Analyse comparative des performances de corrosion des tiges de forage

La corrosion des tiges de forage est un problème courant dans les projets de forage, et elle devient de plus en plus grave à mesure que le forage se développe vers des puits profonds/ultra-profonds, des puits en eau profonde et des puits hautement corrosifs. Dans les opérations de forage, pour répondre aux besoins de divers processus de forage, des systèmes de fluides de forage tels que la saumure et les polymères à base de potassium sont utilisés et contiennent une variété d'additifs, qui sont très corrosifs sous haute température et haute pression sous terre. À l'heure actuelle, les principaux matériaux des tiges de forage sont trempés à l'huile (type d'acier représentatif est 36CrNiMo4) et les matériaux trempés à l'eau (type d'acier représentatif est 4130H). Grâce à des procédés de traitement thermique appropriés, les propriétés mécaniques conventionnelles des deux types de matériaux ci-dessus peuvent répondre aux diverses exigences de la spécification API Spec 5DP-2009 «Drill Pipe Product Specification» pour les tiges de forage. Cependant, il n'y a pas de test d'analyse comparative systématique sur la résistance à la corrosion des deux types de matériaux ci-dessus. Étant donné que les milieux corrosifs rencontrés par les tiges de forage sont principalement l'oxygène dissous, le CO2 et le H2S;

1. Analyse matérielle
La composition chimique des tiges de forage est faite de 36CrNiMo4 et 4130H. Par rapport aux deux matériaux, la tige de forage 36CrNiMo4 est Cr-Ni-Mo allié, la tige de forage 4130H est Cr-Mo allié, et la teneur en carbone de la tige de forage 4130H est nettement inférieure. Propriétés mécaniques et résultats d'analyse métallographique des tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H. Les deux 36CrNiMo4 et 4130H sont des nuances d'acier S, et leurs niveaux de résistance sont les mêmes.

2. Analyse comparative des performances de corrosion
2.1 Essai de corrosion à l'oxygène
Des tests de corrosion électrochimique ont été effectués sur des tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H et les courbes de polarisation de potentiel dynamique des deux matériaux dans une solution de NaCl à 3,5% ont été mesurées. La courbe de polarisation de la cathode est plus raide que la courbe de polarisation de l'anode et le potentiel de corrosion est proche du potentiel d'équilibre de l'anode. De la cinétique électrochimique, on peut voir que la corrosion des deux matériaux dans une solution de NaCl à 3,5% est principalement contrôlée par la cathode. La courbe de polarisation cathodique diminue fortement avec l'augmentation de la densité de courant de corrosion. Ceci est dû au fait que la polarisation provoquée par le retard de diffusion de l'oxygène continue à augmenter, de sorte que l'ensemble du processus cathodique est principalement contrôlé par le processus de diffusion de l'oxygène. Que ce soit à température ambiante ou à 60 ° C, le taux de corrosion par l'oxygène de la tige de forage 4130H et de la tige de forage 36CrNiMo4 est le même. Pour vérifier davantage le fluide de forage de saumure prélevé dans le champ pétrolifère, un essai de corrosion par l'oxygène a été effectué dans un autoclave. Dans l'état de l'oxygène saturé, les résultats d'essai de corrosion des tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H dans le fluide de forage de saumure montrent également que les taux de corrosion par l'oxygène des deux matériaux sont les mêmes. Grâce à l'essai comparatif ci-dessus, on peut voir que la corrosion par l'oxygène dissous de la tige de forage est une corrosion par dépolarisation de l'oxygène. Étant donné que la corrosion de la tige de forage est contrôlée par la diffusion de l'oxygène dissous, le matériau de la tige de forage a peu d'effet sur la vitesse de corrosion.
Essai de la corrosion 2.2CO2
Un test de corrosion au CO2 a été effectué sur les tiges de forage de matériaux 36CrNiMo4 et 4130H pour déterminer les taux de corrosion au CO2 des deux matériaux dans différents milieux environnementaux. Rapport de solution d'essai de corrosion de CO2. Dans l'état du CO2 saturé, les conditions d'essai de corrosion de CO2 et les résultats des essais des tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H, Et la morphologie de corrosion des tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H dans la solution 1 et solution 2. tableau 6 conditions d'essai de corrosion de CO2 et résultats d'essai de 36CrNiMo4 et 4130H rapport mg/L de solution d'essai de corrosion de CO2 du tableau 5: si la solution 1 ou la solution 2 est employée pour l'essai de corrosion de CO2, Le taux de corrosion de CO2 de la garniture de forage 36CrNiMo4 est inférieur à celui de 4130H. Parmi eux, dans l'environnement de corrosion de la solution 1, le taux de corrosion de la tige de forage 36CrNiMo4 est de 27,4% inférieur à celui de 4130H; dans l'environnement de corrosion de la solution 2, le taux de corrosion de 36CrNiMo4 est 12,1% inférieur à celui de 4130H. En outre, dans différents environnements de corrosion, le taux de corrosion de la tige de forage 36CrNiMo4 dans la solution 2 est 49,1% plus élevé que celui de la solution 1, Et le taux de corrosion de la tige de forage 4130H dans la solution 2 est 23,3% plus élevé que celui de la solution 1. On peut voir que bien que la teneur en éléments d'alliage résistants à la corrosion tels que Ni et Mo dans 36CrNiMo4 soit nettement supérieure à celle de 4130H, ce qui entraîne des différences dans la résistance à la corrosion par le CO2 de différents matériaux, Il n'est toujours pas aussi grand que l'impact du milieu environnemental.
2.3 Essai de corrosion sous contrainte au sulfure
En utilisant la méthode de charge constante, les tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H ont été testées pour la résistance à la corrosion sous contrainte au sulfure (SSC) dans la solution A de NACETM0177-2005 «méthode d'essai en laboratoire pour la résistance des métaux à la fissuration sous contrainte au sulfure et à la fissuration par corrosion sous contrainte dans un environnement H2S». Les résultats du test de résistance SSC des tiges de forage 36CrNiMo4 et 4130H. Les tiges de forage faites des deux matériaux se sont cassées en très peu de temps en raison de leur haute résistance et ne conviennent pas pour une utilisation dans des environnements contenant du soufre; Cependant, en comparaison, la résistance SSC de la tige de forage 36CrNiMo4 est nettement inférieure à celle du matériau 4130H, et à mesure que le niveau de contrainte de chargement diminue, La supériorité de la résistance de SSC de la garniture de forage 4130H devient de plus en plus évidente. Lorsque la contrainte de charge est de 80% SMYS, le temps de rupture de la tige de forage 4130H est environ 1,9 fois celui du matériau 36CrNiMo4; lorsque la contrainte de charge est de 60% SMYS, le temps de fracture de la tige de forage 4130H est environ 5,0 fois celui du matériau 36CrNiMo4. Des études ont montré que la corrosion de l'acier dans des solutions aqueuses contenant du H2S appartient à la corrosion sous contrainte de fissuration induite par l'hydrogène, qui est causée par l'hydrogène libéré par la réaction de cathode entrant dans l'acier et enrichissant certaines parties clés. Lorsque w(Ni) ≤ 2% et dureté 22>HRC, la raison pour laquelle la résistance SSC de l'acier contenant du nickel est inférieure à celle de l'acier sans nickel est que le surpotentiel d'évolution d'hydrogène de l'acier contenant du nickel est faible, ce qui favorise l'évolution de l'hydrogène de la cathode, faisant entrer plus d'hydrogène dans l'acier, augmentant la concentration d'hydrogène diffusible dans l'acier, Et provoquant ainsi la diminution de la résistance SSC de l'acier.

3. Conclusion
(1) Les taux de corrosion par l'oxygène de 36CrNiMo4 et 4130H sont les mêmes.
(2) la résistance à la corrosion de CO2 de la garniture de forage 36CrNiMo4 est meilleure que celle de 4130H.
(3) La résistance à la corrosion sous contrainte sulfure de la tige de forage 36CrNiMo4 est nettement inférieure à celle de 4130H.