Газовая коррозия: Газовая коррозия в технологических средах

alexxlab | 10.06.2023 | 0 | Разное

Газовая коррозия в технологических средах

В металлургии, химической промышленности множество процессов или их определенных стадий протекает в условиях повышенных температур и давлений. При низких температурах (100 – 200 °С) большинство газов и их смесей не представляет опасности. При повышенных температурах (выше 200 – 300 °С) и давлениях химическая активность газов сильно возрастает, и они начинают оказывать вредное влияние на металлы и сплавы.

При температуре выше 200 °С вредное воздействие оказывает хлор, а выше 300 °С – хлористый водород (HCl). С повышением температуры до 500 °С пары серы, диоксид серы (оксид серы (IV), сернистый ангидрид, сернистый газ, SO₂)  и диоксид азота (оксид азота (IV), бурый газ, NO₂) также становятся химически активными.

Поведение газов и их смесей необходимо хорошо изучить, т.к. в условиях металлургического либо химического производства вышеописанные ситуации встречаются достаточно часто.

В технологических средах часто встречаются следующие случаи газовой коррозии: водородная коррозия, обезуглероживание стали, сернистая коррозия, карбонильная коррозия, разрушение в среде хлора и хлористого водорода.

Водородная коррозия

Водородная коррозия – вид коррозионного разрушения, который наблюдается, в основном, в технологических средах, содержащих водород, при воздействии повышенных температур и давлений. Очень часто водородная коррозия наблюдается при гидрировании нефти и угля, синтезе метанола и аммиака и т.п.

При воздействии водорода металл может подвергаться двум видам разрушения: водородная коррозия и водородная хрупкость. Зачастую эти два вида протекают одновременно.

Водородная коррозия происходит вследствии химического взаимодействия водорода среды и карбидной составляющей стали. При повышенных температурах и давлениях водород, попадая на поверхность стального изделия, диссоциирует. Образовавшиеся атомы h3 очень подвижны, их диаметр составляет 0,1 нм.  Атомы водорода диффундируют вглубь металла, растворяясь в нем. Некоторая часть вступает в реакцию с углеродом:

C + 4H = CH₄

При остывании металла, водород переходит в газообразное состояние, создавая достаточно высокое внутреннее давление. Это охрупчивает металл. На поверхности появляются трещины, вздутия. Прочность стали  сильно уменьшается.

Обычно водородная коррозия появляется из-за нескольких причин:

– повышение внутреннего давления при образовании в порах CH₄ и в результате – растрескивание по границам зерен;

– обезуглероживание стали, которое происходит из-за восстановления водородом цементита (Fe₃C входит в состав сталей):

Fe₃C + 2H₂ = 3Fe + CH₄;

–    водород проникает вглубь стали, образуя хрупкий твердый раствор водорода в Fe.

У водородной коррозии есть, так называемый, инкубационный период, при котором какие-либо внешние признаки разрушения отсутствуют. В среднем этот период может составлять около 1000 часов (зависит от условий).

Расчеты по термодинамике показывают, что при повышенном давлении и температуре около 350 – 600 °С цементит почти полностью разрушается.

Реакция, при которой образуется СН₄ (метан) может протекать в сторону уменьшения объема, т. е. она обратимая. При повышении температуры равновесие реакции сдвигается вправо. Поэтому на нефтехимических производствах температуру поддерживают до 200 °С, при давлении около 50 МПа.

Скорость протекания водородной коррозии зависит не только от рабочих давлений и температур, но и от глубины обезуглероживания стали.

Обезуглероживание стали (декарбюризация)

Обезуглероживание стали (декарбюризация) –  процесс обеднения поверхностного слоя металла углеродом. Наблюдается при температурах свыше 650 °С.

Чаще всего процесс обезуглероживания стали протекает в окислительных атмосферах (O₂, H₂O, CO), но может происходить и в атмосфере водорода. Кислород окисляет сначала углерод, а потом только железо. Обезуглероживание стали проходит интенсивнее с увеличением в газовой среде количества углекислого газа, влаги и кислорода. Если газовая среда содержит больше угарного газа и метана – скорость декарбюризации уменьшается.

Процесс восстановления цементита Fe₃C является основой процесса обезуглероживания стали:

Fe₃C + ½O₂ = 3Fe + CO

Fe₃C + CO₂ = 3Fe + 2CO

Fe₃C + H₂O = 3Fe + CO + H₂

При температуре выше 650 °С атомы углерода более подвижны, чем атомы основного металла (железа), коэффициент диффузии атомов углерода также превышает коэффициент диффузии атомов Fe. Обезуглероживание стали протекает тогда, когда углерод диффундирует быстрее, чем окисляется железо.

Обезуглероживание сопутствует очень многим технологическим процессам, таким, как разнообразные реакции горения, окислительного крекинга и др. Сталь, подвергшаяся декарбюризации, теряет свою прочность и твердость, тем самым ухудшается ее качество, сокращается срок службы готовых изделий.

Декарбюризация (обезуглероживание стали) наблюдается после образования пленки оксидов на поверхности металла. С утолщением пленки окалина образуется медленнее, при этом обезуглероженный слой утолщается (может уходить на несколько миллиметров вглубь основного металла).

Для уменьшения степени обезуглероживания в сталь вводятся добавки вольфрама и алюминия. Незначительное влияние оказывают хром, марганец и кобальт.

Сернистая коррозия (коррозия в среде серы)

Различные соединения серы оказывают большое влияние на высокотемпературную газовою коррозию. Самым вредным и опасным среди таких соединений является сероводород (даже более чем сернистый ангидрид).

Сернистый ангидрид (SO₂) выделяется в результате многих технологических процессов. Под воздействием этого соединения при температуре свыше 300 °С образуется на поверхности черных металлов слоистая окалина, которая состоит из FeS, FeO и Fe₃O₄.

Очень негативное влияние оказывает сернистый газ на чугун. При температурах выше 400 °С детали из чугуна окисляются изнутри, идет увеличение объема до 10%. Сильно уменьшается  прочность чугунных изделий, наблюдается коробление, появляются  поверхностные трещины и деталь разрушается. Это явление получило название «рост чугуна». Максимальное повреждение наблюдается при температуре около 700 °С.

Карбонильная коррозия

Карбонильная коррозия часто наблюдается в технологических средах, а именно, в случаях, когда при повышенном давлении и температуре протекают процессы с участием углерода (II). Карбонильная коррозия наблюдается при конверсии окиси углерода и метана,  получении бутилового и метилового спиртов и т. д.

Оксид углерода при  нормальном давлении и температуре по отношению к металлам инертен. Но при повышенных значениях температуры и давления CO реагирует с большинством металлов. В результате такого взаимодействия  образуются карбонилы. Например, процесс образования карбонила железа описывается реакцией:

Fe + nCO = Fe(CO)_n

С оксидом  углерода железо может образовать три вида карбонилов: Fe(CO)₅ (пентакарбонил), Fe(CO)₄ (тетракарбонил) и Fe(CO)₉ (нонакарбонил). При повышении температуры все эти соединения разлагаются, т.к. не обладают достаточной устойчивостью. Наибольшей стойкостью, среди вышеперечисленных карбонилов железа, обладает пентакарбонил, который  почти полностью диссоциирует на CO и Fe уже при температуре выше 140°С. Оксид углерода может образовывать подобные соединения со многими металлами.

Карбонильная коррозия протекает только в верхних слоях. Разрыхление и разрушение поверхностного слоя металла в глубину может достигать до 5 мм.   Глубже структура не меняется.

При высоких температурах (до 700°С) и давлениях (до 35 МПа) для защиты от карбонильной коррозии металлов можно применять хромоникелевые стали, в состав которых входит около 20% Ni и 23% Cr, хромистые с содержание хрома 30%, а также марганцевые бронзы.  Менее легированные стали (например, Х18Н9) можно использовать в случаях, когда давление и температура несколько ниже 700°С.

Карбонильная коррозия наблюдается также при синтезе мочевины. В качестве исходного сырья для получения CO(NH₂)₂ используется углекислый газ и NH₃. Сам процесс протекает при давлении в 20 МПа и температуре 175 – 190°С. Для изготовления аппаратов, в которых протекают основные процессы синтеза, нержавеющие хромистые стали абсолютно не подходят. Самой высокой стойкостью к карбонильной коррозии в данных условиях обладает  хромоникелевая сталь, в состав которой входит медь и  молибден, а также некоторые молибденовые стали. Для повышения коррозионной устойчивости основных агрегатов, в которых проходит синтез мочевины, необходима  очистка газов от сероводорода, а также обязательное введение в систему O₂ в количестве  0,5-1 об. % от содержания углекислого газа.

Коррозия в среде хлористого водорода и хлора

В среде газообразного хлора и хлористого водорода металлы  ведут себя не так, как в других агрессивных средах. Дело в том, что при воздействии хлористого водорода и газообразного хлора на поверхности металла образуются  хлористые соли. Эти соединения обладают низкой температурой плавления, а в некоторых случаях, при сильном повышении температуры, они возгоняются (Т возгонки AlCl₃ –  192°С). Почти все аналогичные процессы проходят с  выделением тепла (положительный тепловой эффект).  В результате нагрева хлориды, которые образовались на поверхности металла, плавятся и разлагаются (нарушается их структура).

Хлоридные пленки не обладают высокими защитными свойствами.

В атмосфере сухого хлора при низких температурах очень многие металлы обладают хорошей устойчивостью. Но при нагревании  металл начинает реагировать с хлором и происходит воспламенение (протекает экзотермическая реакция). Температура, при которой происходит воспламенение, во многом определяется природой металла и зависит от величины теплового эффекта.

Температуры воспламенения некоторых металлов в среде сухого хлора:

– свинец – 90 – 100°С;

– железо и сталь – около 150°С;

– титан – около 20°С;

– никель – около 500°С;

– медь – 200°С.

Многие сплавы и металлы при комнатной температуре обладают удовлетворительной стойкостью и в среде хлористого водорода. Но с повышением температуры постепенно идет снижение стойкости. У каждого металла существует своя  максимальная температура, при которой он еще относительно стойкий.

Если не  считать благородных металлов, то в среде сухого хлора наибольшей стойкостью обладает никель и сплавы на его основе. Платина в среде хлористого водорода и хлора устойчива до температуры 1200°С.

На хромоникелевых сплавах (сталях) и самом никеле образуются поверхностные пленки, которые обладают  нормальными защитными свойствами и малой летучестью.

Газовая коррозия

Газовая коррозия – химический процесс окисления металлов при высоких температурах в отсутствии жидкой воды, когда конденсация влаги на поверхности нвозможна. Газы, которые могут вызывать коррозию: водяной пар (Н₂О), кислород, диоксиды серы, углерода монооксид углерода, оксиды азота, галогены, водород и сероводород. Газовой коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин, металлы в процессе термической обработки и пр. В результате газовой коррозии на поверхности металла могут образоваться оксиды, сульфиды и др. соли. Газовая коррозия зависит от многих факторов: свойств окислителей и скорости движения газа, их концентрации, температуры (или перепадов температур). В случае коррозии сплавов имеет значение тип сплава (твердый раствор, интерметаллическое соединение или сплав эвтектического состава).

В основе коррозионных процессов как при любом окислении лежит хемосорбция кислорода (если среда – воздух).

Если на металле образуется тончайший слой оксида, имеющий толщины порядка десятков ангстрем, оксидная пленка начинает защищать металл от дальнейшего окисления. Способность металлов сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах называется жаростойкостью, а сохранять в этих условиях механические свойства – жаропрочностью. Металл может быть жаропрочен, но не жаростоек и наоборот. Например: алюминиевые сплавы жаростойки, но не жаропрочны уже при 400-450°С; вольфрамовая сталь – при 600-700°С жаропрочна, ноне жаростойка. Эффективное сочетание жаростойкости и жаропрочности достигается в сплавах никель-хром-алюминий.

Первой стадией взаимодействия является хемосорбция атомов кислорода на поверхности металла. Приставка «хемо» показывает, что протекает процесс сопровождается химическим взаимодействием атомов металла и кислорода. Связь – ионная, но отличается от химической связи кислорода с металлом в оксиде, она значительно прочнее, т.к. атом кислорода испытывает действие поля, создаваемого нижележащими атомами металла.

Насыщение поверхности металла хемосорбированным кислородом происходит практически мгновенно. Затем при низких температурах может иметь место физический процесс адсорбции кислорода за счет ван-дер-ваальсовых сил поверх хемосорбированного слоя. В случае термодинамической стабильности оксида хемосорбированный слой быстро переходит в состояние оксидной пленки, перестройки атомов металла и кислорода, соответствующей их пространственному распределению в оксиде.

Образующиеся оксидная пленка может обладать защитными свойствами, т.е. затрудняет проникновение реагентов – металла и кислорода – к друг другу. Защитные свойства пленки оцениваются по скорости окисления металла и характеру изменения этой скорости во времени. Кроме того, защитными свойствами обладают пленки, покрывающие поверхность металла сплошным слоем. Возможность образования такой пленки определяется следующим условием: молекулярный объем оксида на поверхности металла V

окс должен быть больше объема металла V_ме, израсходованного на образование молекулы оксида. В противном случае образующегося соединения не хватает. Чтобы покрыть сплошным слоем поверхность металла, в результате чего пленка получается пористой, рыхлой. Таким образом, если V_окс/ V_ме 1, то пленка не может быть сплошной; если V_окс/ V_ме1, то может образоваться сплошная пленка. Пористая оксидная пленка, с низкой адгезией по отношению к металлу, защитными свойствами не обладает (щелочные, щелочно-земельные металлы и железо).

Рассмотрим примеры уравнений реакций газовой коррозии при высоких температурах, например в кислородной атмосфере:

4Ag + O₂ = 2Ag₂O 2Fe +O₂ = 2Fe0 3Fe +2O₂ = Fe₃0₄

При повышенных температурах металлы более активны по отношению к кислороду, чем при низких. При нагревании оксида металла до некоторой критической температуры происходит его термическое разложение, т.е. указанные процессы идут справа налево. Мерой устойчивости оксида следует считать давление газообразного кислорода над этим оксидом (в закрытом сосуде) – это называется давлением диссоциации. Оксид начинает образовываться на поверхности металла только при такой температуре, при которой давление диссоциации меньше, чем давление кислорода в газовой смеси (в воздухе, дыме), с которой контактирует металл.

Для серебра давление диссоциации уже при 400^оС превосходит давление кислорода в воздухе, поэтому при температурах, превышающих это значение, коррозии серебра не происходит. Некоторые металлы образуют летучие оксиды, которые обнажают поверхность металла (молибден, вольфрам, ниобий, рений). В случае оксида железа, давление диссоциации которого очень мало, окисление железа происходит как при низких, так и при высоких температурах – порядка 2000^оС. Также ведут себя никель, медь, алюминий. Таким образом, стабильность оксида является необходимым условием начала процесса коррозии.

Дальнейшее окисление также зависит от свойств оксида. Если на поверхности образуется сплошная хорошо пристающая к поверхности металла пленка (обладает высокой адгезией), то доступ кислорода к ней затрудняется, коррозия замедляется, а затем и прекращается (цинк, никель, алюминий).

Такие металлы достаточно коррозионно стойкие, толщина их оксидных пленок может быть от 5-10 до нескольких тысяч ангстрем. Однако в реальных условиях температура нагрева постоянно изменяется. Металл нагревается и охлаждается, что приводит к возникновению механических напряжений в слое металл-оксид. Оксидная пленка, обычно не обладая достаточной упругостью и пластичностью, отслаивается от металла; участки поверхности оказываются не защищенными, и вновь окисляются даже у металлов прочной оксидной пленкой.

Процессы газовой коррозии существенно ускоряются, если в составе газовой атмосферы присутствуют диоксид углерода, соединения серы. Образующиеся карбонаты, сульфиды и сульфаты термически разлагаются, обнажая поверхность металла, а вновь образовавшаяся оксидная пленка более пористая, чем та, которая образуется в чисто кислородной атмосфере.

Fe +2H₂O = Fe(0H)₂ + H₂

Fe +2H₂S + O₂ = 2FeS + 2H

2O

2Fe +3SO₂ + 3O₂ = Fe₂(S0₄)₃

8Fe +6NO₂ = 4Fe₂0₃ + 3N₂

xMe + yCO₂ = Me_xO_y + yCO

5CO + Fe = Fe(CO)₅

Действие водорода под высоким давлением на сталь сводится к тому, что он растворяется в железе, что приводит с одной стороны к увеличению его жесткости и хрупкости, с другой – водород взаимодействует с карбидом железа (цементитом) с образованием метана. Все это приводит к потере прочности и упругости стальных изделий: Fe₃C + 2H₂ = 3Fe + CH₄

В качестве примера газовой химической коррозии, которая идет в жидких неэлектролитах (органических средах), можно привести коррозионную активность нефти и нефтепродуктов, которые содержат сероводород, серу и меркаптаны (органические производные серы типа R-SH, R-S-SH) и вызывают коррозию железа, меди, свинца, олова, кобальта, никеля, кадмия, серебра с образованием сульфидов.

Кислотная газовая коррозия – Главная

Кисло-сладкий

При растворении в водных растворах кислые газы, такие как CO ₂ или H ₂ S, могут вызывать сильную коррозию и приводить к множественным отказам и утечкам в нефтегазовой промышленности. Эти газы считаются основными источниками внутренней коррозии НКТ, транспортных трубопроводов, а иногда и последующего технологического оборудования. В то время как среды, содержащие преимущественно CO ₂ , считаются сладкими, те, которые содержат достаточное количество H ₂ S, вызывающие растрескивание материала механизмами, указанными в ISO 15156, называются кислотными.

Интенсивность коррозии кислыми газами зависит от различных параметров, таких как тип материалов, температура, парциальное давление, скорость жидкости (напряжение сдвига), химический состав жидкой фазы и т. д. В зависимости от состава металла или сплава и микроструктуры, кислая газовая коррозия может проявляться как равномерная и локальная коррозия. H

2 S также может привести к растрескиванию под воздействием окружающей среды. Различные формы коррозии, возникающие из-за кислых газов, включают, например, точечную коррозию, меза-атаку, сульфидное растрескивание под напряжением (SSC) и многое другое.

Защитные пленки и локальная коррозия

При коррозии кислыми газами решающую роль играют продукты коррозии. Коррозионные пленки и отложения могут определять (i) вероятность стабилизации или ускорения коррозии и (ii) вероятность перехода к точечной коррозии или растрескиванию. Пленки карбоната железа, первичный продукт коррозии, образующийся в средах с преобладанием CO ₂ , имеют тенденцию снижать равномерную скорость коррозии углеродистой стали, действуя как диффузионный барьер. Однако локальная коррозия может возникнуть, когда FeCO ₃ пленка повреждена локально или когда химический состав воды способствует образованию пористого слоя, в отличие от предпочтительной компактной пленки.

Присутствие H ₂ S приводит к сложным коррозионным реакциям. Условия эксплуатации и продолжительность определяют характер сульфидов железа (Fe _x S _y ), которые выпадают в осадок на поверхности углеродистых и низколегированных сталей. Различные стехиометрические соотношения между Fe и S могут способствовать возникновению различий в характеристиках и, следовательно, коррозии нижележащих металлов.

Присутствие H ₂ S может также приводить к растрескиванию под воздействием окружающей среды в форме SSC, водородного растрескивания (HIC), ориентированного под напряжением водородного растрескивания (SOHIC) и гальванически индуцированного водородного напряжения. крекинг (GIHSC). В некоторых типах низколегированных сталей при воздействии среды H ₂ S сообщалось об удлиненных ямках и канавках. Неясно, как образуются траншеи и могут ли они способствовать SSC, как это предлагается некоторыми авторами.

Исследование коррозии под действием кислых газов в Curtin

Curtin Corrosion Center располагает современным исследовательским оборудованием, которое может имитировать сложные условия эксплуатации; например, от окружающей среды до работы при высоком давлении и высокой температуре (HPHT), от застойных до турбулентных режимов потока, от однофазных до двухфазных систем (масло/вода или газ/вода) и от бессернистых (CO ₂ ) до высококислых (H ₂ S) систем. Коррозионное поведение и предотвращение коррозии металлов, находящихся в средах, содержащих кислые газы, часто изучаются в средах, содержащих CO 9 .0005 2 , H ₂ S — чаще газовые смеси — и температуры, имитирующие полевые условия.

Наши исследователи и студенты хорошо обучены проведению сложных экспериментов по коррозии и анализу данных от электрохимических методов до испытаний на растрескивание под воздействием окружающей среды, а также расширенных характеристик поверхности и материалов.

Мы проводим эксперименты в соответствии с отраслевыми стандартами, а также адаптируем экспериментальные проекты в соответствии с конкретными требованиями к полевому воздействию. Наш опыт варьируется от фундаментальных исследований механизмов коррозии, исследований отказов до рекомендаций по предотвращению и управлению коррозией.

Воздействие ртути

В сотрудничестве с исследователями Школы горного дела штата Вашингтон: полезные ископаемые, энергетика и химическая инженерия (WASM:MECE) Коррозионный центр Кертина недавно накопил уникальный опыт и первые в мире возможности для исследования влияния элементарных паров ртути (Hg ⁰ ) на механизмы, кинетику и защитные свойства накипи, образующейся на углеродистых и низколегированных сталях в СО

2 – и Н ₂ S-содержащих средах.

Узнайте больше об исследованиях Curtin Corrosion Center.

Механическая коррозия

Механическая коррозия относится к наиболее опасным и дорогостоящим формам коррозии. Войдите, чтобы узнать, как Коррозионный центр Кертина изучает коррозию, вызванную или вызванную механическими процессами.

Управление целостностью

Адекватные стратегии управления целостностью должны применяться систематически. На этой странице вы узнаете больше о нашей деятельности по управлению добросовестностью.

Крупномасштабные промышленные исследования

Исследователи Коррозионного центра Кертина объединяют промышленный и академический опыт, что привело к созданию передовых крупномасштабных исследовательских центров.

Буклет Центра коррозии Curtin 2020

Скачать PDF

Основы коррозии и накипи при добыче нефти и газа

Накипь и коррозия могут быть основной причиной отказа оборудования и других проблем. Снижение и контроль коррозии во многих случаях являются одним из основных способов, которыми вы будете тратить свое время на аренду нефти и газа. Чаще всего это проблема со скважинами, которые дают много воды. Вы можете увидеть несколько примеров эффектов коррозии и образования накипи в Фигуры 1 и 3 .

 

Основные сведения о накипи и коррозии

Любая реакция между металлом и окружающей его средой, которая приводит к разрушению металла, называется коррозией. Окружающая среда в скважине и на поверхности часто является идеальным местом для возникновения коррозии. Многие вещи могут вызывать коррозию, но все они связаны с химической или электрохимической реакцией. Химическая коррозия включает в себя реакцию, которая создает новое соединение, которое забирает молекулы из металла, в конечном итоге разрушая его. Типичным примером такого рода коррозии является оксид железа или ржавчина.

Рис. 1. На фото несколько корродированных деталей, в том числе детали глубинного насоса и разорванный шток.

Рис. 2. Поперечное сечение трубки, показывающее образование накипи.

Электрохимическая коррозия связана с электрическим током, который обычно возникает естественным путем между двумя различными типами металла. Металл отдает электроны для создания тока, что приводит к пробою металла.

Ряд других факторов может привести к коррозии. РН и химический состав почвы, тип климата и многое другое могут привести к коррозии. Микробиологическая коррозия, вызванная микроскопическими организмами, может быть обычным явлением в некоторых областях.

 

Коррозия CO2

Иногда называемая сладкой коррозией, распространена на юге США и в других регионах мира. Углекислый газ можно найти в газе, воде, нефти и других жидкостях, добываемых из скважины. Нефть с высоким содержанием углекислого газа трудно перерабатывать, поэтому для ее обработки необходимо построить специальные нефтеперерабатывающие заводы. Большинство из них расположены вокруг Мексиканского залива. Эти НПЗ перерабатывают большую часть нефти с высоким содержанием углекислого газа, поскольку их строительство обходится дорого.

Двуокись углерода состоит из одного атома углерода, связанного с двумя атомами кислорода. При соединении с водой углекислый газ может образовывать угольную кислоту. Это очень агрессивное вещество, с которым может быть опасно работать. Углекислота также вызывает коррозию, особенно стальных деталей. Железо в трубках, фитингах и других компонентах вступает в реакцию с кислотой с образованием карбоната железа, который не такой прочный, как сталь. На компонентах, особенно внутрискважинных, могут образоваться ямки или трещины. Купоны коррозии представляют собой куски металла, в идеале того же типа, что и используемые в конструкции компонентов, которые можно вставлять в линии. Их можно вынуть через определенный период времени и проанализировать, чтобы определить, насколько они подверглись коррозии. Используя эту информацию, можно оценить коррозионное повреждение остальной части системы. Измерения штангенциркулем также могут использоваться для измерения коррозии. Штангенциркулем, приспособлением с несколькими металлическими «пальцами», управляют внутри трубы, чтобы найти питтинг и трещины. Различные химические вещества, сплавы и покрытия могут использоваться для уменьшения коррозии углекислым газом.

 

Сероводородная коррозия

Чуть менее половины всех скважин сероводород добывается из скважины вместе с нефтью, водой и газом. Как правило, количество сероводорода увеличивается в течение срока эксплуатации скважины. Когда это химическое вещество соединяется с водой, оно образует серную кислоту. Это очень агрессивное и опасное вещество. Коррозию, вызванную серной кислотой, часто называют кислотной коррозией. Эта кислота довольно легко образуется и может вызвать сильную коррозию ниже уровня воды в резервуарах.

Меры по предотвращению кислотной коррозии аналогичны мерам по предотвращению сладкой коррозии. Использование химикатов, коррозионностойких фитингов и компонентов, а также футеровки может существенно снизить ущерб. Направление химикатов вниз в кольцевое пространство также может быть полезным для борьбы с коррозией в скважине.

Если концентрация сероводорода слишком высока, при замере и проверке масла может потребоваться надевание противогаза.

Рисунок 3. При работе в этом месте необходимо использовать респиратор из-за высокого содержания сероводорода.

 

Кислородная коррозия

Окисление является наиболее распространенной формой коррозии. Все сталкивались с этим; ржавчина, которую вы увидите на металлических перилах или инструментах, — это окисление железа. Окисление также может происходить с большинством металлов, включая алюминий. Любая кислородная коррозия ослабляет металл, делая его хрупким. Когда сладкая коррозия и кислородная коррозия сочетаются, повреждение может быть ускорено. Предотвращение контакта кислорода со стальными или другими металлическими компонентами является основным первым шагом в предотвращении кислородной коррозии; окраска металлических компонентов является распространенным способом предотвращения кислородной коррозии.

Другие меры по предотвращению коррозии включают поддержание слоя масла над водой, предотвращающего контакт с ней кислорода. Система, которая предотвращает контакт открытой атмосферы с водой, добываемой в скважине, называется закрытой системой. И наоборот, система, открытая для воздуха, называется открытой системой. Скважины, которые работают с обсадным клапаном, открытым для воздуха, рискуют увеличить коррозию. Иногда выбирают открытые системы, потому что часто возникает ржавчина; небольшое количество ржавчины может выступать в качестве барьера между металлом и воздухом, а также помогает предотвратить другие виды коррозии. Операции заводнения также могут добавить кислород в систему, что приведет к усилению коррозии.

 

Электрохимическая коррозия

Обычно существует два типа электрохимической коррозии; один вызван утечкой электрического тока в окружающую среду. Другой, более распространенный тип – это результат использования основного и естественного аккумуляторного элемента.

Ток в окружающей среде иногда может быть преднамеренным и использоваться для питания оборудования. Чаще всего это результат несчастного случая или стихийного бедствия. Например, дуновение ветра может вызвать статическое электричество. Плохо заземленная проводка также может привести к прохождению тока по металлическим трубам.

Для второго типа требуется какая-то кислая жидкость, поэтому он встречается в скважине или во влажной земле. Электроны перетекают от одного металла к другому, от анода к катоду. Методы предотвращения такого рода коррозии называются катодной защитой и обычно включают изменение электрического тока для защиты металла.

 

Накипь

Накипь образуется из взвешенных в жидкости отложений, выпадающих в осадок и покрывающих поверхность металла или камня. В контексте бурения вода обычно несет минералы в растворе, когда течет к забою скважины. На самом деле накипь может быть проблемой в горной породе, ведущей к стволу скважины, а не только в скважине и другом оборудовании. Накипь может фактически закупорить пласт и перфорационные отверстия в скважине. Он также может забивать НКТ и выкидные линии и препятствовать перемещению НКТ и другого оборудования вверх и вниз по скважине. Он также может собираться и образовывать твердое вещество на дне резервуаров для хранения. Он также может действовать как катализатор электрохимической коррозии, увеличивая причиняемый им ущерб.

Чешуя может быть остановлена ​​или, по крайней мере, замедлена в формации. Химикаты можно закачивать в скважину, чтобы предотвратить накопление накипи. Регулировка кислотности скважины также может помочь уменьшить образование накипи. Методы гидроразрыва пласта также могут помочь вскрыть пористость пласта.

Рис. 4. Устье скважины с оборудованием для предотвращения накипи. На заднем плане показан резервуар для хранения химикатов, а слева от устья скважины насос и нагнетательный тройник.

Как и в случае с коррозией, существуют покрытия, которые можно использовать для предотвращения образования накипи. Есть несколько разновидностей, которые можно наносить как краску на оборудование, используемое с проточными колодцами. Насосы в конечном итоге повредят покрытие, поэтому вместо этого в скважину циркулируют химические вещества, которые в конечном итоге покрывают насос и другое оборудование.

У операции могут возникнуть проблемы с масштабированием по многим причинам; иногда накопление неизбежно. В этом случае может потребоваться разобрать систему, очистить накипь, а затем собрать все обратно. Химические вещества можно использовать для удаления масштаба внутри оборудования, а также его можно высверлить. Однако это может потребовать довольно много работы, требуя, чтобы рабочий вошел в резервуар с соблюдением всех необходимых требований безопасности.

Вы также можете предпринять некоторые шаги, чтобы уменьшить воздействие накипи при строительстве устья скважины и резервуарного парка. Жесткие повороты, как правило, в трубе с большей вероятностью засоряются, а повороты с большим радиусом вызывают меньше проблем.