Защита от коррозии, вызванной углекислым газом



Углекислый газ (CO₂) — естественный компонент атмосферного воздуха, содержание его в атмосфере составляет около 0,04 %. Растворимость CO₂ в воде более чем в 200 раз превышает растворимость кислорода и процессы атмосферной коррозии всегда протекают с некоторым участием углекислого газа. Однако результатам теоретических и практических коррозионных исследований более полувека назад было установлено, что роль кислорода в процессах атмосферной коррозии несоизмеримо выше, чем CO₂ вследствие различий окислительных способностей и парциальных давлений этих газов. Кроме того, CO₂, растворяясь в воде, способен образовывать с некоторыми металлами инертные карбонаты, дающие защитными антикоррозийными свойствами.

Ситуация резко изменилась с началом разработки глубоко залегающих газоконденсатных месторождений с пластовыми температурами 40÷80 ⁰С, давлениями до 35 МПа содержанием CO₂ в газе до при незначительных концентрациях H₂S. При обустройстве месторождений были применены напорные герметизированные системы сбора нефти и газа, исключавшие попадание в них значительных количеств кислорода воздуха. Углекислый газ, таким образом, являлся главным коррозийным компонентом газовой фазы продукции скважин. Из-за высоких парциальных давлений CO₂ добываемый из скважин водный конденсат представлял собой крепкий раствор угольной кислоты pH=4÷5,5. Накопление водного конденсата в муфтовых зазорах насосно-компрессорных труб приводило к катастрофически быстрому их разрушению. Глубина проникновения локальной коррозии достигала 7÷8 мм/год. Впервые углекислотная коррозия вылилась в проблему, без решения которой было невозможно обеспечить нормальную эксплуатацию скважин и трубопроводов.

Таким образом, в нефтегазодобывающей промышленности можно выделить два типа систем, где коррозия обусловлена присутствием углекислоты:

‒ С высокими парциальными давлениями CO₂;

‒ С низкими парциальными давлениями CO₂.

В обоих случаях коррозия обусловлена наличием минерализованной водной фазы и растворенной в ней углекислоты, поэтому рассмотрим подробнее процесс растворения CO₂ в водных средах.

Защиту трубопроводов от внутренней коррозии ингибиторами и термином трубопроводы будем обозначать следующий объекты:

‒ Трубопроводы нефтяных месторождений, транспортирующие обводненную нефть от кустов скважин до пунктов сбора, дожимных насосных станций, установок подготовки нефти, установок предварительного сбора воды, кустовых сборных пунктов;

‒ Межпромысловые трубопроводы, транспортирующие обводненную нефть от одних пунктов сбора до других;

‒ Трубопроводы, транспортирующие обводненную и частично подготовленную нефть от пунктов сбора до товарных парков.

Задача организации эффективной защиты трубопроводов от внутренней коррозии ингибиторами состоит в том, чтобы в перекачиваемой по трубопроводу жидкости создать и поддерживать концентрацию ингибитора коррозии не ниже С_и.р. (С_и.р.- концентрация данного ингибитора коррозии в жидкости).

Технология защиты трубопроводов от внутренней коррозии ингибиторами коррозии состоит всего из двух операций:

‒ выбор ингибитора коррозии (в том числе и его типа — водорастворимого, вододиспергируемого, нефтерастворимого) и определение его концентрации, обеспечивающей в данной системе необходимый защитный эффект;

‒ подача ингибитора коррозии тем или иным способом в защищаемые трубопроводы.

Для эффективной защиты трубопроводов от внутренней коррозии ингибиторами важнейшим моментом является правильный выбор ингибитора в зависимости от структуры газожидкостного потока, существующей в защищаемом трубопроводе. Даже абсолютная величина С_и.р. в большой степени зависит от того, несколько данный ингибитор коррозии подходит к структуре газожидкостного потока. Например, при защите от внутренней коррозии протяженного трубопровода, транспортирующего обводненную нефть, в котором структура газожидкостного потока соответствует одному из рис 1. а-г (то есть происходит отделение воды в отдельную фазу) водорастворимым ингибиторам коррозии, С_и.р. для высокоэффективных реагентов составит 15÷30 г/т. Если для защиты такого трубопровода выбран вододиспергируемый реагент, то С_и.р. будет в 2–10 раз выше, а при использовании нефтерастворимого ингибитора коррозии добиться эффективной защиты по всей длине трубопровода, скорее всего, вообще не удастся.

Рис. 1. Структуры газожидкостных поток в горизонтальных газопроводах

Поэтому при организации защиты трубопроводов от внутренней коррозии ингибиторами коррозии первым шагом является хотя бы приблизительное определение структуры газожидкостного потока, существующей в этих трубопроводах. Важно выяснит, происходит на каком-либо участке трубопровода выделение воды в отдельную фазу или нет. Для этого можно использовать как расчетные методы, так и прямые измерения: послойный (каждый 5–10 см) отбор проб жидкости из трубопровода с помощью пробоотборных устройств. Если в пробах с различных уровней содержится только эмульсия и газ, то отделения воды в отдельную фазу не происходит. Место отбора проб следует выбирать там, где отделение воды в отдельную фазу наиболее вероятно — на пониженных участках трасса трубопровода. Отбор проб желательно производить в период минимального, в пределах средней технологической загрузки трубопровода, расхода жидкости. Общие рекомендации по выбору типа ингибитора коррозии в зависимости от структуры газожидкостного потока, существующей в защищаемом трубопроводе. Часто бывает так, что на начальном участке телескопического трубопровода, уложенного из труб малого диаметра (114 или 169 мм), структура газожидкостного потока соответствует одному из рис 1. д-з и отделения воды в отдельную фазу не происходит. Далее, по мере подключения к этом трубопроводу трубопроводов от других кустов скважин и увеличения диаметра трубы до 325, 426, или 530 мм, структура газожидкостного потока изменяется и вода выделяется в отдельную фазу. При защите такого трубопровода от внутренней коррозии наилучшие результаты даст использование двух различных ингибиторов — нефтерастворимого для начального участка и водорастворимого для участков, где происходит отделение воды в отдельную фазу. Точки подачи ингибиторов коррозии в трубопроводы должны быть соответственно разнесены по длине трубопровода, а ингибитора должны быть совместимы между собой то есть нефтерастворимый ингибитор не должен ухудшать защитные свойства водорастворимого (или вододиспергируемого) ингибитора. Идеальный случай — ингибиторы должны давать синергетический эффект.

Литература:

1. Маркин А. Н., Низамов Р. Э. СО₂-коррозия нефтепромыслового оборудования. ОАО «ВНИИОЭНГ» 2003 г. 188 с.
2. Брегман Д. Ж. Ингибиторы коррозии. Пер. с англ. — М.: Химия, 1999. -312 с.
3. Сивоконь И. С. и др. методика и алгоритм расчета химического равновесия пластовых вод Самотлорского месторождения. — М.: 1998.