一種套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料；該鋅合金陽極犧牲材料的化學(xué)組成為Zn-Al-Cd-Mn-Mg-In，按重量百分比計，Al:0.15～0.3%、Cd:0.1～0.2%、Mn:0.1～0.2%、Mg:0.1～0.2%、In:0.05～0.15%，余量為鋅，雜質(zhì)含量≤0.1%；該鋅合金犧牲陽極材料在20℃進(jìn)行電化學(xué)性能測試，電流效率均≥90，陽極腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物疏松自動脫落，在60℃高溫條件進(jìn)行電化學(xué)性能測試，電流效率均≥80%，陽極腐蝕均勻，腐蝕產(chǎn)物疏松自動脫落，表明沒有發(fā)生高溫電位逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電化學(xué)性能優(yōu)良，具有保護(hù)效果好、體積小、重量輕、易于安裝、使用壽命長和成本低等特點。
【專利說明】一種套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田腐蝕與防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種套管外壁用鋅合金犧牲陽極 材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣田開發(fā)時間的延長，套管腐蝕損壞日益嚴(yán)重，給生產(chǎn)造成了不可估量的 損失，直接影響著油田的進(jìn)一步開采，制約了油氣田穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，是油氣田開發(fā)生產(chǎn) 中的一項重大技術(shù)難題。研究表明，油井套管腐蝕以外腐蝕為主，犧牲陽極陰極保護(hù)是公認(rèn) 的控制外部腐蝕行之有效的技術(shù)。因此，合理的陰極保護(hù)設(shè)計將有效地延長套管的使用壽 命。
[0003] 塔里木哈得4油田油氣藏埋藏深度深，地層壓力大，地層溫度高，腐蝕環(huán)境復(fù)雜。 自1998年以來，采取簡化井身結(jié)構(gòu)，大段生產(chǎn)套管未進(jìn)行封固，高溫高壓條件下，H 2S、C02、 高礦化度地層水及垢下腐蝕成為了套損發(fā)生的重要誘因?，F(xiàn)場套管陰極保護(hù)所采用犧牲陽 極材料主要是國標(biāo)Zn-Al-Cd合金陽極。
[0004] 鋅陽極的腐蝕行為與溫度有很大關(guān)系，當(dāng)溫度超過55-60°C時，陽極表面覆蓋層的 結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，例如從Zn (OH) 2改變?yōu)閆nO,而后者有電子導(dǎo)電性，因而鋅陽極的電位將隨溫 度升高而變得正一些，甚至比鋼鐵的保護(hù)電位還要正。在這種情況下，鋅/鋼電偶對可能發(fā) 生電位逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，不僅不能起到保護(hù)作用，反而會加速套管外壁的腐蝕。通過室內(nèi)研究認(rèn)為 標(biāo)準(zhǔn)Zn-Al-Cd合金在較高溫度出現(xiàn)電位"逆轉(zhuǎn)"與鋁元素的含量過高有關(guān)。
[0005] 因此，需要重新設(shè)計合金成分，嚴(yán)格控制合金中Al元素的含量，開發(fā)一種具備優(yōu) 良電化學(xué)性能且能應(yīng)用于現(xiàn)場高溫腐蝕環(huán)境的新型鋅合金犧牲陽極材料，用于保護(hù)套管外 壁。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種驅(qū)動電位大、電流效率高且能均勻溶解的套管外壁用鋅 合金犧牲陽極材料，用于套管外壁陰極保護(hù)，有效解決國標(biāo)GB/T 4950-2002提供的鋅一 鋁一鎘合金犧牲陽極材料在井下高溫環(huán)境中使用容易出現(xiàn)電位"逆轉(zhuǎn)"和晶間腐蝕問題，降 低套管保護(hù)電位至-〇. 85V以下，延長套管使用壽命。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 本發(fā)明以GB/T4950-2002提供的Zn-Al-Cd合金為基礎(chǔ)，通過嚴(yán)格控制Al元素的 含量，添加其他合金元素來滿足現(xiàn)場高溫環(huán)境應(yīng)用要求。確定出新型鋅合金陽極材料的化 學(xué)組成為Zn-Al-Cd-Mn-Mg-In，按重量百分比計，成分為：A1:0. 15?0. 3%、Cd:0. 1?0. 2%、 Mn:0. 1?0· 2%、Mg:0. 1?0· 2%、Ιη:0· 05?0· 15%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡0· 1%。所述的雜 質(zhì)是指殘留在熔體內(nèi)的金屬氧化物。
[0009] 所述鋅合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為：A1:0. 15%、Cd:0. 1%、Μη:0. 1%、 Mg:0. 1%、Ιη:0· 05%，余量為鋅，雜質(zhì)含量< 0· 1%。
[0010] 所述鋅合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為：Al: 0. 20%、Cd: 0. 15%、 Mn:0. 15%、Mg:0. 1%、Ιη:0· 1%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡 0· 1%。
[0011] 所述鋅合金犧牲陽極材料按重量百分比計，成分為：Al:0. 3%、Cd:0. 2%、Mn:0. 2%、 Mg:0. 15%、In:0. 15%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡0. 1%。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：
[0013] 1、錳元素的加入可以使鋁在鋅中的溶解度提高，進(jìn)一步穩(wěn)定陽極活性，使自腐蝕 速度降低。錳含量0. 1?0.2%和鋁含量0. 15?0.3%可以降低合金的極化率，自腐蝕速度 也變小；
[0014] 2、Cd元素的添加可以與鋅陽極中的雜質(zhì)形成固溶體，減弱新合金的自腐蝕作用， 可以降低鋅陽極中雜質(zhì)鉛的不利影響，活化陽極性能，提高電流效率；
[0015] 3、鋅合金中入銦元素在很大程度上改善了鋅的放電性能，使其活化電位區(qū)增大， 有利于活性物質(zhì)鋅在電池放電時被充分利用，另外In元素還可以有效的抑制析氫腐蝕的 發(fā)生；
[0016] 4、新型犧牲陽極材料具有良好的活化性能，腐蝕產(chǎn)物易脫落，且在高溫環(huán)境中不 易出現(xiàn)電位"逆轉(zhuǎn)"和嚴(yán)重的晶間腐蝕問題，，滿足高溫環(huán)境使用要求；
[0017] 5、新型犧牲陽極材料電化學(xué)性能優(yōu)良，經(jīng)檢測電流效率> 90%。

【具體實施方式】
[0018] 下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，需要說明的是下述的實例僅僅是本發(fā)明 其中的例子，不代表本發(fā)明所限定的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍以權(quán)力要求書 為準(zhǔn)。
[0019] 實施例1
[0020] 本實施例的套管外壁用新型鋅合金犧牲陽極材料的重量百分比成分為： A1:0. 15%、Cd:0. 1%、Μη:0· l%、Mg:0. 1%、Ιη:0· 05%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡 0· 1%。
[0021] 根據(jù)合金配方，稱取各種合金元素，將電阻爐溫度設(shè)定在500°C，將鋅錠隨爐一起 加熱至全部熔化，撒入木炭粉保護(hù)，將稱量好的Zn-Al中間合金和MnO 2加入鋅液后，將爐溫 升至600°C，多次攪拌使反應(yīng)充分、溶解均勻后，將爐溫控制在500°C，加入Cd,攪拌均勻后， 在爐內(nèi)靜置IOmin后，扒渣、用碳棒引流后，于鑄鐵模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。
[0022] 制備方法中，扒渣是指扒除熔體表面漂浮的木炭粉和金屬氧化產(chǎn)物，因浮渣的存 在會增加熔體的含氣量，并污染熔體本體。扒渣要求平穩(wěn)、徹底，防止浮渣卷入熔體內(nèi)。
[0023] 實施例2
[0024] 本實施例的套管外壁用新型鋅合金犧牲陽極材料的重量百分比成分為： A1:0. 20%、Cd:0. 15%、Mn:0. 15%、Mg:0. 1%、Ιη:0· 1%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡 0· 1%。
[0025] 根據(jù)合金配方，稱取各種合金元素，將電阻爐溫度設(shè)定在500°C，將鋅錠隨爐一起 加熱至全部熔化，撒入木炭粉保護(hù)，將稱量好的Zn-Al中間合金和MnO 2加入鋅液后，將爐溫 升至600°C，多次攪拌使反應(yīng)充分、溶解均勻后，將爐溫控制在500°C，加入Cd,攪拌均勻后， 在爐內(nèi)靜置IOmin后，扒渣、用碳棒引流后，于鑄鐵模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。
[0026] 實施例3
[0027] 本實施例的套管外壁用新型鋅合金犧牲陽極材料的重量百分比成分為：A1:0. 3%、 Cd:0. 2%、Μη:0· 2%、Mg:0. 15%、Ιη:0· 15%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡 0· 1%。
[0028] 根據(jù)合金配方，稱取各種合金元素，將電阻爐溫度設(shè)定在500°C，將鋅錠隨爐一起 加熱至全部熔化，撒入木炭粉保護(hù)，將稱量好的Zn-Al中間合金和MnO 2加入鋅液后，將爐溫 升至600°C，多次攪拌使反應(yīng)充分、溶解均勻后，將爐溫控制在500°C，加入Cd,攪拌均勻后， 在爐內(nèi)靜置IOmin后，扒渣、用碳棒引流后，于鑄鐵模具中澆鑄，自然冷卻凝固即可。
[0029] 實施例4
[0030] 對制備的鋅合金犧牲陽極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T17848-1999 規(guī)定，采用Princeton電化學(xué)綜合測試系統(tǒng)對本發(fā)明制備的鋁合金犧牲陽極材料進(jìn)行電化 學(xué)性能測試。
[0031] 試驗介質(zhì)：天然海水，試驗溫度：20°C
[0032] 陽極電化學(xué)性能測試結(jié)果：

【權(quán)利要求】
1. 一種套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料，其特征在于：該鋅合金陽極犧牲材料的化學(xué) 組成為 Zn-Al-Cd-Mn-Mg-In，按重量百分比計，A1:0. 15 ?0? 3%、Cd:0. 1 ?0? 2%、Mn:0. 1 ? 0. 2%、Mg:0. 1?0. 2%、In:0. 05?0. 15%，余量為鋅，雜質(zhì)含量彡0. 1% ;所述的雜質(zhì)是指殘留 在熔體內(nèi)的金屬氧化物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料，其特征在于：所述鋅合金 犧牲陽極材料按重量百分比計，A1:0. 15%、Cd:0. 1%、Mn:0. 1%、Mg:0. 1%、ln:0. 05%，余量為 鋅，雜質(zhì)含量< 〇. 1%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料，其特征在于：所述鋅合金 犧牲陽極材料按重量百分比計，A1:0. 20%、Cd:0. 15%、Mn:0. 15%、Mg:0. 1%、ln:0. 1%，余量為 鋅，雜質(zhì)含量< 〇. 1%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管外壁用鋅合金犧牲陽極材料，其特征在于：所述鋅合金 犧牲陽極材料按重量百分比計，A1:0. 3%、Cd:0. 2%、Mn:0. 2%、Mg:0. 15%、ln:0. 15%，余量為 鋅，雜質(zhì)含量< 〇. 1%。
【文檔編號】C22C18/04GK104372348SQ201310356346
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】周理志, 趙密鋒, 郭亮, 吳保玉, 謝俊峰, 宋文文, 毛學(xué)強(qiáng), 孟繁印 申請人:中國石油天然氣股份有限公司