Корозія газрпромислового обладнання. Захист свердловинного і наземного обладнання від корозії

Причини і характер корозії. Корозія газопромислового обладнання пов'язана з на­явністю в пластовому газі агресивних компонентів: сірководню, вуглекислого газу, кислот жирного ряду (мурашиної, пропіонової, щавлевої, масляної). Агресивні компоненти в при­сутності води (підошовної, крайової, конденсаційної) вступають з металами в хімічну ре­акцію і викликають корозію внутрішньої поверхні свердловинного і наземного обладнання.

Трубопроводи в процесі експлуатації додатково зазнають зовнішньої корозії під дією ґрунто­вого електроліту.

Розрізняють хімічну та електрохімічну корозію. Під хімічною корозією розуміють про­цес взаємодії металу з корозійно-агресивними компонентами пластової продукції та експлу­атаційними матеріалами і реагентами, які призводять до руйнування металу без виникнен­ня в ньому електричного струму. Для попередження цього виду корозії в робочі рідини, як правило, вводять присадки. Електрохімічна корозія пов'язана з процесами, які відбуваються на поверхні металу в присутності електроліту, і супроводжується протіканням в металі електричного струму. Для захисту від електрохімічної корозії необхідно впливати або на метал, або на середовище, що досягається, наприклад, застосуванням інгібіторів ко­розії, присадок, покриттям металічної поверхні. Крім основних видів корозії, спо­стерігається також біокорозія металічної поверхні.

Свердловини, трубопроводи і обладнання газових промислів піддаються переважно електрохімічній корозії під дією атмосфери, пластових і фунтових вод, зовнішнього джере­ла струму і блукаючих струмів. Хімічна корозія характерна для трубопроводів і обладнання газопереробних заводів при перекачуванні та переробці сірчистих конденсатів. Прикладами газової хімічної корозії є руйнування лопаток газових турбін газоперекачувальних агрегатів і димогарних труб котельних установок.

За характером корозійноого руйнування розрізняють суцільну корозію - рівномірну і нерівномірну, залежно від швидкості корозії на різних ділянках поверхні, і місцеву корозію - точкову, плямами (виразкову), щілинну (у фланцевих і різьбових з'єднаннях), корозійне розтріскування за рахунок одночасної дії агресивного середовища і розтягуючих напруг. У випадку високих швидкостей руху газорідинного потоку і наявності в продукції механічних домішок корозія посилюється за рахунок ерозії (абразивного стирання) металічної поверхні і зриву з неї захисної плівки рідини.

Найбільш інтенсивна корозія спостерігається в місцях руху електроліту. Корозією в па­ровій фазі в більшості випадків можна нехтувати.

Інтенсивність і характер корозії окремих елементів газопромислового обладнання зале­жить від умов його роботи. Узагальнення даних з вуглекислотної корозії на газоконденсат­них родовищах Краснодарського краю засвідчує, що корозія фонтанних труб починається з глибини 800-1200 м, зростаючи у напрямі гирла. Однак при високій температурі та мінералізації пластової води кородіює практично вся колона труб. Швидкість корозії гладкої частини труб становить 0,2 —1 мм/рік, нижніх кінців труб і різьбових з'єднань — близько 4 мм/рік. У фонтанній арматурі найбільша корозія спостерігається у місцях різкої зміни на­прямку руху газорідинного потоку (поворотах, виступах) і носить в основному виразковий характер. Швидкість корозії ущільнюючих кілець фонтанної арматури становить 7-8 мм/рік, трійників, котушок, засувок - 4-7 мм/рік.

У промислових газопроводах максимально кородіює нижня частина труб, в місцях руху електроліту. У верхній частині труб швидкість корозії значно менша. Характер корозії пере­важно рівномірний, проте на окремих ділянках спостерігається точкова і виразкова корозія. Швидкість корозії не перевищує 1-2 мм/рік. Обладнання УКПГ кородіює рівномірно зі швидкістю до 0,04 мм/рік. У місцях повороту і понижених місцях можлива точкова і вираз­кова корозія.

Контроль за процесом корозії проводиться шляхом візуального огляду засувок, трійників, труб, сепараторів при їх ремонті; визначення швидкості корозії за контрольними зразками, які встановлюються безпосередньо у вузлах обладнання (за втратою маси ма­теріалу за час випробування); аналізу продуктів корозії, відібраних з внутрішньої поверхні обладнання і контрольних зразків; аналізу проб пластової рідини на вміст іонів заліза, а та­кож за даними моделювання процесу корозії на стендах в лабораторних умовах чи змонто­ваних безпосередньо на свердловині або на ККПГ.

Одним з найбільш агресивних компонентів у складі природного газу, який викликає інтенсивну корозію промислового обладнання, є сірководень. Взаємодія металу з сірководнем у водному середовищі призводить до утворення сульфіду заліза та атомарного водню. Частина атомарного водню не з'єднується в молекули і проникає в метал, внаслідок чого він стає крихким і неміцним. Встановлено, що небезпека сульфідного розтріскування металу збільшується з ростом міцності металу на плинність і розрив. При одночасному вмісті в газі H₂S і СО₂ основний вплив на корозію чинить H₂S. Інтенсивність корозії зале­жить від концентрації агресивних компонентів у газі, тиску і температури, кількості води в продукції свердловини, ступеня і характеру її мінералізації, кількості та складу конденсату, швидкості та режиму руху газорідинного потоку, характеристики металу обладнання.

При інших рівних умовах швидкість корозії збільшується зі зростанням концентрації і парціального тиску H₂S і СО₂ в газі, загального тиску і температури, вмісту органічних кис­лот, мінералізації (кислотності) води, турбулентності і швидкості руху газорідинного пото­ку, розтягуючих напруг в колоні ліфтових труб, вмісту абразивних компонентів у потоці. При заданій концентрації H₂S і СО₂ в газі збільшення об'єму води вище певного значення помітно знижує інтенсивність корозії внаслідок зменшення кількості агресивного компонен­ту, розчиненого у воді. Швидкість вуглекислотної корозії в жорсткій воді більша, ніж у лужній. Для сірководневої корозії характерна протилежна залежність. У присутності вугле­водневого конденсату швидкість корозії зменшується внаслідок змочування вуглеводнями поверхні металу з утворенням захисної плівки.

Методи захисту газопромислового обладнання від корозії. На практиці застосовують такі методи боротьби з корозією свердловинного і наземного обладнання.

1. Використання корозійно-стійких сталей і сплавів. Для виготовлення газопромислово­го обладнання використовують термооброблені нержавіючі вуглецеві, низьколеговані та ви-соколеговані сталі марок Х13, 2X13, Х8, Х9М, 12Х1МФ, 1Х18Н9Т, 18Х1ГШФ та ін, імпортні сталі марок С-75, АР-10М4, АФ-2205, Sonicro 28 та ін., сплав ХН4ОМДТЮ (ЕП-5439-НД), алюмінієві сплави Д16Т, Д16АТ та ін. Обмеженнями в широкому застосуванні цього високонадійного методу боротьби з корозією є дефіцит і висока вартість нержавіючих сталей.

2. Застосування металічних і неметалічних покрить. Для покриття внутрішньої по­верхні газопромислового обладнання використовують металічні та неметалічні покриття. Стосовно корозійної дії металічні покриття діляться на анодні й катодні. У катодних покрит­тях метал покриття (хром, нікель, свинець, мідь та інші метали, більш благородні, ніж залізо) в можливому корозійному процесі є катодом, а сталь - анодом. В анодних покриттях метал покриття (цинк, кадмій, алюміній та інші метали, менш благородні, ніж залізо) в можливому корозійному процесі є анодом, а сталь- катодом. До неметалічних покрить на­лежать органічні матеріали: пластмаси, епоксидні смоли, бакелітовий лак, епоксидно-ба­келітові лакофарбові композиції гарячого твердіння БЕЛ-50, БЕЛ-70, ФЛ-777, матеріали на основі каучука, бітумно-асфальтові композиції і неорганічні матеріали, сплави різних силікатів, скляні покриття, які одержують на поверхні металу хімічною або елект­рохімічною обробкою тощо.

Для захисту зовнішньої поверхні заглибних газопроводів від фунтової корозії застосову­ють ізоляційні покриття на основі бітумно-гумових і бітумно-полімерних мастик, зверху яких наноситься шар обгорткового матеріалу (склополотно, шлімерно-дьогтьобітумні або полімерно-гумо-дьогтьобітумні обгортки, брізол, гідроізол, руберойд, склоруберойд,.. обгор­ткова толь); полімерні липкі стрічки з полівінілхлориду або поліетилену; імпортні стрічки "Плайкофлекс 340-20", "Плайкофлекс 340-30", "Полікен 980-20", кам'яновугільний пек (важкий залишок від перегонки кам'яновугільного дьогтю); епоксидні та інші смоли (поліефірні, вінілові); обгорткові неткані матеріали та ін.

3. Застосування інгібіторів корозії. Антикорозійні інгібітори створюють захисну плівку на поверхні металу, яка перешкоджає контакту металу з електролітом. За розчинністю в пластовій рідині (воді і вуглеводнях - газовому конденсаті, нафті) розрізняють водорозчинні інгібітори; нафторозчинні інгібітори; інгібітори, які розчиняються у воді та диспергуються у вуглеводневих рідинах; інгібітори, які розчиняються у вуглеводневих рідинах і диспергу­ються у воді; інгібітори, які диспергуються у воді та вуглеводневих рідинах. За характером захисної дії виділяють три види інгібіторів корозії.

Інгібітори першого виду реагують з продуктами корозії металу (іонами заліза Fe²⁺ і гідроксильною групою ОН^-) і утворюють на його поверхні захисну плівку анодного, катод­ного чи змішаного типу. До інгібіторів першого типу відносяться неорганічні (мінеральні) солі Na₃PO₄ (аноднийтип); MgCL₂ (катодний тип); Са(НСО₃)₂ (змішаний тип) та ін.

Інгібітори другого виду забезпечують захист металів утворенням або збільшен-ням ок­сидної плівки даного металу на його поверхні, яка перешкоджає подальшому протіканню процесу корозії. До них відносяться такі окислювачі, як хромати, нітрити, молібдати, ман-ганати, концентровані розчини лугу, в які добавлені MnO₂ NaNO₂ та ін.

До третього виду відносяться інгібітори органічного походження, які забезпечують за­хист металу від корозії за рахунок адсорбції інгібітора поверхнею металу. Органічні плівкоутворюючі інгібітори третього типу в основному застосовують у промисловій прак­тиці. До них відносяться водорозчинні інгібітори І-1-В, АНП-2, ВЖС, І-25-Д, ІКШГ, КІ-1, катапін Б-300; нафторозчинні 1-1 -А, АНПО, Донбас, АзНДПІ-72, ІКСГ-1, КО, ІФХАНГаз, КХО, імпортні "Додіген-214" (ФРН), "Севро" (Нідерланди), "Віско-94" (Японія); водонаф-торозчинні - ІНГАР, ПСІ; вододиспергуючі ІКБ-4, ГКАР-1 та ін.

Для боротьби з вуглекислотною корозією застосовують інгібітори ІКС-1, ВЖС, КХО, КО та ін., при сірководневій корозії - інгібітори АНПО, І-1-А, І-1-В, І-25-Д та ін,. для захи­сту від сірководневої корозії в середовищах, заражених сульфатовідновлюючими бак­теріями,— АНП-2.

Інгібірування свердловин здійснюється такими способами: дозованою подачею рідких інгібіторів з УКПГ за системою інгібіторопроводів у затрубний простір, з якого інгібітор над­ходить через інгібіторний або циркуляційний клапан у колону насоснокомпресорних труб, а при відсутності пакера - безпосередньо на вибій свердловини; дозованою подачею рідких інгібіторів у затрубний простір за допомогою пригирлових інгібіторних установок; періодичною порційною закачкою рідких інгібіторів пересувними насосними агрегатами через затрубний простір або насосно-компресорні труби на вибій свердловини; періодичним закачуванням інгібіторів у рідкому або пароподібному (аерозольному) стані у привибійну зону пласта; введенням у свердловину через спеціальний лубрікатор твердих інгібіторів.

Для попередження корозії агресивними компонентами промислових трубо-проводів інгібіторну плівку наносять на внутрішню поверхню трубопроводів шляхом їх поршнювання або здійснюють дозовану подачу інгібіторів корозії на гирлі свердловини чи в інших точках системи збору і внутрішньопромислового транспорту газу.

У випадку необхідності одночасної боротьби з корозією газопромислового обладнання, гідратоутворенням і відкладами солей застосовують суміші інгібіторів (комплексний інгібітор). Одна з таких композицій, запропонована до умов Оренбурзького родовища, містить метанол, інгібітор солевідкладень НТФ та інгібітор корозїї'І-25-Д.

4. Технологічні методи захисту газопромислового обладнання від корозії. Технологічні методи боротьби з корозією свердловинного обладнання основані на встановленні такого ре­жиму експлуатації свердловини і виборі відповідної конструкції колони ліфтових труб, при яких швидкість потоку газу менша від критичної по всьому стовбуру свердловини, мінімальні напруження в колоні ліфтових труб і відсутні абразивні компоненти в пластовій продукції, різкі зміни швидкості руху і турбулізація газорідинної суміші. Вони включають обладнання колони ліфтових труб розвантажувальними пристроями для зняття напружень;

обмеження швидкості руху газу на гирлі свердловини величиною 11 м/с, при якій, згідно з промисловими дослідженнями на родовищах Краснодарського краю, не відбувається зриву з поверхні труби захисної плівки інгібітора корозії; установку ущільнюючих кілець у зазорі муфтових з'єднань; застосування безмуфтових труб і комбінованої колони труб- різного діаметру та ін.

5. Катодний і протекторний захисти застосовуються для захисту від ґрунтової (елект­рохімічної) корозії обсадних колон, заглибних трубопроводів і промислових споруд одночас­но з пасивним захистом (покриттями).

При катодному захисті мінусовий полюс джерела постійного струму підключають до стальної конструкції, яку захищають, а плюсовий полюс - до штучно створеного аноду. Як анод використовують заземлювачі з рейок стального профіля, відходів труб або заземлювачі зі залізокрем'янистого чавуну і стального сердечника з коксовими та іншими наповнювача­ми, які спеціально випускаються промисловістю. При катодному захисті газопроводів мінімальний захисний потенціал між трубою і грунтом повинен становити (-0,55)-(-0,85)В, а при анаеробній біокорозії - (-0,95)В. Станції катодного захисту з номінальною по­тужністю від 150 до 3000 Вт розміщують з інтервалом 20-40 км залежно від корозійної ак­тивності грунтів.

При протекторному захисті спеціальне джерело постійного струму відсутнє, катодом служить поверхня металу, який захищають, анод виготовляють зі сплавів цинку, магнію, алюмінію.

6. Захист газопроводів від корозії блукаючими струмами здійснюється застосуванням електродренажних поляризованих установок.