Studi Ketahanan Korosi Pipa Sumur Minyak Paduan Titanium

Inti dari ketahanan korosi paduan titanium adalah bahwa titanium merupakan elemen yang tidak stabil secara termodinamika dengan potensi elektroda standar hanya -1.63 V (elektroda hidrogen standar HSE). Oleh karena itu, titanium dan paduan titanium sangat mudah membentuk lapisan oksida permukaan yang kontinu, padat, dan sangat tipis di udara atau bahkan air, yang terdiri dari lapisan dalam Ti2O3 dan lapisan luar TiO2, dan terus menebal saat reaksi redoks berlangsung. Lapisan oksida yang menutupi permukaan paduan titanium menghalangi transfer muatan reaksi dan mengurangi atau menghambat pelarutan paduan titanium dalam media korosif, sehingga mengakibatkan pasivasi.

Namun, paduan titanium memiliki potensi positif yang lebih tinggi daripada paduan lainnya. Ketika digabungkan dengan paduan yang berbeda, paduan titanium terlindungi sebagai katode, yang mempercepat korosi logam yang digabungkan dan dapat menyebabkan kerusakan struktural. Oleh karena itu, para ilmuwan dalam dan luar negeri juga telah melakukan penelitian tertentu tentang ketahanan korosi paduan titanium pada pipa bor dan casing minyak.

1. Pipa bor paduan titanium
Peng dkk. mengevaluasi kinerja kelelahan pipa bor paduan titanium. Hasilnya menunjukkan bahwa di udara, dengan peningkatan mutu baja, masa kelelahan pipa bor akan diperpanjang, sedangkan pada lumpur pengeboran, kinerja kelelahan pipa bor paduan titanium adalah yang terbaik. Gambar 3a menunjukkan kurva kelelahan dari berbagai sampel pipa bor di bawah lumpur H2S suhu ruangan. Kehadiran lumpur H2S akan sangat mengurangi masa kelelahan setiap sampel pipa bor, yang menunjukkan bahwa pipa bor memiliki sensitivitas tinggi terhadap lumpur H2S. Di lingkungan lumpur H2S, masa kelelahan pipa bor paduan titanium secara signifikan lebih tinggi daripada pipa bor baja seperti G105, S135 dan V150. Gambar 3b memplot kurva SN dari berbagai pipa bor dalam lumpur H2S pada 100 derajat. Dibandingkan dengan udara suhu ruangan, masa kelelahan sampel G105, S135, V150 dan Ti berkurang secara signifikan. Faktor kopling lumpur H2S dan suhu memiliki dampak yang lebih besar pada masa kelelahan pipa bor daripada faktor tunggal. Pada kondisi kopling ini, umur lelah pipa bor titanium masih memiliki keunggulan lebih besar daripada pipa bor lainnya.

Gambar 3 Kurva kelelahan spesimen pipa bor G105, S135, V150 dan Ti dalam kondisi kerja yang berbeda

Chen dkk. menggunakan teknologi oksidasi busur mikro perlakuan permukaan baru untuk menambahkan berbagai konsentrasi natrium tungstat ke dalam larutan oksidasi guna melakukan oksidasi busur mikro pada permukaan pipa bor paduan titanium TC4. Penelitian telah menunjukkan bahwa doping tungsten dapat secara efektif meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi pipa bor paduan titanium TC4. Dan ketika konsentrasi natrium tungstat adalah 3 g/L, kinerja komprehensif lapisan oksidasi busur mikro pada pipa bor paduan titanium adalah yang terbaik.

Singkatnya, masa pakai korosi pipa bor paduan titanium di lingkungan bersuhu tinggi dan bersulfur tinggi lebih baik daripada pipa bor baja, dan perlakuan permukaan paduan titanium TC4 dapat secara efektif meningkatkan kekerasan dan ketahanan korosi pipa bor. Namun, masih sedikit penelitian tentang peningkatan ketahanan korosi pipa bor paduan titanium melalui perlakuan permukaan, yang juga memberikan arah untuk penelitian di masa mendatang.

2. Casing oli paduan titanium
Wang dkk. mempelajari material paduan titanium TC4 yang dapat digunakan sebagai casing minyak. Mereka menemukan bahwa dalam lingkungan korosi asam, terdapat korosi elektrokimia lokal pada permukaan paduan TC4, terutama korosi pitting. Dalam fluida pelengkap yang mengandung CO2, tingkat korosi paduan TC4 lebih serius, tetapi ketahanan korosi lebih baik dalam air formasi yang mengandung CO2. Dalam dua media korosif yang mengandung CO2- di atas, paduan TC4 memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap retak korosi tegangan. Dibandingkan dengan lingkungan terestrial, paduan TC4 lebih sensitif terhadap retak korosi tegangan di lingkungan laut dalam.

Pada saat yang sama, Wang dkk. juga mempelajari mekanisme ketahanan korosi paduan titanium TC4 di bawah kondisi pembebanan tegangan yang berbeda dan menemukan bahwa lubang muncul pada permukaan sampel yang dibebani tegangan elastis, tetapi tingkat pengelupasan relatif ringan, dan lapisan film permukaan menunjukkan sifat semikonduktor tipe-n dan memiliki permeabilitas selektif kation. Ketika lubang permukaan sampel yang mengalami tegangan plastik lebih dalam dan lebih lebar, dan jenis semikonduktor lapisan film permukaan diubah menjadi tipe-p, anion seperti Cl- dan CO32- lebih mudah diserap dan menghancurkan film pelindung, dan bersentuhan dengan substrat melalui film pelindung, yang mengakibatkan penurunan ketahanan korosi paduan titanium TC4.

Saat ini, kondisi kerja ladang minyak dan gas non-konvensional sangat keras. Suhu tinggi akan mengurangi kekuatan luluh dan modulus elastisitas pipa dan casing, dan tekanan tinggi akan meningkatkan tekanan pipa dan casing. Di bawah aksi H2S, CO2 dan Cl- sendiri atau bersama-sama, korosi pipa dan casing menjadi semakin serius. Pipa dan casing paduan titanium dapat secara efektif mengatasi masalah kegagalan korosi bawah lubang, tetapi penelitian saat ini tentang ketahanan korosi pipa dan casing paduan titanium masih belum lengkap dan perlu penelitian lebih lanjut.

3. Pipa sumur minyak paduan titanium
Schutz dkk. membandingkan ketahanan korosi rangkaian pipa paduan UNS R55400 dengan rangkaian pipa paduan titanium ladang minyak lainnya. Data uji korosi laboratorium pengembangan pipa UNS R55400 menunjukkan bahwa paduan titanium memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap SSC dan korosi pitting dan celah lokal di lingkungan air yang sangat asam dan tidak asam yang kaya klorida yang terkait dengan industri ladang minyak.

Tabel 2 menunjukkan perkiraan batas layanan lingkungan dari berbagai jenis paduan titanium di berbagai lingkungan ladang minyak. Dapat dilihat bahwa paduan titanium UNS R55400 dan UNS R56404 memiliki kinerja terbaik dalam lingkungan air yang kaya klorida asam dan non-asam, dan kekuatan tertinggi adalah paduan titanium beta UNS R58640.

Wei dkk. mempelajari pengaruh suhu anil pada evolusi mikrostruktur dan perilaku korosi paduan titanium Ti-Mo dalam asam klorida. Mereka menemukan bahwa ketika suhu anil melebihi 850 derajat, lapisan pasif MoO3 dan TiO2 yang terbentuk pada permukaan paduan titanium mempercepat pelarutan, laju korosi meningkat, dan sel mikrogalvanik fase-n dan fase-n terbentuk. Selain itu, lapisan pasif menunjukkan sifat semikonduktor tipe-n yang tidak bergantung pada suhu anil.

Melalui hasil penelitian di atas, ditemukan bahwa suhu anil, asam tinggi, dan lingkungan air kaya klorida non-asam akan memengaruhi ketahanan korosi paduan titanium. Kesimpulan ini memiliki signifikansi panduan untuk pengoptimalan material paduan titanium di masa mendatang.