Коррозия — это разрушительное воздействие материала в результате реакции с окружающей средой и естественная потенциальная опасность, связанная с объектами добычи и транспортировки нефти и газа. Практически любая водная среда может способствовать коррозии, которая возникает в многочисленных сложных условиях при добыче, переработке нефти и газа и в трубопроводных системах. Этот процесс состоит из трех элементов: анода, катода и электролита. Анод — это место, где коррозирует металл, электролит — это агрессивная среда, которая обеспечивает передачу электронов от анода к катоду, а катод образует электрический проводник в элементе, который не расходуется в процессе коррозии [1].

Сырая нефть и природный газ могут содержать различные продукты с высоким содержанием примесей, которые по своей природе являются коррозионными. В случае нефтяных и газовых скважин и трубопроводов такими высококоррозионными средами являются диоксид углерода (CO2), сероводород (H2S) и свободная вода. Постоянное извлечение CO2, H2S и свободной воды из компонентов нефти и газа со временем может привести к тому, что внутренние поверхности этих компонентов будут страдать от коррозии. Трубопроводы и составляющие их фитинги могут подвергаться разрушению материала при изменении условий эксплуатации скважины из-за изменений состава жидкости, закисания скважин с течением времени и изменений рабочих давлений и температур. Такое разрушение материалов приводит к потере механических свойств, таких как прочность, пластичность, ударопрочность и т.д. [2]. Это приводит к потере материалов, уменьшению толщины, а иногда и к окончательному разрушению. Серьезные последствия процесса коррозии стали проблемой мирового значения.

Коррозия в современном обществе является одной из наиболее острых проблем отрасли. Большинство промышленных образцов невозможно создать без учета влияния коррозии на срок службы оборудования. Недавние промышленные катастрофы привели к тому, что многие отрасли промышленности потеряли несколько миллиардов долларов в результате коррозии. Отчеты по всему миру подтверждают, что у некоторых нефтяных компаний из-за коррозии были повреждены трубопроводы и что происходят разливы нефти, которые, без сомнения, загрязняют окружающую среду; кроме того, на ликвидацию этого экологического беспорядка теряются ресурсы, и, наконец, крупномасштабный экологический ущерб является результатом воздействия коррозии [2,3]. Возможность возникновения коррозии на промышленном предприятии вызывает большую озабоченность инженеров-нефтяников, химиков и механиков. В настоящее время известно, что коррозия может оказывать определенное влияние на химический состав выбранного процесса, а продукт коррозии может влиять на реакцию и чистоту продуктов реакции.

Затраты, связанные с коррозионными повреждениями всех видов, оцениваются в размере порядка 3-5% от валового национального продукта промышленно развитых стран. Общие ежегодные затраты на коррозию в нефтегазовой отрасли оцениваются в 1,372 миллиарда долларов с разбивкой на 589 миллионов долларов расходов на наземные трубопроводы и оборудование, 463 миллиона долларов ежегодных расходов на скважинные насосно-компрессорные трубы и еще 320 миллионов долларов капитальных затрат, связанных с коррозией. Коррозия ежегодно обходится нефтегазовой отрасли в десятки миллиардов долларов в виде упущенных доходов и затрат на очистку. Коррозия обходится только промышленным предприятиям США примерно в 170 миллиардов долларов в год, из которых более половины этих затрат приходится на нефтегазовую отрасль. На внутреннюю коррозию в скважинах и трубопроводах влияют температура, содержание CO2 и H2S, химический состав воды, скорость потока и состояние поверхности стали. Значительно сниженная скорость коррозии (мм/год) может значительно увеличить срок службы компонентов, что приводит к гораздо большим преимуществам, таким как снижение затрат на техническое обслуживание. В настоящее время многие компоненты, используемые для добычи нефти и газа, изготавливаются из сплавов на основе углеродистой стали. Сейчас организации стремятся перейти от этих типов сплавов к более коррозионностойким сплавам по гораздо более высокой стоимости. Проблема коррозии является вызовом для всего мира, и ее необходимо серьезно решать.

Наиболее распространенная форма коррозии в нефтегазовой промышленности возникает, когда сталь вступает в контакт с водной средой и ржавеет. Когда металл подвергается воздействию коррозионного раствора (электролита), атомы металла в месте анода теряют электроны, и эти электроны затем поглощаются другими атомами металла в месте катода. Катод, контактирующий с анодом через электролит, осуществляет этот обмен в попытке сбалансировать их положительный и отрицательный заряды. В электролит выделяются положительно заряженные ионы, способные связываться с другими группами атомов, которые заряжены отрицательно [4].

 Единообразная классификация типов коррозии в нефтегазовой промышленности является сложной задачей. Коррозию можно разделить на основе внешнего вида коррозионных повреждений, механизма воздействия, отраслевого раздела и методов предотвращения. Существует много типов и причин коррозии. Механизм, присутствующий в данной системе трубопроводов, варьируется в зависимости от состава жидкости, места обслуживания, геометрии, температуры и т.д. [5]. Во всех случаях коррозии для возникновения реакции должен присутствовать электролит. В нефтегазовой промышленности к основным формам коррозии относятся сладкая, кисловатая, кислородная, гальваническая, щелевая, эрозионная, микробиологически индуцированная коррозия и коррозионное растрескивание под напряжением [6].

Меры по смягчению последствий коррозии в нефтегазовой промышленности. Проблемы коррозии на нефтяных месторождениях не являются статическими явлениями. Характеристики жидкости меняются со временем, в результате чего системы становятся менее чувствительными к установленным программам смягчения коррозии. В сфере контроля и предотвращения коррозии в нефтегазовой промышленности существуют такие технические возможности, как катодная и анодная защита, выбор материала, дозирование химикатов и нанесение внутренних и внешних покрытий. В нефтегазовой отрасли широко признано, что эффективное управление коррозией будет способствовать поддержанию целостности активов и оптимизации затрат на смягчение последствий, мониторинг и инспекцию. Хотя было рекомендовано множество методов для предотвращения этих явлений [7,8].

Использование ингибиторов. Ингибиторы — это химические вещества, которые используются для защиты поверхности металлов, используемых в нефтегазовой промышленности, от коррозии. Они защищают поверхность металлов либо путем слияния с ними, либо путем взаимодействия с примесями в окружающей среде, которые могут вызвать загрязнение. Ингибитор коррозии может действовать несколькими способами: это может ограничить скорость анодного или катодного процесса, просто блокируя активные центры на поверхности металла. Также, это может действовать за счет увеличения потенциала поверхности металла, так что металл попадает в область пассивации, где образуется естественная оксидная пленка. Еще одним способом действия некоторых ингибиторов является то, что ингибирующее соединение способствует образованию тонкого слоя на поверхности, который подавляет процесс коррозии [9].

Факторы, которые необходимо учитывать перед использованием ингибитора коррозии в нефтегазовой промышленности, включают токсичность, экологичность, доступность и стоимость. Органические ингибиторы коррозии более эффективны, чем неорганические соединения, для защиты сталей в кислых средах. Обзор литературы по высокотемпературным ингибиторам кислотной коррозии показал, что эффективными ингибиторами коррозии для подкисления нефтяных скважин являются ацетиленовые спирты, соли четвертичного аммония, альдегиды, амины и др. [10,11].

Использование защитных покрытий

Защитный слой или барьер на материале, предотвращающий прямой контакт с технологическими средами, увеличит срок службы материала и оборудования. Барьерным слоем может быть краска, покрытие или облицовка, металлическая облицовка или металлические листы. Существуют также неметаллические покрытия, такие как стекловолокно, стеклянная крошка, эпоксидная смола и резина, которые обычно используются на оборудовании, таком как сепараторы, барабаны для разборки и резервуары для хранения. Никелевые, цинковые и кадмиевые покрытия также иногда предпочтительнее на определенных компонентах, таких как фланцы и болтовые соединения. Bredero Shaw, мировой лидер в области решений для нанесения покрытий на трубы, обладающий более чем 75-летним опытом работы, более чем 27 предприятиями по нанесению покрытий на трубы на шести континентах и крупнейшей командой технических специалистов и сервисных служб в отрасли, представила несколько уникальных передовых и проверенных технологий и услуг по нанесению покрытий на трубопроводы, предназначенных для защиты трубопроводов на суше и шельфе [11,12]. К ним относятся:

• Высокоэффективная композитная система покрытия
• Технология низкотемпературного нанесения порошкового покрытия на высокопрочную сталь
• Технология нанесения покрытий, обеспечивающая текучесть термотита

Надлежащий мониторинг и инспектирование коррозии

Мониторинг коррозии — это практика измерения коррозионной активности условий технологического процесса с помощью датчиков (механических, электрических или электрохимических устройств), которые вводятся в технологический процесс и постоянно подвергаются воздействию условий технологического процесса [13]. Только методы мониторинга коррозии обеспечивают прямое и оперативное измерение потерь металла / скорости коррозии в масле и технологических системах. Один из методов заключается в проведении текущего контроля путем периодического измерения толщины стенок в фиксированных и уязвимых местах оборудования, трубопроводов и магистралей для оценки состояния материалов и скорости коррозии. Кроме того, коррозию контролируют путем размещения электронных датчиков в трубопроводах и измерения изменения электрического сопротивления в катушке датчика. Проходящие по пересеченной местности трубопроводы обычно проверяются с помощью интеллектуальных операций очистки, таких как магнитная подача или ультразвуковая обработка. Эти датчики будут определять внутреннее состояние трубопровода и условия коррозии по толщине стенки трубы, а также указывать доступную толщину стенки трубы [13,14]

Метод катодной защиты

Первое применение катодной защиты относится к 1824 году, задолго до того, как была заложена ее теоретическая основа, и приписывается сэру Хамфри Дэви. Катодная защита — это метод уменьшения коррозии за счет минимизации разницы потенциалов между анодом и катодом. Это достигается путем подачи тока на защищаемое сооружение (например, трубопровод) от какого-либо внешнего источника. При подаче достаточного тока вся конструкция будет иметь один потенциал; таким образом, анодные и катодные участки не будут существовать. Обычно используется в сочетании с покрытиями и может рассматриваться как вторичный метод борьбы с коррозией. Система катодной защиты может быть сконструирована таким образом, чтобы предотвращать коррозию, контролируемую как кислородом, так и микробиологически [14]. Два метода нанесения катодной защиты включают

• Катодная защита жертвенного гальванического анода (КЗГА)
• Катодная защита по повышенному току (КЗПТ)

Основное различие между ними заключается в том, что КЗПТ использует внешний источник питания с инертными анодами, а КЗГА использует естественную разность электрохимических потенциалов между различными металлическими элементами для обеспечения защиты [15].

Коррозия — это стохастическое, вероятностное явление, которое требует междисциплинарных концепций, включающих науку о поверхности, металлургию / материаловедение, электрохимию, термодинамику и кинетику, механику, гидродинамику и химию. Ежегодно это обходится нефтегазовой отрасли в десятки миллиардов долларов упущенных доходов и затрат на очистку. Следует отметить, что ущерб, наносимый коррозией, наносится не только в нефтегазовой отрасли, но и в других основных областях, таких как строительство зданий, транспортировка, добыча и обрабатывающая промышленность и так далее. Таким образом, коррозия — это мировая проблема, решение которой должен найти каждый, поскольку она охватывает многие области наших повседневных потребностей. В этой статье был рассмотрен комплексный обзор коррозии в нефтегазовой промышленности. Были рассмотрены различные типы коррозии и связанные с ними разъедающие вещества в нефтегазовой промышленности, а также способы их устранения. Однако необходимо понимать принципы коррозии, чтобы эффективно выбирать материалы и проектировать, изготавливать и использовать металлические конструкции для обеспечения оптимального срока службы оборудования и безопасности при добыче нефти и газа. Кроме того, следует четко понимать, что ни один конкретный материал не является панацеей от всех бедствий коррозии. Каждый случай должен быть рассмотрен во всей его совокупности, прежде чем будет принято решение о соответствующих материалах. Консультации с инженерами по процессам, эксплуатации, материалам и коррозии необходимы для того, чтобы сэкономить миллионы на борьбе с угрозой коррозии.