Прогнозирование углекислотной коррозии подземного

Коррозия: внутрискважинное оборудование
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ ПОДЗЕМНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН
ТОПОЛЬНИКОВ Андрей Сергеевич
Руководитель группы технологий механизированной добычи отдела по механизированной добыче
ООО «РН-УфаНИПИнефть», к.ф.-м.н.
рогнозирование коррозии предоставляет возможность
подобрать оптимальные методы антикоррозионной защиты скважины до ее запуска в эксплуатацию. Это,
в свою очередь, позволяет повысить эффективность защитных мероприятий, снизить операционные затраты, увеличить МРП, сократить время ремонтов и простоев скважин и
увеличить объем добычи нефти.
Модель прогноза углекислотной коррозии ГНО для добывающих скважин ОАО «НК «Роснефть» построена на основе
модифицированных методик де Ваарда — Лотца — Дагстада и NORSOK и реализована в форме модуля в компьютерной программе RosPump.
П
В нефтепромысловой практике выделяют три основных механизма коррозии подземного оборудования, обусловленных влиянием растворенного в воде
газа: СО2- (углекислотная), H2S- (сероводородная) и
О 2 - (кислородная) коррозия. На месторождениях
«Роснефти» наиболее распространена CO2-коррозия, H 2 S-коррозия встречается реже, поскольку в
продукции большинства скважин концентрация сероводорода на несколько порядков меньше концентрации углекислого газа. В связи с этим H2S в большей степени влияет на скорость CO2-коррозии, нежели определяет коррозионный процесс собственной природы. О2-коррозия подземного оборудования представляет собой еще более редкое явление,
поскольку вызывающий ее кислород может содержаться в пластовой воде лишь в исключительных
случаях.
ПРИРОДА УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ
Углекислотная коррозия обусловлена влиянием
содержащегося в пластовой воде CO2 на процессы
анодного растворения железа. Углекислый газ в водном растворе может находиться в растворенной
форме, в виде недиссоциированных молекул угольной кислоты, бикарбонат-ионов (НСО3-) и карбонатионов (СО32-). В равновесных условиях соблюдается
баланс между всеми четырьмя формами:
СО2 + Н2О ⇔ Н2СО3 ⇔ Н+ + НСО3- ⇔ 2Н+ + СО32Соотношение между формами СО2, НСО3- и СО32зависит от водородного показателя рН. Так, при рН
= 4,3 в воде присутствует лишь молекулы СО 2 и
Н 2 СО 3 . С увеличением рН растет и содержание
ионов НСО3-. При рН = 8,4 в воде присутствуют только бикарбонат-ионы, а при рН = 12 — только карбонат-ионы.
Связывание ионов железа (Fe2+) происходит по
одной из следующих реакций:
Fe2+ + СО32- → FeCO3,
Fe2+ + HСО3- → FeCO3 + H+,
Fe2+ + Н2СО3 → FeCO3 + 2H+.
94
№8/2011
В результате на поверхности металла образуются
твердые отложения карбоната железа (FeCO3), которые выполняют функцию барьерных элементов и
препятствуют дальнейшему развитию коррозионного
процесса. Наряду с FeCO3 наиболее распространенными продуктами CO2-коррозии являются ржавчина
(Fe2O3·nH2O) и коррозит (FeO·FeCO3).
Помимо концентрации углекислого газа, на скорость CO2-коррозии оказывают влияние рН, температура, содержание ионов кальция, ионов хлора и
растворенного сероводорода, а также структура и
скорость потока ГЖС и состав нефти. При этом важно рассматривать все факторы в комплексе, с учетом их взаимного влияния. К примеру, в большинстве
случаев скорость коррозии растет по мере увеличения температуры. Однако при высоком содержании
ионов кальция в пластовой жидкости повышение
температуры, напротив, дает снижение скорости
коррозии. Это обусловлено интенсивным осаждением карбонатов на поверхности металла в условиях
высоких температур.
Что касается растворенного сероводорода, то он
может выступать как фактором, замедляющим скорость углекислотной коррозии, так и ее активатором
в зависимости от концентрации. Если соотношение
концентрации Н2S и СО2 составляет порядка 0,001,
то сероводород способствует образованию карбоната железа, который значительно снижает скорость
углекислотной коррозии. Однако при увеличении содержания Н2S карбонат железа разрыхляется и скорость коррозии резко увеличивается. А при дальнейшем повышении содержания сероводорода и достижении определенного уровня его концентрации из
раствора выпадает осадок — сульфид железа — ингибитор углекислотной коррозии, в результате чего
скорость коррозии вновь падает.
Скорость коррозии в значительной степени зависит от скорости и структуры потока ГЖС. Считается,
что при кольцевой структуре течения интенсивность
коррозии уменьшается, а снарядная может способствовать коррозионно-эрозионному износу НКТ. При
высоких скоростях потока, когда напряжение сдвига,
создаваемое им, оказывается выше сил, связывающих пленки солей или продуктов коррозии, происходит разрушение защитных пленок.
ВЫБОР МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
Математическая модель прогноза углекислотной
коррозии призвана формализовать физический процесс коррозии на языке математических уравнений
и служит для определения скорости коррозии в зависимости от свойств пластовой жидкости и технологического режима работы скважины.