一种套管外壁用锌合金牺牲阳极材料制造技术

本发明专利技术涉及一种套管外壁用锌合金牺牲阳极材料；该锌合金阳极牺牲材料的化学组成为Zn-Al-Cd-Mn-Mg-In，按重量百分比计，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%，余量为锌，杂质含量≤0.1%；该锌合金牺牲阳极材料在20℃进行电化学性能测试，电流效率均≥90，阳极腐蚀均匀，腐蚀产物疏松自动脱落，在60℃高温条件进行电化学性能测试，电流效率均≥80%，阳极腐蚀均匀，腐蚀产物疏松自动脱落，表明没有发生高温电位逆转现象，电化学性能优良，具有保护效果好、体积小、重量轻、易于安装、使用寿命长和成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种套管外壁用锌合金牺牲阳极材料
本专利技术涉及油田腐蚀与防护
，主要涉及一种套管外壁用锌合金牺牲阳极 材料。
技术介绍
随着油气田开发时间的延长，套管腐蚀损坏日益严重，给生产造成了不可估量的 损失，直接影响着油田的进一步开采，制约了油气田稳产和可持续发展，是油气田开发生产 中的一项重大技术难题。研究表明，油井套管腐蚀以外腐蚀为主，牺牲阳极阴极保护是公认 的控制外部腐蚀行之有效的技术。因此，合理的阴极保护设计将有效地延长套管的使用寿 命。 塔里木哈得4油田油气藏埋藏深度深，地层压力大，地层温度高，腐蚀环境复杂。 自1998年以来，采取简化井身结构，大段生产套管未进行封固，高温高压条件下，H 2S、C02、 高矿化度地层水及垢下腐蚀成为了套损发生的重要诱因。现场套管阴极保护所采用牺牲阳 极材料主要是国标Zn-Al-Cd合金阳极。 锌阳极的腐蚀行为与温度有很大关系，当温度超过55-60°C时，阳极表面覆盖层的 结构发生改变，例如从Zn (OH) 2改变为ZnO,而后者有电子导电性，因而锌阳极的电位将随温 度升高而变得正一些，甚至比钢铁的保护电位还要正。在这种情况下，锌/钢电偶对可能发 生电位逆转现象，不仅不能起到保护作用，反而会加速套管外壁的腐蚀。通过室内研究认为 标准Zn-Al-Cd合金在较高温度出现电位逆转与铝元素的含量过高有关。 因此，需要重新设计合金成分，严格控制合金中Al元素的含量，开发一种具备优 良电化学性能且能应用于现场高温腐蚀环境的新型锌合金牺牲阳极材料，用于保护套管外 壁。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种驱动电位大、电流效率高且能均匀溶解的套管外壁用锌 合金牺牲阳极材料，用于套管外壁阴极保护，有效解决国标GB/T 4950-2002提供的锌一 铝一镉合金牺牲阳极材料在井下高温环境中使用容易出现电位逆转和晶间腐蚀问题，降 低套管保护电位至-〇. 85V以下，延长套管使用寿命。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下： 本专利技术以GB/T4950-2002提供的Zn-Al-Cd合金为基础，通过严格控制Al元素的 含量，添加其他合金元素来满足现场高温环境应用要求。确定出新型锌合金阳极材料的化 学组成为Zn-Al-Cd-Mn-Mg-In，按重量百分比计，成分为：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%，余量为锌，杂质含量彡0· 1%。所述的杂 质是指残留在熔体内的金属氧化物。 所述锌合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为：A1:0. 15%、Cd:0. 1%、Μη:0. 1%、 Mg:0. 1%、Ιη:0· 05%，余量为锌，杂质含量< 0· 1%。 所述锌合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为：Al: 0. 20%、Cd: 0. 15%、 Mn:0. 15%、Mg:0. 1%、Ιη:0· 1%，余量为锌，杂质含量彡 0· 1%。 所述锌合金牺牲阳极材料按重量百分比计，成分为：Al:0. 3%、Cd:0. 2%、Mn:0. 2%、 Mg:0. 15%、In:0. 15%，余量为锌，杂质含量彡0. 1%。 本专利技术与现有技术相比，具有以下优点： 1、锰元素的加入可以使铝在锌中的溶解度提高，进一步稳定阳极活性，使自腐蚀 速度降低。锰含量0. 1?0.2%和铝含量0. 15?0.3%可以降低合金的极化率，自腐蚀速度 也变小； 2、Cd元素的添加可以与锌阳极中的杂质形成固溶体，减弱新合金的自腐蚀作用， 可以降低锌阳极中杂质铅的不利影响，活化阳极性能，提高电流效率； 3、锌合金中入铟元素在很大程度上改善了锌的放电性能，使其活化电位区增大， 有利于活性物质锌在电池放电时被充分利用，另外In元素还可以有效的抑制析氢腐蚀的 发生； 4、新型牺牲阳极材料具有良好的活化性能，腐蚀产物易脱落，且在高温环境中不 易出现电位逆转和严重的晶间腐蚀问题，，满足高温环境使用要求； 5、新型牺牲阳极材料电化学性能优良，经检测电流效率> 90%。 【具体实施方式】 下面通过实施例对本专利技术做进一步说明，需要说明的是下述的实例仅仅是本专利技术 其中的例子，不代表本专利技术所限定的权利保护范围，本专利技术的权利保护范围以权力要求书 为准。 实施例1 本实施例的套管外壁用新型锌合金牺牲阳极材料的重量百分比成分为： A1:0. 15%、Cd:0. 1%、Μη:0· l%、Mg:0. 1%、Ιη:0· 05%，余量为锌，杂质含量彡 0· 1%。 根据合金配方，称取各种合金元素，将电阻炉温度设定在500°C，将锌锭随炉一起 加热至全部熔化，撒入木炭粉保护，将称量好的Zn-Al中间合金和MnO 2加入锌液后，将炉温 升至600°C，多次搅拌使反应充分、溶解均匀后，将炉温控制在500°C，加入Cd,搅拌均匀后， 在炉内静置IOmin后，扒渣、用碳棒引流后，于铸铁模具中浇铸，自然冷却凝固即可。 制备方法中，扒渣是指扒除熔体表面漂浮的木炭粉和金属氧化产物，因浮渣的存 在会增加熔体的含气量，并污染熔体本体。扒渣要求平稳、彻底，防止浮渣卷入熔体内。 实施例2 本实施例的套管外壁用新型锌合金牺牲阳极材料的重量百分比成分为： A1:0. 20%、Cd:0. 15%、Mn:0. 15%、Mg:0. 1%、Ιη:0· 1%，余量为锌，杂质含量彡 0· 1%。 根据合金配方，称取各种合金元素，将电阻炉温度设定在500°C，将锌锭随炉一起 加热至全部熔化，撒入木炭粉保护，将称量好的Zn-Al中间合金和MnO 2加入锌液后，将炉温 升至600°C，多次搅拌使反应充分、溶解均匀后，将炉温控制在500°C，加入Cd,搅拌均匀后， 在炉内静置IOmin后，扒渣、用碳棒引流后，于铸铁模具中浇铸，自然冷却凝固即可。 实施例3 本实施例的套管外壁用新型锌合金牺牲阳极材料的重量百分比成分为：A1:0. 3%、 Cd:0. 2%、Μη:0· 2%、Mg:0. 15%、Ιη:0· 15%，余量为锌，杂质含量彡 0· 1%。 根据合金配方，称取各种合金元素，将电阻炉温度设定在500°C，将锌锭随炉一起 加热至全部熔化，撒入木炭粉保护，将称量好的Zn-Al中间合金和MnO 2加入锌液后，将炉温 升至600°C，多次搅拌使反应充分、溶解均匀后，将炉温控制在500°C，加入Cd,搅拌均匀后， 在炉内静置IOmin后，扒渣、用碳棒引流后，于铸铁模具中浇铸，自然冷却凝固即可。 实施例4 对制备的锌合金牺牲阳极材料进行电化学性能测试，参照标准GB/T17848-1999 规定，采用Princeton电化学综合测试系统对本专利技术制备的铝合金牺牲阳极材料进行电化 学性能测试。 试验介质：天然海水，试验温度：20°C 阳极电化学性能测试结果：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种套管外壁用锌合金牺牲阳极材料，其特征在于：该锌合金阳极牺牲材料的化学组成为Zn‑Al‑Cd‑Mn‑Mg‑In，按重量百分比计，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%，余量为锌，杂质含量≤0.1%；所述的杂质是指残留在熔体内的金属氧化物。

【技术特征摘要】
1. 一种套管外壁用锌合金牺牲阳极材料，其特征在于：该锌合金阳极牺牲材料的化学 组成为 Zn-Al-Cd-Mn-Mg-In，按重量百分比计，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%，余量为锌，杂质含量彡0. 1% ;所述的杂质是指残留 在熔体内的金属氧化物。2. 根据权利要求1所述的套管外壁用锌合金牺牲阳极材料，其特征在于：所述锌合金 牺牲阳极材料按重量百分比计，A1:0. 15%、Cd:0. 1%、Mn:0. 1%、Mg:0. 1%...

【专利技术属性】
技术研发人员：周理志，赵密锋，郭亮，吴保玉，谢俊峰，宋文文，毛学强，孟繁印，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11