Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г.В. КАРПЕНКА

УДК 620.193.4: 620.194.2: 620.197

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Опірність сірководневій корозії та корозійному розтріскуванню феритно-аустенітних і феритно-перлітних сталей газовидобувного обладнання

05.17.14 - Хімічний опір матеріалів та захист від корозії

Юркевич Роман Михайлович

Львів - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України

Науковий керівник:кандидат технічних наук, старший науковий співробітник РАДКЕВИЧ Олександр Іванович, Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України (Львів), провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор ПОЛЯКОВ Сергій Георгійович, Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, (Київ), завідувач лабораторії корозії

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник СЛОБОДЯН Звеномира Володимирівна, Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, (Львів), старший науковий співробітник

Захист відбудеться `` 25 '' листопада 2009 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.226.02 у Фізико-механічному інституті ім. Г. В. Карпенка НАН України за адресою: 79601, м. Львів, МСП, вул. Наукова, 5.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка НАН України, м. Львів, МСП, вул. Наукова, 5.

Автореферат розісланий `` 21'' жовтня 2009 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради І.М. Погрелюк

корозійний розтріскування сталь сірководневий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основні конструкційні матеріали обладнання газонафтовидобувної та переробної промисловості - низьколеговані сталі - часто зазнають інтенсивної корозії, корозійного розтріскування (КР) та розтріскування, ініційованого воднем (ВІР). Це зумовлено складними умови експлуатації більшості газових та нафтових родовищ, а саме: високими тисками і температурами, присутністю в технологічних середовищах H₂S і CO₂, хлоридів тощо. Одним із шляхів забезпечення належної роботоздатності вказаного обладнання є використання інгібіторного захисту. З огляду на це пошук високоефективних, комерційно доступних вітчизняних інгібіторів корозії, сірководневого корозійного розтріскування під напруженням (СКРН) та ВІР є актуальною проблемою.

Іншим перспективним шляхом підвищення надійності та довговічності газовидобувного обладнання є використання зварюваних корозійнотривких сталей з високою опірністю різним видам корозії та СКРН, зокрема, корозійнотривких двофазних феритно-аустенітних сталей. Ці сталі міцніші від широко вживаних аустенітних, мають кращі технологічні властивості. Такими ж позитивними якостями характеризуються і їх зварні з'єднання (ЗЗ).

Корозійне розтріскування двофазних сталей глибоко проаналізовано в працях Б.І. Вороненка, О.П. Бондаренка, Р.К. Мелехова, Е.А. Ульяніна, Charles J., Oltra R., Marrow S. та ін. Проте явище КР феритно-аустенітних сталей досліджено значно менше, ніж аустенітних. Недостатньо вивчено його механізм, зокрема, у хлоридних розчинах з домішками сірководню, вплив зовнішніх чинників - температури, рН, складу та інших характеристик технологічних і природних середовищ. Тому дослідження основних закономірностей СКРН двофазних сталей і їх ЗЗ є актуальним завданням як з точки зору з'ясування механізму процесу, так і для забезпечення належної довготривалої корозійної міцності та працездатності виготовленого з них обладнання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у відділі корозійного розтріскування металів ФМІ ім. Г.В. Карпенка, де здобувач був виконавцем у рамках завдань фундаментальних держбюджетних тематичних планів Національної академії наук України: 1) НДР 18/214 “Дослідження закономірностей корозійного та корозійно-механічного руйнування сталей, сплавів та їх зварних з'єднань у середовищах H₂S - CO₂ - Cl^- та розробка методів їх протикорозійного захисту” (№ держреєстрації 0100U004866, 1999-2002 рр.); 2) НДР 18/259 “Дослідження закономірностей корозійного та корозійно-механічного руйнування двофазних феритно-аустенітних сталей у хлоридно-сульфідних середовищах” (№ держреєстрації 0103U003351, 2002-2005 рр.); 3) НДР 3.2/286 “Забезпечення надійної експлуатації та збільшення ресурсу газодобувного обладнання, яке працює під дією середовищ з домішками сірководню, шляхом використання інгібіторів” програми “Ресурс” (№ держреєстрації 0104U004525, 2003-2006 рр.) та госпдоговора № 40-06/01/377 - 2006 р. між ФМІ НАНУ та Науково-виробничою компанією "Галичина" (м. Дрогобич, Львівської обл.).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - встановити основні закономірності та з'ясувати механізм СКРН корозійнотривких феритно-аустенітних сталей та їх ЗЗ; оцінити захисні властивості інгібіторів сірководневої корозії, СКРН та ВІР низьколегованих феритно-перлітних сталей та рекомендувати до впровадження найефективніший.

Для досягнення поставленої мети слід розв'язати такі задачі:

1. Оцінити схильність до СКРН корозійнотривких феритно-аустенітних сталей 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3.

2. Встановити механізм зародження тріщин КР у двофазних феритно-аустенітних сталях у сірководневому середовищі.

3. Вивчити вплив катодної та анодної поляризації на опірність СКРН цих сталей.

4. Дослідити схильність до СКРН однорідних і різнорідних ЗЗ сталей 12Х21Н5Т та 03Х22Н6АМ3 та запропонувати промисловий зварювальний матеріал, який забезпечив би належну опірність ЗЗ корозійному розтріскуванню без їх термічної обробки.

5. Розробити установку та методику для досліджень швидкості корозії матеріалів у потоці мінералізованих водних розчинів за присутності агресивних газів, зокрема H₂S і CO₂.

6. Вибрати прийнятний за захисною дією і комерційною доступністю вітчизняний інгібітор для захисту сталей газовидобувного обладнання від корозії, СКРН та ВІР.

Об'єкт дослідження: корозійне розтріскування низьколегованих та корозійнотривких сталей газовидобувного обладнання та їх ЗЗ.

Предмет дослідження: закономірності СКРН корозійнотривких феритно-аустенітних сталей, захисні властивості інгібіторів корозії, СКРН та ВІР низьколегованих сталей у сірководнево-хлоридних середовищах.

Методи дослідження. Швидкість загальної, контактної корозії та ефективність інгібіторного захисту сталей, в т.ч. за умов, які максимально відтворюють експлуатаційні, вивчали масометричним методом. Опірність сталей та їх ЗЗ корозійному розтріскуванню оцінювали методом статичного одновісного розтягування та розтягування з малою швидкістю деформації (10^-6с^-1; 10^-5с^-1) стандартних циліндричних та плоских зразків, а також за постійної деформації плоских зразків. Використано загальноприйняті електрохімічні та металографічні методи досліджень, рентгеноструктурний метод та метод рентгеноспектрального локального аналізу розподілу та вмісту елементів у ЗЗ сталей.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- вперше встановлено механізм КР феритно-аустенітних сталей у сірководневих середовищах: корозійні тріщини зароджуються під напруженням, близькими до границі текучості сталі, від пітінгів в аустенітній фазі, а поширюються внаслідок водневого окрихчення зерен фериту і пластичного розриву аустенітної фази;

- показано, що легування феритно-аустенітної сталі молібденом (3%) підвищує її опірність корозії та СКРН: у стандартному сірководневому розчині NACE швидкість корозії сталі 03Х22Н6АМ3 втричі нижча, ніж сталі 12Х21Н5Т, а порогові напруження для них у цьому ж розчині становлять 1,0_0,2 (630 МПа) та 0,9_0,2 (360 МПа), відповідно;

- виявлено, що у стандартному сірководневому розчині NACE нетермооброблені ЗЗ феритно-аустенітних сталей 12Х21Н5Т і 03Х22Н6АМ3 нечутливі до КР під навантаженням постійною деформацією до границі текучості основного металу;

- розроблено оригінальну методику та лабораторний автоклав (Патент України № 36348) для дослідження швидкості корозії матеріалів у потоці мінералізованих водних розчинах у рідинній і парогазовій фазах за присутності агресивних газів, зокрема H₂S і CO₂, що дає змогу відтворювати умови роботи газовидобувного обладнання. Показано, що швидкість корозії трубних сталей 20 і Р-105 за температури 25-95С, тиску 0,5 МПа у рідинній фазі сірководневих середовищ у 2-8 рази вища, ніж у парогазовій.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Показано перспективність використання феритно-аустенітних сталей для виготовлення нафтогазового обладнання, призначеного для експлуатації у середовищах з домішками сірководню.

2. Для промислового використання вибрано зварювальні матеріали (дріт 07Х23Н13, електрод ЦТ-15 та присадку того ж хімічного складу, що й основний метал) для ручного аргоно-дугового та автоматичного зварювання виробів з феритно-аустенітних сталей 12Х21Н5Т і 03Х22Н6АМ3, призначених для експлуатації в середовищах з домішками H₂S.

3. Розроблена методика польових досліджень корозійної тривкості зразків-свідків на газових промислах.

4. Встановлено, що вітчизняна трубна сталь нафтового сортаменту марки ”К” за опірністю корозії та СКРН відповідає вимогам міжнародного стандарту NACE Standard MR-0175-96, тому її можна використовувати для обладнання на газових родовищах, технологічний продукт яких містить сірководень.

5. Виявлено, що у сірководневому середовищі інгібітор Нафтохім-8 (50 мг/л) має найвищий ступінь захисту від корозії (92%), а за гальмуванням проникнення водню крізь сталь ”К” у 2-5 разів переважає інші досліджені інгібітори (Нафтохім-3, Додікор).

6. У рамках співробітництва з ГПУ “Львівгазвидобування” розроблено технологічний регламент з інгібіторного захисту обладнання Локачинського газового родовища (ЛГР) з використанням інгібітора Нафтохім-8, після впровадження якого періодичність інгібіторної обробки обладнання зменшилася до одного разу в рік з двох і чотирьох разів на рік для інгібіторів Нафтохім-3 і Додікор, відповідно, внаслідок чого знизився час простоювання свердловин.

7. На підставі результатів дослідження корозійної тривкості та опірності СКРН низки корозійнотривких сталей мартенситного, мартенситно-феритного, феритного, аустенітного та феритно-аустенітного класів у мінералізованих сірководневих водних розчинах надані рекомендації ВАТ ”Конотопський арматурний завод” щодо вибору матеріалів для виготовлення фонтанної та запірної арматури, яка відповідає вимогам стандарту АРI і на випуск якої ВАТ ”Конотопський арматурний завод” отримав ліцензію Американського нафтового інституту, що забезпечило можливість експортних поставок продукції.

Особистий внесок здобувача. Основні експериментальні дані та теоретичні узагальнення, які становлять суть дисертації, отримані та сформульовані автором самостійно. Публікації та доповіді автор оформив у співпраці з науковим керівником роботи та співробітниками відділу корозійного розтріскування металів ФМІ НАНУ. У публікаціях, підготовлених у співавторстві, здобувачеві належать: експериментальне вивчення електрохімічної поведінки та корозійно-механічної тривкості холоднодеформованих феритно-аустенітних сталей 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3 [3, 4, 10]; дослідження КР зварних з'єднань феритно-аустенітної сталі 12Х21Н5Т в сірководневих середовищах [8, 9]; модернізація автоклава та розробка методики автоклавних лабораторних досліджень швидкості корозії матеріалів у мінералізованих водних розчинах у рідинній і парогазовій фазах за присутності агресивних газів, зокрема H₂S і CO₂ [14]; металографічні дослідження корозійних пошкоджень металу насосно-компресорної труби С-95 та промислового трубопроводу зі сталі 20 після довготривалої експлуатації [12]; вивчення впливу температури на швидкість корозії сталей Р-105 та 20 в хлоридних розчинах з домішками сірководню і вуглекислого газу [11]; експериментальне дослідження впливу режимів термічної обробки на опірність СКРН сталей [13]; конструювання обладнання та експериментальне дослідження проникнення водню крізь метали у потоці агресивних середовищ [5]; дослідження схильності сталі ”K” до СКРН та поверхневого пухиріння [2]; експериментальне дослідження впливу вітчизняних (Нафтохім-3, Нафтохім-8) та зарубіжного (Додікор) інгібіторів на гальмування корозії та проникнення водню крізь сталь ”К” [6, 7]; електрохімічне дослідження механізму захисної дії інгібіторів (Нафтохім-8, Додікор) у сірководневих середовищах [1].

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на:

· VIІ та VIIІ міжнародних конференціях-виставках “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів” (Львів, 2004 р.; 2006 р.);

· International Corrosion Engineering Conference (Сеул, Корея, 2007 р.);

· IV, VII та IX міжнародних наукових конференціях “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях” (Славське, 2004 р.; 2007 р.; 2009 р.);

· III молодіжному науково-практичному форумі “Интерпайп-2006” (Дніпропетровськ, 2006 р.);

· XVІІІ науково-технічній конференції молодих науковців та спеціалістів ФМІ НАН України (Львів, 2003 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації відображено у 14 наукових публікаціях, з них 10 статей у провідних наукових фахових виданнях, 1 патент України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку літератури (157 найменувань) та додатку. Загальний обсяг - 143 сторінки друкованого тексту, в тому числі 49 рисунки, 17 таблиць (2 рисунки і 1 таблиця займають повністю площу сторінки).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність та доцільність вибраної теми, сформульовано мету та задачі роботи, показано її наукову новизну та практичну значущість.

У першому розділі проаналізовано та узагальнено літературні дані про результати досліджень сірководневої корозії та СКРН низьколегованих трубних та корозійнотривких феритно-аустенітних сталей. Висвітлено особливості корозії, ВІР та СКРН феритно-перлітних, феритно-аустенітних сталей та їх ЗЗ та розглянуто особливості гальмування корозії та СКРН трубних сталей у сірководневих середовищах інгібіторами, на підставі чого визначено задачі досліджень та напрямки їх вирішення.

У другому розділі наведено дані про матеріали, описано обладнання та методики проведення експериментів. Досліджували холоднодеформовані феритно-аустенітні сталі 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3, корозійнотривкі сталі різних класів (12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 10Х17Н13М3Т, 14Х17Н2, 12Х13, 95Х18), зварювальні матеріали (дроти 07Х23Н13, 07Х19Н10Б; електроди ЦТ-15, ЦЛ-11); промислові низьколеговані трубні сталі С-75, ”Д”, ”К”, ”Л”, Р-105, 20, 38ХМ, а також інгібітори Нафтохім-8, Нафтохім-3 та Додікор. Випробувальні середовища - стандартний сірководневий розчин NACE (5%-ий водний розчин NaCl + 0,5% CH₃COOH, насичений H₂S, pH 2,74, 22+3^оС); 3%-ий водний розчин NaCl, насичений H₂S (20+2 ^оС); пластова вода ЛГР (хлоридно-кальцієвий тип, вміст іонів, мг-екв/л: 890,7 Na⁺+K⁺; 142 Ca²⁺; 72 Mg²⁺; 1078 Cl; 4,2 SO; 22,5 HCO; загальна мінералізація 2209,4; рН 8,7; 20+2 ^оС).

Для вивчення корозійної тривкості сталей в умовах, які б максимально відтворювали експлуатаційні, розроблено методику та запатентовано автоклав для лабораторних досліджень швидкості корозії матеріалів у мінералізованих водних розчинах у рідинній і парогазовій фазах за наявності агресивних газів, зокрема H₂S і CO₂, за температур 18…95С, тискові до 2 МПа та інтенсивному перемішуванні робочого розчину (до 6 м/с).

Схильність сталей до КР досліджували за відомими методиками: під статичним одновісним навантаженням, розтягуванням з постійною малою швидкістю деформації (10-⁶с-¹, 10-⁵с-¹) та навантаженням зразків з постійною деформацією. Критерій опірності сталей СКРН у першому випадку - порогове напруження _ssc, у другому - час до руйнування та зміна відносного звуження металу в корозивному середовищі порівняно з цими параметрами в інертному середовищі, а у третьому - час до руйнування або підростання тріщини до певної глибини. Бази випробувань 720, 1440 і 4320 год. Використовували стандартні циліндричні зразки діаметром 6,4 мм та плоскі зразки 3,5Ч3,5 мм, а також плоскі зварні зразки зі швом посередині, які навантажували постійною деформацією трьохточковим згином.

Для вивчення проникливості водню крізь стінку труб розроблена і виготовлена спеціальна установка, яка дає можливість досліджувати зразок-циліндр з відрізка промислової труби.

Ефективність інгібіторного захисту сталей в потоці сірководневих середовищ оцінювали масометричним методом за ступенем захисту Z, %.

Для визначення швидкості та характеру корозії сталей в експлуатаційних умовах проводили польові дослідження у найвразливіших місцях обладнання свердловин ЛГР. З цією метою використовували зразки-свідки, встановлені у спеціальні касети-тримачі на фонтанній арматурі поміж фланцями.

Електрохімічні дослідження (Е-і, Е- - залежності тощо) виконані за загальноприйнятими методиками з використанням потенціостатів П-5827М, П-5848 (потенціали подано за насиченим хлоридсрібним електродом).

Для металографічних досліджень використано мікроскопи "Неофот" та МИМ-8. Рівень залишкових напружень у зварних зразках вимірювали за допомогою рентгенівського апарата Strainflex PS F2M, а розподіл легувальних елементів у ЗЗ вивчали з допомогою аналізатора САМЕВАХ-МВХ.

У третьому розділі подано результати досліджень корозійної тривкості та опірності СКРН сталей 12Х21Н5Т та 03Х22Н6АМ3 та їх ЗЗ.

У потоці сірководневого розчину NACE (V = 4 мс^-1, база 24 год) сталь з молібденом 03Х22Н6АМ3 кородує з найменшою швидкістю - 0,034 мм/рік. За десятибальною шкалою вона класифікується як тривка (4 бал). Швидкість корозії безмолібденової сталі 12Х21Н5Т втричі більша і становить 0,115 мм/рік, що відповідає 6 балу корозійної тривкості. Сталь 12Х18Н10Т, яку випробували для порівняння, займає проміжкове положення: її швидкість корозії - 0,055 мм/рік (5 бал), але, на відміну від попередніх, вона кородує нерівномірно з утворенням виразок.

Феритно-аустенітні сталі проявили високу опірність СКРН. Порогове напруження для сталі 12Х21Н5Т, визначене на базі 1440 год, становить 360 МПа (0,9_0,2), ще більш відпірною виявилась сталь з молібденом 03Х22Н6АМ3, зразки якої не зруйнувалися під напруженням до границі текучості, тобто _ssc = 630 МПа (1,0_0,2) (рис. 1).

Встановлено, що поверхневі мікродефекти типу пітінгів, від вершини яких розвивається магістральна тріщина (або декілька тріщин), під дією розчину NACE зароджуються переважно в аустенітній фазі (рис. 2), оскільки потенціал пітінгоутворення фериту позитивніший, ніж аустеніту. Характер руйнування зразків крихков'язкий, що обумовлено водневим окрихченням зерен фериту і пластичним розривом аустенітної фази. Оскільки границя текучості аустенітної фази нижча, ніж феритної, в ній дислокації зрушуються під напруженням, значно нижчими від _0,2 двофазної сталі, а рухливі дислокації концентруються на бар'єрних для них межах зерен. В результаті цього енергія металу біля меж зерен зростає, вихід смуг ковзання на поверхню металу зумовлює руйнування пасивної плівки, результатом чого є активація анодного розчинення з одночасною дифузією утвореного водню в матрицю (рис. 3). Так відбувається зародження пітінгів, корозійних тріщин та окрихчення феритної фази. Тріщини ростуть переважно крихко крізь зерна фериту з розчиненням або ж пластичним розривом аустенітних зерен (рис. 4).

Аналізами залежностей схильності двофазних сталей 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3 до СКРН в умовах потенціостатичної поляризації виявлено, що зміщення потенціалу у від'ємніший бік в межах 100 мВ захищає сталі від руйнування, за більш глибокої катодної поляризації сталі інтенсивно наводнюються, тому час до руйнування (питома робота руйнування) зменшується: для сталі 12Х21Н5Т в області -980…-1080 мВ - у 1,4 раза, а для сталі 03Х22Н6АМ3 - -590…-790 мВ - у 1,2 раза, відповідно (рис. 5).

Зі зростанням анодної поляризації (300 мВ) час до руйнування зразків поступово скорочується.

Молібден суттєво змінює електрохімічний стан поверхні сталі 03Х22Н6АМ3 порівняно із двофазною безмолібденовою сталлю 12Х21Н5Т (рис. 6), для якої у мінералізованому сірководневому розчині на поляризаційній кривій відсутня область пасивності (рис. 6 а, крива 2), у той час як на поляризаційній кривій сталі 03Х22Н5АМ3 вирізняється значна ділянка пасивації (рис. 6 б, крива 2). Дані електрохімічних досліджень рекомендованих технічною документацією присадок - зварних дротів 07Х23Н13, 07Х19Н10Б та електродів ЦЛ-11 і ЦТ-15 (рис. 6 в - д) - засвідчили, що найближчими за електрохімічними властивостями до двофазних сталей є матеріал зварювального дроту 07Х23Н13 та електрода ЦТ-15, крім, звичайно, присадки з основного металу.

Зварні з'єднання без термічної обробки виявились нечутливими до СКРН під навантаженням до 1,0_0,2 за бази випробувань 4320 год у дослідженнях за постійної деформації трьохточковим згином. Однією з основних причин високої опірності зварних зразків з феритно-аустенітних сталей СКРН є досить рівномірний розподіл легувальних елементів та відсутність критичних “провалів” їх концентрації (зокрема, Сr, Ni) у зоні термічного впливу та в металі шва (рис. 7), а також невисокий рівень залишкових напружень у зоні термічного впливу, який, за даними досліджень рентгенівським методом, не перевищував 254 МПa.

У четвертому розділі порівняно опірність СКРН сталей різних класів та оцінено можливість їх застосування для виготовлення деталей нафтогазовидобувного обладнання, призначеного для експлуатації в сірководневих середовищах.

Встановлено, що леговані корозійнотривкі сталі мартенситного, мартенситно-феритного, аустенітно-мартенситного класів, хромомарганцеві сталі аустенітного класу мають низьку опірність КР у сірководневих середовищах і не можуть конкурувати зі сталями перлітного класу. Аустенітні хромонікельмолібденові та феритно-аустенітні сталі відповідають вимогам, які ставляться до сталей у сірководневостійкому виконанні: для них _ssc 0,8_0,2. Але, зважаючи на вищу міцність, нижчий вміст нікелю і, відповідно, нижчу вартість, феритно-аустенітні сталі перспективніші у середовищах з домішками сірководню.

Відповідно до стандарту ГОСТ 13846-89 та зарубіжної специфікації ANSI/API Specification 6A/ISO 10423:2003 оцінено роботоздатність конструкційних сталей різних класів для виготовлення обладнання фонтанної та запірної арматури (табл. 1). Виявлено, що сталі 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т придатні для виготовлення відповідальних деталей фонтанної та запірної арматури класу К2 та груп DD i ЕЕ за зарубіжною специфікацією і можуть експлуатуватися на нафтогазових родовищах з підвищеними концентраціями сірководню та вуглекислого газу (до 6%); сталі 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3, 10Х17Н13М3Т можна використовувати для виготовлення відповідальних деталей фонтанної та запірної арматури класу К2, К3 та груп DD, ЕЕ і FF, які можуть експлуатуватися на нафтогазових родовищах з концентраціями сірководню та вуглекислого газу до 25%. Інші сталі (38ХМ, 14Х17Н2, 12Х13, 95Х18) виявили недостатню опірність СКРН.

Таблиця 1. Опірність сірководневому корозійному розтріскуванню сталей для обладнання фонтанної та запірної арматури у середовищі NACE

Сталь	Напруження , МПа	/0,2	Час до руйнування, год	Клас опірності
12Х18Н10Т	160	0,8	720	К2 (DD, EE)
08Х18Н10Т	157	0,8	720	К2 (DD, EE)
12Х21Н5Т	315	0,9	720	К2, К3 (DD, EE, FF)
03Х22Н6АМ3	630	1,0	720	К2, К3 (DD, EE, FF)
10Х17Н13М3Т	170	0,8	720	К2, К3 (DD, EE, FF)
38ХМ	636	0,8	18	-
14Х17Н2	536	0,8	18	-
12Х13	400	0,8	22	-
95Х18	508	0,8	4	-

У п'ятому розділі представлено результати досліджень ефективності інгібіторів для захисту від корозії, пухиріння та СКРН конструкційних матеріалів для відповідальних елементів газовидобувного обладнання родовищ з вмістом сірководню до 1% (об.).

Оскільки однією з основних причин передчасного виходу з ладу газовидобувного обладнання є корозія, вивчали вплив складу середовища, його температури і тиску на швидкість корозії трубних сталей Р-105 і сталі 20 та, для порівняння, листової сталі 20 (рис. 8).

Показано, що у парогазовій фазі сірководневого розчину NACE швидкість корозії сталей удвічі вища (рис. 8 б, криві 1-3), ніж у середовищі без сірководню (рис. 8 а, криві 1-3). Виявлено, що швидкість корозії низьколегованих сталей у рідинній фазі сірководнево-хлоридного розчину вища, ніж у парогазовій: за температури 25С - у 2 рази, 60С - у 3 рази, а 95С - у 4-8 разів. Серед досліджених сталей найбільш корозійнотривкою виявилась листова сталь 20, проте вона проявила схильність до поверхневого пухиріння у сірководневому середовищі.

Дослідженнями корозійної та корозійно-механічної тривкості вітчизняних трубних (марки за групою міцності ”Д”, ”К”, ”Л”) та зарубіжних (С-75 і Р-105) сталей встановлено, що сталі ”К” та С-75 не схильні до ВІР та поверхневого пухиріння і мають високу опірність до СКРН (рис. 9): порогові напруження в розчині NACE становлять 0,8_0,2, що задовольняє вимоги стандарту NACE Standard MR-0175-96. За опірністю СКРН вітчизняна сталь ”Д” (_ssc 0,6_0,2 ) поступається закордонній С-75, а сталі ”Л” і Р-105 проявили високу схильність до СКРН.

Результати випробувань низьколегованих сталей на корозійну тривкість засвідчили, що корозійна агресивність пластової води ЛГР значно нижча, ніж розчину NACE. У ній відсутнє поверхневе пухиріння трубних сталей, а швидкість загальної корозії в 5-7 разів нижча, ніж у розчині NACE (табл. 2).

З метою вибору ефективного інгібітора для захисту від можливого корозійного руйнування газопромислового обладнання ЛГР досліджено вітчизняні інгібітори корозії Нафтохім-3, Нафтохім-8 та для порівняння, аналогічний за дією інгібітор німецького виробництва Додікор.

Таблиця 2. Корозійна тривкість низьколегованих сталей

Сталь	Пластова вода	Розчин NACE
	П, мм/рік	Бал кор.тривкості	П, мм/рік	Бал кор.тривкості
С-75	0,022	4	0,12	6
Р-105	0,024	4	0,14	6
Д	0,024	4	0,17	6
К	0,008	3	0,069	5
Л	0,024	4	0,12	6

Результати досліджень впливу інгібіторів на ступінь захисту від загальної корозії Z та коефіцієнт гальмування швидкості корозії ( = K_m/K_{m інг}) у розчині NACE показали переваги нового інгібітора Нафтохім-8 (табл. 3). Встановлено, що ефективність інгібіторів зростає зі збільшенням їх концентрації (25-100 мг/л), проте за концентрації понад 50 мг/л ступінь захисту інгібіторів суттєво не збільшується. Тому оптимальною концентрацією досліджених інгібіторів є 50 мг/л, за якої ступені захисту інгібіторів Нафтохім-8, Нафтохім-3 та Додікор становлять 92%, 86 та 80%, відповідно, а коефіцієнти гальмування швидкості сірководневої корозії - 13, 7 та 5, відповідно.

Таблиця 3. Вплив концентрації інгібіторів на параметри K_m, П, Z та сталі ”К” у сірководневому розчині NACE

Інгібітор	С, мг/л	Km, г/м2год	П, мм/рік	Z, %
Без інгібітора	-	0,625	0,696	-	-
Нафтохім-8	25	0,219	0,243	65	2,8
	50	0,049	0,055	92	12,7
	100	0,047	0,052	92,5	13,3
Нафтохім-3	25	0,237	0,264	62	2,6
	50	0,085	0,095	86	7,3
	100	0,081	0,090	87	7,7
Додікор	25	0,262	0,292	58	2,4
	50	0,125	0,139	80	5,0
	100	0,122	0,136	80,5	5,1

При додаванні у сірководневе середовище NACE інгібіторів Нафтохім-8 та Додікор (50 мг/л) густина струму корозії сталі ”К” знижується у 8 та 4 рази, відповідно (табл. 4), а ступінь захисту Z становить 90 і 75%, відповідно, що корелює із даними (табл. 3), отриманими масометричним методом. Внаслідок адсорбції інгібіторів поверхнею сталі ”К” зростають тафелівські нахили катодних та анодних поляризаційних кривих. Інгібітори Нафтохім-8 та Додікор знижують швидкість реакцій, що протікають на сталі ”К” у сірководневому розчині NACE: анодної - у 1,7 раза, а катодної - вдвічі, тобто вони є інгібіторами змішаної дії.

Таблиця 4. Електрохімічні характеристики сталі ”К” у сірководневому розчині NACE з додатком 50 мг/л інгібіторів

Інгібітор	-Eкор, В	iкор, А/м2	bк, В	bа, В
Без інгібітора	0,63	0,97	0,038	0,030
Додікор	0,62	0,23	0,055	0,050
Нафтохім-8	0,61	0,11	0,078	0,060

Встановлено, що введення у сірководневий розчин NACE інгібітора Нафтохім-8 у концентрації 50 мг/л зменшує проникнення водню крізь сталь ”К” в 50 раз, інгібітора Нафтохім-3 - у 20 разів, а Додікору - лише у 10 разів (рис. 10).

Для оцінки ефективності інгібіторів в промислових умовах досліджено швидкість корозії зразків-свідків зі сталі ”К” на 10-ти свердловинах ЛГР (рис. 11).

Результати випробувань показали, що швидкість корозії сталі ”К” при обробці свердловин ударною дозою інгібітора Нафтохім-8 (100 л 5%-ного розчину на одну свердловину) знизилась у 15-24 рази (рис. 11). Також встановлено, що швидкість корозії цієї сталі за використання інгібітора Нафтохім-8 з періодичністю обробки свердловин один раз у рік така ж, як і під час застосування інгібітора Нафтохім-3 з періодичністю два рази у рік.

Оскільки в реальних умовах різні матеріали контактують між собою, неможливо уникнути контактної корозії, зокрема, у нафтогазовидобувній промисловості - корозійнотривких сталей з низьколегованими. Досліджено однорідні та різнорідні контактні пари сталей 03Х22Н6АМ3, 12Х21Н5Т, 12Х18Н10Т, сталі 20 в неінгібованому розчині NACE та у цьому ж розчині, що містить 50 мг/л інгібітора Нафтохім-8 (20С, перемішування, =720 год) (табл. 5).

Таблиця 5. Швидкість контактної корозії (г/(м²год)) сталей у розчині NACE (база випробувань 720 год)

Сталь	-Екор, мВ	Контактна сталь
		03Х22Н6АМ3	12Х21Н5Т	12Х18Н10Т	сталь 20
03Х22Н6АМ3	390	0,0131	-	0,0121	0,0110
12Х21Н5Т	580	-	0,0263	0,0291	0,0258
cталь 20	610	2,9305	1,2516	1,9708	0,9422
Те ж + 50 мг/л Нафтохім-8	590	0,3707	0,1354	0,2515	0,1211

Встановлено, що швидкість корозії сталі 03Х22Н6АМ3 знизилася у контакті зі сталлю 12Х18Н10Т на 10 %, а в контакті зі сталлю 20 - на 20 %, порівняно зі швидкістю корозії за контактування однорідних зразків сталі 03Х22Н6АМ3. Швидкість корозії сталі 12Х21Н5Т при контакті зі сталлю 12Х18Н10Т зросла на 10%, а в контакті зі сталлю 20 практично не змінилася порівняно зі швидкістю корозії однорідних зразків сталі 12Х21Н5Т.

Встановлено, що швидкість корозії сталі 20 у сірководневому розчині NACE суттєво зросла за контактування з корозійнотривкими сталями, оскільки в контактній парі вона працює як протектор (табл. 5). Під час контактування зі сталлю 03Х22Н6АМ3 швидкість корозії сталі 20 зросла у три рази, зі сталлю 12Х21Н5Т - на 30%, а зі сталлю 12Х18Н10Т - у два рази в порівнянні зі швидкістю корозії за контактування однорідних зразків сталі 20.

Для зменшення швидкості контактної корозії сталі 20 використано інгібіторний захист (Нафтохім-8, 50 мг/л). В інгібованому розчині NACE швидкість корозії сталі 20 за однорідного та різнорідного контактування зменшилась у 8 - 10 разів (табл. 5).

ВИСНОВКИ

На основі виконаної дисертаційної роботи вирішено науково-технічне завдання, яке полягає у виявленні закономірностей та з'ясуванні механізму сірководневого корозійного розтріскування під напруженням корозійнотривких феритно-аустенітних сталей та їх зварних з'єднань; обґрунтовано вибір високоефективного вітчизняного інгібітора Нафтохім-8 для захисту низьколегованих феритно-перлітних сталей від сірководневої корозії, сірководневого корозійного розтріскування під напруженням та розтріскування, ініційованого воднем. Найважливіші наукові та практичні результати:

1. У сірководнево-хлоридному середовищі корозійні тріщини у феритно-аустенітних сталях зароджуються за напружень, близьких до їх границі текучості, від пітінгів в аустенітній фазі, а поширюються внаслідок водневого окрихчення зерен фериту і пластичного розриву аустенітної фази.

2. Введення у феритно-аустенітну сталь молібдену (3%) підвищує її опірність корозійному та корозійно-механічному руйнуванню у розчині NACE (5%-й розчин NaCI + 0,5% СН₃СООН, насичений Н₂S, рН 2,7...4, 22+3⁰С): швидкість корозії сталі 03Х22Н6АМ3 знижується у 3 рази порівняно зі сталлю 12Х21Н5Т, а порогові напруження становлять 1,0_0,2 (630 МПа) та 0,9_0,2 (360 МПа), відповідно.

3. Катодна поляризація у сірководнево-хлоридному розчині сталей 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3 у межах 100 мВ від потенціалу корозії є захисною. Збільшення анодної поляризації до 300 мВ знижує опірність цих сталей сірководневому корозійному розтріскуванню під напруженням.

4. У сірководневому розчині NACE однорідні та різнорідні (зі сталлю 12Х18Н10Т) нетермооброблені зварні з'єднання сталей 12Х21Н5Т і 03Х22Н6АМ3 нечутливі до корозійного розтріскування під навантаженням постійною деформацією до границі текучості основного металу.

5. Вибрано і рекомендовано для промислового використання зварювальні матеріали (дріт 07Х23Н13, електрод ЦТ-15 та присадку того ж хімічного складу, що й основний метал) для ручного аргоно-дугового та автоматичного зварювання виробів з феритно-аустенітних сталей 12Х21Н5Т і 03Х22Н6АМ3, призначених для експлуатації у сірководнево-хлоридних середовищах.

6. Розроблено методику та лабораторний автоклав для досліджень швидкості корозії матеріалів у мінералізованих водних розчинах у рідинній і парогазовій фазах за присутності агресивних газів, зокрема H₂S і CO₂, при швидкості потоку до 6 м/с, тискові до 2,0 МПа і за температури до 95С та показано, що швидкість корозії трубних сталей 20 і Р-105 за температури 25-95С у рідинній фазі сірководневих середовищ у 2-8 рази вища, ніж у парогазовій.

7. Вітчизняна трубна сталь нафтового сортаменту марки ”К” за корозійною тривкістю та опірністю сірководневому корозійному розтріскуванню під напруженням в середовищі NACE відповідає вимогам міжнародного стандарту NACE Standard MR-0175-96, тому її можна використовувати для обладнання газових родовищ України з вмістом сірководню до 1% (об.).

8. Визначено оптимальну концентрацію інгібіторів Нафтохім-8, Нафтохім-3 та Додікор (50 мг/л) у сірководнево-хлоридних середовищах. При цьому захист від сірководневої корозії сягає 92%, 86 та 80%, а кількість продифундованого крізь трубну сталь ”К” водню знижується в 50, 20 та 10 разів відповідно.

9. Швидкість контактної корозії сталі 20 в парі із сталями 03Х22Н6АМ3, 12Х21Н5Т, 12Х18Н10Т у сірководневому розчині NACE зростає в 2 - 3 рази. При додаванні інгібітора Нафтохім-8 (50 мг/л) швидкість корозії сталі 20 за однорідного і різнорідного контактування зменшилась у 8 - 10 разів.

10. Розроблено та впроваджено технологічний регламент захисту обладнання Локачинського газового родовища з використанням інгібітора Нафтохім-8, після впровадження якого періодичність інгібіторної обробки обладнання зменшилася з двох і чотирьох разів на рік для інгібіторів Нафтохім-3 і Додікор до одного разу на рік. Це зменшило час простоювання свердловин та підвищило видобуток природного газу на 25 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Юркевич Р.М. Оцінка ефективності інгібіторів корозії трубних сталей в сірководневих середовищах / Р.М. Юркевич // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2009. - №1. - С. 117 -119.

Дослідження працездатності насосно-компресорних труб зі сталі групи міцності К / О.І. Радкевич, Г.В. Чумало, А.В. Василик, І.М. Антощак, Р.М. Юркевич // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - №1. - С. 109-110.

Оцінка опірності корозійному розтріскуванню корозійнотривких сталей у сірководневих розчинах / Г.М. Круцан, О.І. Радкевич, Р.К. Мелехов, Р.М. Юркевич // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - №6. - С. 103-107.

Юркевич Р. Корозійно-механічна тривкість феритно-аустенітних сталей у мінералізованих сірководневих розчинах / Р. Юркевич, Г. Круцан, Р. Мелехов // Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спец. випуск № 5 “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів”. - 2006. - Т.1. - С. 43-47.

Основні закономірності наводнювання та поверхневого пухиріння трубної сталі в сірководневих середовищах / О. Радкевич, І. Домінюк, Г. Чумало, Р. Юркевич // Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спец. випуск № 4 “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів”. - 2004. - Т.2. - С. 446-449.

Конструкційні сталі для газовидобувного обладнання, що працює в сірководневих середовищах / О.І. Радкевич, Г.В. Чумало, І.М. Домінюк, Р.М. Юркевич // Машинознавство. - 2007. - № 5. - С. 14-16.

Підвищення надійності і працездатн ості обладнання газових родовищ України, що містять сірководень / О.І. Радкевич, Г.В. Чумало, З.М. Ільницький, Р.М. Юркевич // Збірник наук. статей “Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин”, ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України.- 2006. - С. 111-114.

Корозійне розтріскування зварних з'єднань феритно-аустенітної сталі 12Х21Н5Т в порівнянні з деякими аустенітними сталями (частина I) / Р.К. Мелехов, О.О. Табуренко, Г.В. Чумало, А.В. Василик, В.І. Капінос, Р.М. Юркевич // Проблеми трибології. - 2005. - № 2. - С. 3-11.

Експлуатаційні властивості зварних з'єднань двофазних феритно-аустенітних сталей (огляд) / Р. Мелехов, Г. Круцан, Р. Юркевич, В. Капінос, А. Дячук // Вісник Хмельницьк. нац. універ. - 2005. - № 6. - С. 7-19.

Сірководневе корозійне розтріскування корозійнотривких двофазних феритно-аустенітних сталей / Р.К. Мелехов, Г.М. Круцан, Р.М. Юркевич, В.І. Капінос, А.І. Дячук // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2005. - №4. - С. 14-23.

Юркевич Р.М. Вплив сірководню і вуглекислого газу на ерозійну корозію сталей нафтовидобувного обладнання / Р.М. Юркевич, В.І. Капінос // Проблеми трибології. - 2004. - № 1. - С. 93-96.

Дослідження ступеня деградації металу трубопроводів нафтогазовидобувного обладнання після довготривалої експлуатації / О.І. Радкевич, І.М. Домінюк, Г.В. Чумало, Р.М. Юркевич // IV Міжнар. наук. конф. “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”. - Славське, 2004. - С. 83-86.

Радкевич О.І. Підвищення опірності СКРН сталей застосуванням спеціальної термообробки / О.І. Радкевич, Г.В. Чумало, Р.М. Юркевич // IX Міжнар. наук. конф. “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”. - Славське, 2009. - С. 156-157.

Патент України № 36348, МПК (2006) G01N 17/00, F16J 12/00. Автоклав для корозійних досліджень матеріалів у агресивних середовищах / О.І. Радкевич, Р.М. Юркевич, Л.М. Карвацький, Г.В. Чумало; заявник та власник патенту Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка Національної академії наук України. - № u 2008 05600; Заявл. 29.04.2008; Публ. 27.10.2008; Бюл. № 20. - 4 с.

АНОТАЦІЯ

Юркевич Р.М. Опірність сірководневій корозії та корозійному розтріскуванню феритно-аустенітних і феритно-перлітних сталей газовидобувного обладнання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.17.14 - хімічний опір матеріалів та захист від корозії. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів, 2009.

Дисертацію присвячено встановленню основних закономірностей впливу хімічного складу сталей, виду зварювальних матеріалів, поляризації на корозійні характеристики та опірність корозійному розтріскуванню феритно-аустенітних сталей та їх зварних з'єднань у сірководневих середовищах. Запропоновано ефективний вітчизняний інгібітор для захисту низьколегованих феритно-перлітних сталей від сірководневої корозії, сірководневого корозійного розтріскування під напруженням та розтріскування, ініційованого воднем.

Встановлено механізм сірководневого корозійного розтріскування під напруженням феритно-аустенітних сталей, за яким корозійні тріщини у сталі зароджуються під напруженням, близькими до її границі текучості, від пітінгів в аустенітній фазі, а розповсюджуються внаслідок водневого окрихчення зерен фериту і пластичного розриву аустенітної фази.

Розроблено оригінальну методику та запатентовано лабораторний автоклав для дослідження швидкості корозії матеріалів у потоці мінералізованих водних розчинів у рідинній і парогазовій фазах за присутності агресивних газів, зокрема H₂S і CO₂, тискові до 2 МПа і температурі 18-95⁰С.

Вибрано промислові зварювальні матеріали для ручного аргоно-дугового та автоматичного зварювання двофазних сталей 12Х21Н5Т і 03Х22Н6АМ3 та виявлено, що у сірководнево-хлоридних середовищах нетермооброблені однорідні та різнорідні (зі сталлю 12Х18Н10Т) зварні з'єднання цих сталей нечутливі до корозійного розтріскування під навантаженням постійною деформацією до границі текучості основного металу.

Встановлено, що вітчизняний інгібітор Нафтохім-8 є найефективнішим серед досліджених (Нафтохім-3, Додікор) для захисту трубних сталей від сірководневої корозії та наводнювання. Розроблено та впроваджено технологічний регламент з інгібіторного захисту обладнання Локачинського газового родовища з використанням інгібітора Нафтохім-8.

Ключові слова: сірководневе корозійне розтріскування, феритно-аустенітна сталь, зварне з'єднання, трубна сталь, нафтогазовидобувне обладнання, сірководень, інгібітор.

АННОТАЦИЯ

Юркевич Р. М. Сопротивляемость сероводородной коррозии и коррозинному растрескиванию ферритно-аустенитных и ферритно-перлитных сталей сталей газодобывающего оборудования. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.17.14 - химическое сопротивление материалов и защита от коррозии. - Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, Львов, 2009.

Диссертация посвящена установлению основных закономерностей влияния химического состава сталей, вида сварочных материалов, поляризации на коррозионные характеристики и сопротивляемость коррозионному растрескиванию ферритно-аустенитных сталей и их сварных соединений в сероводородсодержащих средах. Предложен эффективный ингибитор для защиты низколегированных ферритно-перлитных сталей от сероводородной коррозии и коррозионного растрескивания.

Исследована впервые склонность к сероводородному коррозионному растрескиванию под напряжением двухфазных ферритно-аустенитных сталей 12Х21Н5Т, 03Х22Н6АМ3 и показано, что легирование стали молибденом (3%) повышает ее стойкость против разрушению: пороговые напряжения для сталей 12Х21Н5Т и 03Х22Н6АМ3 в сероводородсодержащем растворе NACE (5%-й раствор NаCl + 0,5% СН₃СООН, насыщенный H₂S, 22+3С, рН 2,7...4) составляют 360 (0,9_0,2) и 630 МПа (1,0_0,2), соответственно.

Установлен механизм сероводородного коррозионного растрескивания под напражением ферритно-аустенитных сталей в сероводородных средах, согласно которому коррозионные трещины зарождаются под напряжениями, близкими к границе текучести стали, от питтингов в аустенитной фазе, а распространяются водородным охрупчиванием зерен феррита и пластичным разрывом аустенитной фазы.

Исследованы промышленные сварочные материалы для ручной аргоно-дуговой и автоматической сварки сталей 12Х21Н5Т и 03Х22Н6АМ3. Выявлено, что в сероводородсодержащих средах однородные и разнородные (со сталью 12Х18Н10Т) сварные соединения без термической обработки под нагрузкой постоянной деформацией до предела текучести нечувствительны к коррозионному растрескиванию. Предложены для промышленного использования сварочные материалы (проволока 07Х23Н13, электрод ЦТ-15 и присадка того же химического состава, что и основной металл) для изделий из феритно-аустенитных сталей 12Х21Н5Т и 03Х22Н6АМ3.

Впервые показано, что отечественная трубная сталь нефтяного сортамента марки ”К” не уступает зарубежной С-75 по сопротивляемости коррозионному и коррозионно-механическому разрушению в среде NACE и отвечает требованиям международного стандарта NACE Standard MR-0175-96, поэтому ее можно использовать для оборудования на газовых месторождениях Украины.

Установлено, что ингибиторы Нафтохим-8, Нафтохим-3 и Додикор в концентрации 50 мг/л в стандартном сероводородсодержащем растворе NACE снижают количество продиффундировавшего сквозь трубную сталь ”К” водорода в 50, 20 и в 10 раз, соответственно, степень защиты от сероводородной коррозии отечественного ингибитора Нафтохим-8 наивысшая среди исследованных и составляет 92%, а для ингибитора Додикор - 80%.

Проведены промышленные испытания ингибиторов Нафтохим-8 и Нафтохим-3 на скважинах Локачинского газового месторождения, засвидетельствовавшие их высокую эффективность: скорость коррозии снизилась больше, чем в 10 раз. Разработан технологический регламент по ингибиторной защите оборудования Локачинского газового месторождения с использованием ингибитора Нафтохим-8, внедрение которого позволило уменьшить периодичность ингибиторной обработки оборудования до одного раза в год, следовательно, уменьшить время простоя скважин и увеличить добычу природного газа на месторождении на 25 %.

Разработана оригинальная методика и запатентирован лабораторный автоклав для исследований коррозионной стойкости материалов в минерализованных водных растворах в жидкостной и парогазовых фазах в присутствии агрессивных газов, в частности H₂S и CO₂, при скорости потока до 6 м/с, давлении до 2,0 МПа и температуре до 95С.

Ключевые слова: сероводородное коррозионное растрескивание, ферритно-аустенитная сталь, сварное соединение, трубная сталь, нефтегазодобывающее оборудование, сероводород, ингибитор.

ABSTRACT

Iurkevych R.M. Resistance to corrosion and stress corrosion cracking in hydrogen sulfide-containing environments of ferritic-austenitic and ferritic-pearlitic steels used for gas extraction equipment. A manuscript.

A thesis for the degree of Candidate of Sciences in the specialty 05.17.14 Chemical Resistance of Materials and Corrosion Protection. - Karpenko Physico-Mechanical Institute, National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2009.

The thesis is concerned with establishing the influence of such factors as chemical compositions of steel and of electrodes for arc welding, and polarization on corrosion behavior in sulfide-containing media and on resistance to sulphide stress cracking of duplex steels and their weld joints. An effective domestic inhibitor is suggested for protection of low-alloyed ferritic-pearlitic steels from corrosion in hydrogen sulfide-containing media, sulfide stress cracking, and hydrogen induced cracking.

The mechanism of sulfide stress cracking of ferritic-austenitic steels is established. According to this mechanism, stress corrosion cracks in steel are initiated from the pits in austenitic grains at stresses that are close to the yield point. These cracks propagate in a brittle manner through alloyed ferrite which is a stronger phase.

An original method was developed and a laboratory autoclave was patented for studying corrosion rate of materials in a stream of a mineral aqueous solution containing aggressive gases, for instance H₂S і CO_2, at pressures up to 2 МPа and temperatures in the range 18-95⁰С.

The selection of electrodes for gas-metal arc welding, either hand-operated or automatic, as argon is used as a shielding gas, for welding duplex steels 12Kh21N5Т and 03Kh22N6АМ3 have been made from those that are commercially available. It was revealed that in hydrogen sulfide- and chlorine-containing media the weldments of both non-heat treated similar and dissimilar (with 12Kh18N10Т steel) are resistant to stress corrosion cracking under constant strain condition at all stress levels till yield point of the base material.

It is established that the domestic inhibitor Naftokhim-8 is the most effective for pipe steel protection against corrosion in hydrogen sulfide-containing media and hydrogenation, among the studied (others being Naftokhim-3 and Dodicor). The technological regulation has been published and utilized for the application of the Naftokhim-8 inhibitor in the Lokachynsky gas field for protection of equipment.

Key words: sulfide stress cracking, ferritic-austenitic steel, weld joint, pipe steel, gas-oil extraction equipment, hydrogen sulfide, inhibitor.

Размещено на Allbest.ru

...