腐蚀性
(1)腐蚀形貌新型铝合金牺牲阳极于90℃浸泡
能。若套管挂片产生腐蚀,表明铝合金阳极发生钝化
72h时表面发生了明显的均匀腐蚀,而套管材料
失效,此温度下便起不到防腐蚀作用;反之,套管挂片
1P110ONc-3Cr则光亮如新,几乎没有腐蚀,得到了有效
就能得到保护,铝合金牺牲阳极仍可继续使用。
的保护。
测试条件:1.8x10y/LCl;温度为90~100℃
(2)腐蚀失重表2为90,100℃时新型铝合金牺
H值为5.5,时间为72h;腐蚀介质为模拟地层水。
性阳极和套管挂片的腐蚀失重。从表2可以看出:
将新型的铝合金阳极浸泡在无水乙醇中5min,以
90℃时套管的腐蚀失重仅为0.0008g,腐蚀介质中的
进一步脱脂和脱水;取出置于滤纸上,冷风吹干,称重
铁离子含量小于1mg/L,套管挂片几乎没有发生腐蚀
精确至0.1mg;用滤纸包裹后,放入干燥器。
100℃时,铝合金牺性阳极和套管都发生了腐蚀失重,
采用GB/T14427-2008方法测定腐蚀试验结束
腐蚀介质中的铁离子含量为27.67mg/L,铝合金牺牲
介质中的铁离子。
阳极发生腐蚀失效,对套管没有起到保护作用。这是
2结果与讨论
因为当腐蚀介质温度达到100℃时,一方面铝合金牺
牲阳极表面覆盖有大量的腐蚀产物和CaCO3等斯物,
2.1新型铝合金牺牲阳极的极化曲线
电荷传递电阻增大;另一方面,在清洗挂片过程中,有
图3为新型铝合金牺牲阳极的极化曲线。
大量合金颗粒脱落,使铝合金牺牲阳极发生了较为严
重的晶间腐蚀,以致失去保护作用。
表2套管与新型铝合金阳极的腐蚀失重
西-1000
-1000
1200
6/C挂片m腐蚀前/gm腐做后/△m/gp(总铁)/(mg?L)
23
lgI(mA?anノ
0
gJ(mA?cm2)
套管7.83357.83270.0008
(a)30℃
(b)50℃
阳极1.96341.95210.0113
600
600
800
套管8.35918.35