Чухарева Н.В., Рудаченко А.В., Бархатов А.Ф., Федин Д.В. Транспорт скважинной продукции

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.3.Принципиальная схема образования коррозионных

разрушений в точках перегиба

По другой гипотезе механические примеси могут скапливаться на

пониженных и горизонтальных участках трубопровода и образовывать

донные отложения, которые из-за низких скоростей газожидкостного

потока не разрушаются, а формируются в виде полос. Поэтому коррози-

онные разрушения под образовавшимся осадком имеют вид канавок

(канавочная или ручейковая коррозия). При этом участки поверхности

трубы под осадком становятся анодом, а сам осадок катодом. В возник-

шей гальванической паре металл трубы под осадком начинает интен-

сивно разрушаться, причем процесс

коррозии ускоряется присутствую-

щими в осадке сульфидами железа.

Результаты экспертных исследований показывают, что на форми-

рование и развитие очагов коррозии в трубопроводах оказывает влияние

совокупность факторов. В их числе – гидродинамический (скорость и

характер движения смесей типа «вода – нефть – газ»), химический (со-

стояние пластовых и сточных вод и их способность самопроизвольно

отлагать осадки), эксплуатационный (наличие в транспортируемой сре-

де ч

астиц кварцевого песка) и металлургический (состав сталей, техно-

логия получения труб). Исходя из этого, можно выделить следующие

основные стадии рассматриваемого процесса (табл. 4.2):

• отложение на внутренней поверхности трубопровода осадка,

включающего в себя оксиды и карбонаты железа, карбонаты кальция-

образование которых происходит

в результате коррозионного процесса;

• эрозионный износ осадка из-за абразивного действия механических

примесей, в частности песка в области нижней образующей трубопро-

вода;

• образование на поверхности трубопровода гальванических макропар,

с большой раз

ностью потенциалов (

∼

200 мВ), в которых анодом вы-

ступает участок трубы малой площадью, освобожденной от осадков,

161

а ка

• у

тру

Но

ста

одом –

ет дост

коренно

опровод

Основ

ер

ии

об

Рис. 4.4.

азмер тр

осталь

гать 5

…

раство

ые стад

рмирова

эрозионн

нижн

азование

зрушени

азующей

имер:К

бразован

б: Ø 325

отказа:

ая част

…

8 мм/го

д)

ение ан

и форми

писание

ие осадк

й износ

й образу

гальвано

металла

трубы, о

навочн

ро

ие канаво

ОАО «

10,0 мм;

c 1985г. -

трубы,

д)

да, при

ования о

стадии

садка в о

щей тр

ары

(

∼

в област

разован

е корроз

писание

ре канавк

ны от к

й формы

енки сос

его корро

род

кты

нутренне

оррозии к

ы Fe

, г

ной корр

ганскне

марка с

около 20

покры

одящее

агов кан

, FeS

;

ласти

бы;

∼

200 мВ)

;

нижней

е трещин

онные п

оррозион

с пологи

навки мн

глубиной

авляет

ионного п

коррозии:

поверхно

ричневог

дрооксид

озии низк

тегаз»:

али: 10; в

ет; тип

ая осад

итоге

вочной к

;

врежде

ого пора

и берега

гочисленн

т 0,5 до

,5мм. Ш

ир

ражения

На нижн

сти труб

и черног

FeOOH

напорно

емя эксп

реды:VI

ом (ско

разру

Табли

ррозии

Схема

ия

ения: В

и. По обе

е язвы о

мм. Утон

рина наи

60мм

й образу

– прод

цвета –

о водово

уатации

ость

ению

а 4.2

цен-

то-

руг-

ение

оль-

щей

кты

кси-

до

162

Рис.

Раз

прот

осад

•

4.5.Обра

ер труб:

Механ

Механиз

екать в

а и при

I) Под п

образова

из-за вну

оникн

верхнос

оникн

электро

взаимод

слоем пр

образова

ет при

II) При у

еханич

осадка в

вия пот

ование ка

Ø 159×9,

зм лока

локал

вух нап

далении

енкой п

ние пор,

ренних

вение п

и метал

вение пл

апилляр

йствие

катной

ние язвы

вести к

алении

ская де

результ

ка (

ис.

навочной

К «Росн

5 мм; ма

за: 14 ле

ьного р

ного ра

авления

осадка с

окатной

трещин,

апряже

астовой

а;

астовой

ого эфф

еталла

окалины

(рис. 4.

ерфорац

садка с

трукци

те гидр

, в);

Опис

нижн

сти т

и глуб

азов

округ

сторо

кие я

0,2мм.

пора

род

зующ

прод

цвет

ные

гидро

коррозии

фть-

ур

ка стали

; тип ср

зр

шен

рушени

: под п

поверхн

калины

икрощ

ий;

воды

воды в

кта (ри

с пласт

(осадка);

, б), дал

ии стенк

оверхно

и удал

динами

ние корр

й образу

убы – ка

иной 1,5м

нная сли

ой и прод

ны от ка

вы окру

Ширина

ения по н

кты кор

й внутре

кты корр

толщино

с ос

ксидыFe

промысл

ефтегаз

10; врем

ды:I а, II

я в прис

в прис

енкой п

сти мет

или осад

лей в сл

ерез вт

елевое

.4.6, а);

вой вод

нейшее

и и обра

ти мета

ние час

еского и

зионного

щей внут

авка шир

с пологи

нием мно

лговатой

авки мног

лой фор

аибольше

жней обр

озии: Н

ней повер

зии корич

й до 1мм.

овным

, окси

вого тру

эксплуа

тствии

окатной

лла [65].

а:

е прока

ричные

ростра

й в щел

азвити

ованию

ла:

ти слоя

эрозион

поражен

енней пов

ной окол

и берега

очисленн

формы.

очисленны

ы глубин

о коррози

зующей 9

нижней

рх

ности т

евого и ч

прочно с

металло

ы Fe

опровода

ации до

осадка

окалин

ной ок

садки н

ство за

вой зон

которо

вища.

окалин

ого возд

я: На

рхно-

75мм

и об-

х язв

о обе

е мел-

й до

нного

мм.

обра-

убы -

рного

еплен-

ОАО

тка-

ожет

или

лины

по-

счет

под

мо-

или

йст-

163

• Обнажение поверхности металла и развитие питтинговых или

канавочных очагов коррозии со скоростью 2,0…2,5 мм/год и до 10

мм/год (рис. 4.6, г).

а)

б)

в)

г)

Рис. 4.6. Модель развития язвы под пленкой прокатной окалины или

осадка (а, б) и в местах удаления осадка с поверхности металла (в, г)

Примеры:Коррозионные повреждения с образованием язвы

Описание коррозионного поражения: На

нижней образующей трубы - многочис-

ленные язвы округлой и продолговатой

формы глубиной до 8мм. В центре язвы

расположены на близком расстоянии и

сливаются между собой. Берега язв резко

очерчены. По берегам язв наблюдаются

ступени. Ширина наибольшего коррози-

онного поражения 200мм.

Продукты коррозии: На нижней обра-

зующей трубы продукты коррозии ко-

ричневого цвета - гидрооксидыFeOOH,

оксиды Fe

Рис. 4.7. Фрагмент коррозионного повреждения с образованием язвы УПСВ

«Харампурнефть» промыслового трубопровода:

Размер труб: Ø 273×25 мм; марка стали: 10; тип среды:I а, II а; время до

отказа: 9 лет

164

Рис.

фун

ных

4.8. Фраг

сло

Разме

Механи

1. Перви

Дис

Ион

Разр

Атомарн

ирует в

здутий

(

ент кор

ого труб

труб: Ø

зм с

ль

ноенаво

оциация

зация ж

д ионов

й водо

внутрь

(

блистер

озионног

провода,

270×8,0

идного к

на

орожив

серовод

леза и п

водород

од, адсо

еталла,

в), спосо

Описан

наружн

ленные

ложенн

щиеся м

сутств

ватой

зованны

зующей

численн

0,5…2м

по ниж

род

ности

вого ц

поверхн

коричн

ленные

оксиды

повреж

Кумухск

м; марк

оррозио

ряжен

ние в ср

рода в в

реход ио

с образ

бируяс

риводи

бствует

е корроз

й поверх

звы прод

е на близ

жду собо

ют четы

ормы с р

слияние

внутренн

е язвы

. Ширина

ей образу

ы корро

рубы – п

ета –ги

а нижне

сти тру

вого и че

с металл

ения с о

бр

е-Таловск

стали: 1

ного рас

ем

де, соде

дном ра

нов в во

ванием а

на пове

к образ

хрупчив

онного

ости тр

олговатой

ом расс

й, глубино

е сквозны

змытыми

двух язв.

й поверхн

круглой

коррозио

щей окол

ии: На н

одукты к

рооксиды

образую

ы – про

ного цвет

ом - гид

бр

азовани

е», ЦДН

;тип сре

рескив

жащей

творе:

ный рас

омарно

хности

ванию п

нию ста

оражени

бы - мно

формы,

оянии и с

0,5 - 4м

язвы про

берегами,

а нижне

сти - не

ормы, гл

ного пора

70мм.

ружной п

ррозии ко

eOO

щей внут

укты ко

, прочно

ооксидыF

м язвы п

№2:

ы:III а

ния под

вор:

о водоро

металла,

иповер

и.

: На

гочис-

аспо-

иваю-

. При-

долго-

обра-

ного-

биной

ения

оверх-

ичне-

ксиды

енней

розии

скреп-

омы-

(4. 1)

(4.2)

(4.3)

да:

(4.4)

диф-

ност-

165

1 2 3

σ⇐

⇒σ

Рис. 4.9. Стадии образования язв на внутренней поверхности трубы по

механизму сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением

2. Образование в объеме металла трубы множественных микро-

трещин водородного растрескивания.

Как правило, в стали микротрещины водородного растрескивания

образуются на структурных неоднородностях, которыми являются, в

частности, неметаллические включения (оксиды, сульфиды, силикаты,

грубые нитриды), их скопления, границы зерен, скопления дислокаций.

Подобные неоднородности служат ловушками атомарного водорода,

что обуславливает восходящую диффузию водорода к ним. Атомарный

водород скаплив

ается вблизи ловушек, в результате чего металлическ

ая

матрица вокруг них деградирует, что при определенных условиях вызы-

вает локальное растрескивание и образование микропустот. Микропус-

тоты являются мощными ловушками водорода: атомарный водород мо-

лизуется в микропустотах, что приводит к повышению давления в них.

За счет повышения внутреннего давления микропустоты расширяются.

В ходе коррозии количество и размеры внутренних водородных трещин

увеличиваются со временем.

3. Объединение водородных трещин между собой и окончательное

развитие хрупкой трещины под действием прилагаемых нагрузок.

Локальное разрушение под действием сульфатовосстанавливающих

бактреий

Бактериальная коррозия проявляется в виде глубоких изолирован-

ных язв, расположенных на анодных участках поверхности металла под

колониями бактерий (рис. 4.10).

166

Анодная реакция:

4  4



8



(4.5)

Диссоциация воды:

8



8



8



(4.6)

Катодная реакция:

8



8



8



4



(4.7)

Реакция восстановления сульфата до сульфида под действием

сульфатовосстанавливающих бактерий:







4







2



2



(4.8)

Реакция осаждения:

4











(4.9)

Суммарная реакция:

4  





2



3ОН



2

(4.10)

Рис. 4.10.Схематическое изображение коррозионных процессов под

действием сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)

Вид язвенного разрушения при бактериальной коррозии – плоские

края с террасным строением (рис. 4.11).

167

Рис. 4.11.Схематическое изображение роста язв под колонией

бактерий

Коррозионный процесс с кислородной деполяризацией

Процессы коррозии металлов, у которых катодная реакция осуще-

ствляется с участием растворенного в электролите кислорода, называет-

ся коррозией с кислородной деполяризацией.

Данный вид коррозии – наиболее распространенный процесс, т.к.

по этому механизму корродируют металлы в водных средах, влажной

атмосфере, почве. На рис. 4.12 представлено схематическое изображе-

ние процесса образования язвы в аэрируемой среде.

Стадийность катодного процесса:

• растворение кислорода воздуха в электролите;

• перенос растворенного молекулярного кислорода в объеме элек-

тролита к поверхности металла;

• ионизация кислорода на катодных участках поверхности:

при Pн≥ 7





42



4



(4.11)

при Рн<7





44



2





(4.12)

• массоперенос ионов ОН

от металла в глубь электролита.

−

2Fe +1/2O +5H O

2Fe(OH) +4H

Fe Fe +2e

−

O +2H O+4e 4OH

−−

катодная реакция

анодная реакция

Рис. 4.12.Схематическое изображение процесса образования язвы

в аэрируемой среде

168

Стадийность процесса образования язвы в аэрируемой среде:

1. Растворение кислорода воздуха в электролите; перенос растворен-

ного молекулярного кислорода в объеме электролита к поверхно-

сти металла;

2. Образование малорастворимого гидрооксида железа Fe(ОН)

, по-

крывающего анодные участки поверхности металла; возникновение

деаэрированных участков поверхности;

3. Образование концентрационного элемента:

• анодный процесс протекает скрыто под слоем продуктов кор-

розии (ржавчины);

• катодный процесс протекает свободно при непрерывном дей-

ствии кислорода воздуха (О

4. Возникновение питтинга и его автокаталитический рост;

5. Образование язвы.

4.1.4. Факторы, влияющие на интенсивность коррозионного

разрушения

К основным факторам, определяющим коррозионную активность

пластовых и сточных вод можно отнести следующие: общая минерали-

зация воды, кислотность воды (рН), температура и скорость движения

воды относительно металлической поверхности, соотношение объемов

воды и нефти в добываемой продукции, содержание в воде коррозион-

ноактивных газов – кислорода, сероводорода, углекислого газа.

Гидродинамический фактор

Важны

м фактором коррозионной активности среды является гид-

родинамический фактор, который ассоциируется, прежде всего, с таки-

ми понятиями как скорость потока и структурные формы движения га-

зожидкостной смеси (ГЖС) по трубопроводу. Структура ГЖС влияет на

характер коррозионных процессов, которые протекают в трубопроводе.

В настоящее время существует несколько десятков методик прогнози-

рования режимов ГЖС в трубопроводах различной ориентации

– от го-

ризонтальной до вертикальной. Рассмотрим структуры ГЖС, взятые из

трех источников (табл. 4.2). Согласно [68], расслоенная структура мо-

жет иметь несколько форм, по методике Джепсона отдельно выделены

ровная и волновая расслоенные структуры, структура с бегущей волной

также представлена отдельно. Бейкерразличает расслоенную и волно-

вую структуры. Хотя изображения потоков из всех трех

источников

идентичны, они имеют разную группировку и название. Пробковая и

дисперсная структуры имеются как по [68], так и по методике Бейкера,

169

Джепсон такие структуры не выделяет.Кольцевая структура имеется у

всех трех авторов. Снарядная структура присутствует и у Бейкера и

Джепсона, но их изображения различны. Кроме того, Джепсоном от-

дельно выделена псевдоснарядная структура. Бейкер приводит пенную

структуру, Джепсон – поршневую. Эти структуры не встречаются в

других источниках и являются их характерной особенностью.

При совместном движении в трубопроводе нефти и воды в зависи-

мости от скорости потока и обводненности скважинной продукции воз-

можно образование эмульсионных (дисперсных) структур типа «вода в

нефти» и «нефть в воде», а такж

е расслоенной формы течения, при ко-

торой движение воды и нефти происходит в виде отдельных фаз.

Переход одной эмульсионной структуры в другую происходит в

интервале инверсии фаз при обводненности 55…65%. Расслоенная

форма течения может иметь место при любой обводненности и счи

тает-

ся наиболее опасной в коррозионном отношении. Одним из условий пе-

рехода расслоенной формы течения в эмульсионную структуру является

увеличение скорости потока, что при высокой обводненности приводит

к резкому росту скорости коррозии.

Данные по коррозионным отказам нефтегазопроводных труб на

Самотлорском месторождении свидетельствуют, что в условиях высо-

кой обводненности

и отложения осадков рост скорости потока способ-

ствует увеличению скорости коррозии, которая скачкообразно изменя-

ется при значениях скорости потока 2,5 м/с и более.

Коррозионную активность пластовых вод, транспортируемых сред

усиливают растворенные коррозионноактивные газы – кислород, серо-

водород, углекислый газ.

Наличие кислорода

Коррозия в присутствии кислорода (коррозия с кислородной депо-

ляризацией) зависит от нескольких факторов: температуры, рН среды,

скорости движения потока и др.С ростом температуры скорость корро-

зии, как правило, возрастает

, за счет увеличения скорости движения ио-

нов. В нейтральных средах (рН~ 7) зависимость скорости коррозии от

температуры носит сложный характер. Это связано с тем, что с повы-

шением темп

ературы уменьшается растворимость кислорода. В откры-

тых аэрируемых системах скорость коррозии с ростом температуры в

пределах 20…80 °С возрастает и далее уменьшается вследствие резкого

снижения концентрации кислорода. В закрытой системе, например, в

трубопроводе, когда кислород не может выделяться из раствора, ско-

рость коррозии стали непрерывно растет с увеличением температуры.

170