Исследование коррозионной стойкости материалов насосно-компрессорных и нефтегазопроводных труб на месторождениях ОАО «ЛУКОЙЛ».
Одна из основных проблем при эксплуатации насосно-компрессорных (НКТ) и нефтегазопроводных труб (НГПТ) сопряжена с возникновением локальной коррозии. Особенности ее протекания определяются как типом материала, используемого для изготовления труб, так и спецификой коррозионной среды. В ходе проведенных лабораторных и промысловых испытаний изучено влияние отдельных факторов среды на особенности локальной коррозии разных материалов, что позволило выработать рекомендации для оптимального подбора материалов труб.
![](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/kosticyna-69x94.png)
![Рис. 1. Внешний вид автоклавной установки Cortest (слева) и крышки автоклава с образцами для испытаний (справа)](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-1.-vneshniy-vid-avtoklavnoy-ustanovki-cortest-sleva-500x309.png)
ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НКТ
Для проведения коррозионных испытаний материалов НКТ использовали автоклавную установку Cortest (рис. 1), позволяющую моделировать различные условия эксплуатации труб (давление, температуру, скорость движения среды и содержание агрессивных компонентов).
Для исследования стойкости к локальной коррозии выбрали несколько вариантов материалов, традиционно применяющихся для изготовления НКТ (табл. 1). Эти материалы условно можно разбить на четыре группы в зависимости от содержания в них хрома: около 13; 5; 1 и 0,1% соответственно (табл. 1).
Методика проведения испытаний заключалась в следующем. Образцы помещали внутрь автоклавной системы с заданными параметрами: температурой, давлением, минерализацией и скоростью движения среды, после чего извлекали и оценивали на предмет коррозионных повреждений.
![Таблица 1. Материалы НКТ, выбранные для исследования локальной коррозии](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/materialy-nkt-vybrannye-dlya-issledovaniya-lokalnoy-korrozii-740x178.png)
Испытания проводили в четырех типах сред (табл. 2) в следующих целях:
- изучение влияния температуры на процессы локальной коррозии при постоянном давлении;
- изучение влияния давления на процессы локальной коррозии при постоянной температуре;
- изучение процессов локальной коррозии НКТ при совместном присутствии СО2 и H2S;
- изучение коррозионного поведения материалов НКТ в модельных средах реальных нефтяных месторождений.
![Таблица 2. Условия проведения коррозионных испытаний материалов НКТ](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/usloviya-provedeniya-korrozionnyh-ispytaniy-materialov-nkt-740x261.png)
![Рис. 2. Влияние основных факторов на коррозионную стойкость материалов НКТ](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-2.-vliyanie-osnovnyh-faktorov-na-korrozionnuyu-350x768.png)
Продолжительность экспозиции образцов составляла 240 часов (10 суток).
Результаты коррозионных испытаний показали, что с увеличением содержания хрома скорость локальной коррозии материалов НКТ снижается. Для сталей с содержанием хрома на уровне 13% скорость локальной коррозии во всем диапазоне исследованных сред не превысила 0,5 мм/год. Для материалов с содержанием хрома порядка 5% скорость коррозионного разрушения в среднем составила от 2 до 4 мм/год, для низколегированных сталей — 7–8 мм/год, в отдельных средах скорость локальной коррозии углерод-марганцевых сталей может достигать 38 мм/год.
С увеличением температуры скорость локальной коррозии сталей с содержанием хрома 1 и 5% значительно снижается. При этом рост температуры до 200 °С практически не оказывает влияния на коррозионное поведение стали 13Cr (рис. 2). Повышение парциального давления углекислого газа резко увеличивает скорость локальной коррозии стали с 5%ным содержанием хрома, при этом показатели скорости локальной коррозии материалов с содержанием хрома 1 и 13% остаются прежними. Сероводород оказывает значительное влияние на скорость локальной коррозии материалов НКТ — наблюдается резкое повышение скорости локальной коррозии сталей с 1 и 5%-ным содержанием хрома и существенное ускорение скорости локальной коррозии для материала с 13%-ным содержанием хрома. При этом следует иметь в виду, что для сред, содержащих сероводород, наиболее опасными видами разрушения являются процессы коррозионного растрескивания под напряжением. Материалы для применения в таких средах должны соответствовать требованиям ANSI/NACE MR0175/IS0 15156.
Для изучения процессов локальной коррозии НКТ в условиях нефтяных месторождений образцы испытывали в модельных средах при парциальном давлении углекислого газа 0,05; 0,1 и 5,0 МПа. В первом случае скорость коррозии не превысила 0,4 мм/год.
С повышением парциального давления СО2 существенно возрастает скорость коррозии образцов из низколегированных сталей. Так, при парциальном давлении СО2 0,1 и 5 МПа скорость локальной коррозии образца из углерод-марганцевой стали составила 1,7 и 37 мм/год соответственно. При этом скорость коррозии стали 13Cr при повышении парциального давления углекислого газа не меняется (рис. 3).
![Рис. 3. Коррозионная стойкость материалов НКТ в модельных средах нефтяных месторождений](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-3.-korrozionnaya-stoykost-materialov-nkt-v-modelnyh-sredah-neftyanyh-mestorozhdeniy-740x533.png)
![Рис. 4. Диаграмма применения материалов НКТ в зависимости от парциального давления СО2 и температуры](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-4.-diagramma-primeneniya-materialov-nkt-350x275.png)
На основе обобщенных результатов исследований построили диаграмму для подбора материалов НКТ в зависимости от парциального давления СО2 и температуры (рис. 4). Так, при низком парциальном давлении углекислого газа (0,01–0,05 МПа) рекомендуется использовать НКТ из стали с содержанием хрома 1 или 5%, а при давлении 0,1–5 МПа — НКТ из высоколегированных сталей с содержанием хрома 13%. Диапазоны парциальных давлений 0,05–0,1 и 5–10 МПа требуют проведения дополнительных исследований.
![Таблица 4. Перечень исследуемых материалов НГПТ](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/perechen-issleduemyh-materialov-ngpt-350x234.png)
ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НГПТ
Работа по изучению коррозионной стойкости материалов НГПТ состояла из нескольких этапов: выбор материалов, лабораторные испытания в «РосНИТИ», лубрикаторные и байпасные испытания в ТПП «Когалымнефтегаз».
Исследовали несколько вариантов материалов, которые условно можно разделить на три группы (табл. 3):
- стали с пониженным содержанием углерода с углерод-марганцевой сиcтемой легирования (12ГБ, 10ГФБЮ);
- стали с пониженным содержанием углерода и микролегированных хромом до 0,5% (13ХФА);
- стали типа 20 (20А, 20КТ, 20Ф).
![Таблица 4. Характеристики модельной среды при проведениии лабораторных испытаний](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/harakteristiki-modelnoy-sredy-pri-provedeniii-350x322.png)
Для лабораторных испытаний использовали установку, представляющую собой замкнутый контур, с периодической циркуляцией модельной среды определенного состава (табл. 4) с заданной скоростью, с целью моделирования лубрикаторных испытаний в условиях действующих трубопроводов (рис. 5).
![Рис. 5. Схема установки для проведения лабораторных испытаний материалов НГПТ в условиях движущейся среды](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-5.-shema-ustanovki-dlya-provedeniya-350x490.png)
Модельная среда при лабораторных испытаниях отличалась от реальной отсутствием механических примесей, но повышенным содержанием ионов железа и углекислого газа. Время испытания в динамических условиях составило 10% от общего времени испытаний (720 часов).Результаты лабораторных испытаний представлены на рис. 6. Наименее стойкой к локальной коррозии оказалась сталь 20Ф — скорость коррозии составила 1,1 мм/год. Скорость локальной коррозии менее 0,5 мм/год показали образцы из сталей 20А и 13ХФА.
![Рис. 6. Результаты лабораторных коррозионных испытаний НГПТ в «РосНИТИ»](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-6.-rezultaty-laboratornyh-korrozionnyh-ispytaniy-ngpt-500x374.png)
![Рис. 7. Результаты лубрикаторных коррозионных испытаний НГПТ в ТПП «Когалымнефтегаз»](https://glavteh.ru/wp-content/uploads/2019/07/ris.-7.-rezultaty-lubrikatornyh-korrozionnyh-350x313.png)
Результаты лубрикаторных коррозионных испытаний позволили установить, что скорость локальной коррозии образцов снижается по мере удаления их от кустовой площадки (рис. 7). Различия в скоростях локальной коррозии исследуемых образцов обусловлены количеством механических примесей в транспортируемой среде и скоростью течения газожидкостной смеси (ГЖС) на разных участках трубопровода. По всей видимости, значительное содержание мехпримесей и высокая скорость течения ГЖС способствовали интенсивному коррозионно-эрозионному износу образцов исследуемых сталей в условия действующего трубопровода.
По предварительным данным наибольшее сопротивление локальной коррозии показали образцы их сталей 20А и 20КТ. Однако окончательные выводы можно будет сделать после получения результатов испытаний полноразмерных образцов. Для этого в мае 2011 года на одном из месторождений ТПП «Когалымнефтегаз» была установлена байпасная линия с образцами труб из сталей марок 12ГФ, 10ГФБЮ, 13ХФА, 20А и 20КТ. Оценка результатов испытаний намечена на май 2012 года.
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.