Анализ влияния агрессивных факторов и условий на состав коррозионных продуктов

Представлены данные по использованию метода рентгеновской дифракции при анализе состава коррозионных продуктов. Такие знания позволяют получать информацию по механизмам развития коррозии и защитным свойствам продуктов коррозии, которые могут быть либо плотными (с определенными свойствами защиты от коррозии), либо рыхлыми (с низким уровнем защиты от коррозии), которые не будут препятствовать проникновению коррозионно-активных сред к поверхности стали. В условиях сероводородных сред H₂S на поверхности сталей формируется слой маккинавита (FeS тетрагонального), а в кислых средах имитата пластовых вод в дополнение к нему образуется кубический FeS. Сульфид железа с кубической кристаллической структурой, являясь метастабильным, будет снижать защитные свойства сульфидной пленки в агрессивных кислых H₂S средах. При углекислотной коррозии стали основным продуктом является сидерит (FeCO₃), для которого характерно явление изоморфизма (изменение химического состава фазы при сохранении ее кристаллической структуры). Установлено, что в модели пластовой воды образуются осадки нестехиометрического состава Ca_xFe_yCO₃ и (XFe)CO₃, где X = (Са²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺). Оба они плохо окристаллизованы и имеют дефекты в кристаллической структуре, что снижает их защитные свойства относительно стехиометрического FeCO₃, образующегося в 3%-ном растворе NaCl. Присутствие ингибитора коррозии в водных средах способствует адсорбции ингибиторной пленки, предотвращая образование продуктов коррозии.

1. Кантюков Р. Р., Запевалов Д. Н., Вагапов Р. К. Оценка влияния эксплуатационных условий на стойкость сталей, применяемых в ILS-содержаших средах на объектах добычи углеводородов // Металлург. - 2021. - № 12. - С. 24-31. DOI: 10.52351/00260827_2021_12_24

2. Вагапов Р. К. Сравнение и интерпретация результатов обработки данных внутритрубной диагностики для условий транспортировки коррозионно-агрессивного газа // Дефектоскопия. - 2021. -№ 8. - С. 62-71. DOI: 10.31857/S0130308221080066

3. Кантюков Р. Р., Запевалов Д. Н., Вагапов Р. К. Анализ применения и воздействия углекислотных сред на коррозионное состояние нефтегазовых объектов // Записки Горного института. - 2021. - Т. 250, № 4. - С. 578-586. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.11

4. A review of iron carbonate (FeCO3) formation in the oil and gas industry / R. Barker, D. Burkle, T. Charpentier et al. // Corrosion Science. - 2018. - V. 142. - P. 312-341. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.07.021

5. Вагапов Р. К., Михалкина О. Г., Запевалов Д. Н. Использование методов рентгеновской дифракции и хроматомасс-спектрометрии при оценке коррозии и ингибиторной защиты на объектах газовых месторождений // Коррозия: материалы, защита. - 2022. - № 1. - С. 37-48. DOI: 10.31044/18137016-2022-0-1-37-48

6. Fosb0l P. L., Thomsen K., Stenby E. H. Review and recommended thermodynamic properties of FeCO3 // Corrosion Engineering, Science and Technology. 2010. - V. 45, N 2. - P. 115-135. https://doi.org/10.1179/174327808X286437

7. Sun W, Nesic S. Kinetics of Corrosion Layer Formation: Part 1—Iron Carbonate Layers in Carbon Dioxide Corrosion / Corrosion. - 2008. - V. 64, N 4. - P. 334-346. https://doi.org/10.5006/1.3278477

8. Sun W, Nesic S., Papavinasam S. Kinetics of Corrosion Layer Formation. Part 2: Iron Sulfide and Mixed Iron Sulfide/Carbonate Layers in Carbon Dioxide/Hydrogen Sulfide Corrosion // Corrosion. - 2008. - V. 64, N 7. - Р. 586-599. https://doi.org/10.5006/1.3278494

9. Михалкина О. Г. Применение метода рентгеновской дифракции для исследования керна и техногенных продуктов // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». - 2016. - Т. 28, № 4. -С. 96-107.

10. In situ synchrotron X-ray diffraction study of surface scale formation during CO2 corrosion of carbon steel at temperatures up to 90°C / B. Ingham, M. Ko, G. Kear, et al. // Corrosion Science. - 2010. - V. 52. -P. 3052-3061. DOI:10.1016/j.corsci.2010.05.025

11. Modelling of carbon dioxide corrosion of steel with iron carbonate precipitation / M. Shayegani, M. Ghorbani, A. Afshar et al. // Corrosion Engineering, Science and Technology. -2009. - V. 44, N 2. - P. 128-136. https://doi.org/10.1179/174327808X286338

12. Electrochemical response of mild steel in ferrous ion enriched and CO2 saturated solutions / C. Bian, Z. M. Wang, X. Han et al. // Corrosion Science. - 2015. - V. 96. - P. 42-51. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2015.03.015

13. Mechanical properties of CO2 corrosion product scales and their relationship to corrosion rates / K. Gao, F. Yu, X. Pang et al. // Corrosion Science. - 2008. - V. 50. - P. 2796-2803. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.07.016

14. The early stages of FeCO3 scale formation kinetics in CO2 corrosion / R. A. De Motte, R. Barker, D. Burkle et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2018. - V. 216. - P. 102-111. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.04.077

15. Yin Z. F., Zhao W. Z., Feng Y. R., Zhu S. D. Characterization of CO2 corrosion scale in simulated solution with Cl- ion under turbulent flow conditions // Corrosion Engineering, Science and Technology. - 2009. - V. 44, N 6. - P. 453-461. https://doi.org/10.1179/174327808X303482

16. Mechanical properties of CO2 corrosion scale formed at different temperatures and their relationship to corrosion rate / S. D. Zhu, G. S. Zhou, J. Miao et al. // Corrosion Engineering, Science and Technology. - 2012. - V. 47, N 3. - P. 453-461. https://doi.org/10.1179/1743278211Y.0000000023

17. In situ SR-XRD study of FeCO3 precipitation kinetics onto carbon steel in CO2-containing environments: The influence of brine pH / D. Burkle, R. De Motte, W. Taleb et al. // Electrochimica Acta. -2017. - V. 255. - P. 127-144. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.138

18. Вагапов Р. К., Прокопенко А. Ю., Томский И. С. Оценка зависимости скорости коррозии стали на объектах инфраструктуры углеводородных месторождений от минерализации и температуры // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2021. - Т. 87, № 6. - С. 41-44. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-41-44

19. Федоров А. С., Алексеева Е. Л., Альхименко А. А., Шапошников Н. О., Ковалев М. А. Исследование влияния параметров испытаний на оценку стойкости сталей к углекислотной коррозии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2021. - Т. 87, № 12. - С. 36-41. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-12-42-47

20. Rizzo R., Baier S., Rogowska M., Ambat R. An electrochemical and X-ray computed tomography investigation of the effect of temperature on CO2 corrosion of 1Cr carbon steel // Corrosion Science. - 2020. - V. 166. - Article 108471. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108471

21. Effect of Incorporation of Calcium into Iron Carbonate Protective Layers in CO2 Corrosion of Mild Steel / S. N. Esmaeely, D. Young, B. Brown et al. // Corrosion. - 2017. - V. 73, N 3. - P. 238-246. https://doi.org/10.5006/2261

22. Вагапов Р. К., Запевалов Д. Н. Агрессивные факторы эксплуатационных условий, вызывающие коррозию на объектах добычи газа в присутствии диоксида углерода // Практика противокоррозионной защиты. - 2020. - Т. 25, № 4. - С. 7-17. doi: 10.31615/j.corros.prot.2020.98.4-1

23. Characterization of the surface film formed from carbon dioxide corrosion on N80 steel / S. L. Wu, Z. D. Cui, F. He et al. // Materials Letters. - 2004. - V. 58. - Р. 1076-1081. doi:10.1016/j.matlet.2003.08.020

24. Rizzo R., Ambat R. Effect of initial CaCO3 saturation levels on the CO2 corrosion of 1Cr carbon steel // Materials and Corrosion. - 2021. - V. 72, № 6. - P. 1076-1090. https://doi.org/10.1002/maco.202011822

25. Anti-corrosion characteristics of FeCO3 and FexCayMgzCO3 scales on carbon steel in high-PT CO2 environments / C. Wang, Y. Hua, S. Nadimi et al. // Chemical Engineering Journal. - 2022. - V. 431. -Art. 133484. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133484

26. Mohammed S. A., Hua Y., Barker R. et al. Effect of calcium on X65 carbon steel pitting in saturated CO2 environment // Electrochimica Acta. - 2022. - V. 407. - Art. 139899. https://doi.org/10.1016 /j.electacta.2022.139899

27. Influence of calcium and magnesium ions on CO2 corrosion of carbon steel in oil and gas production systems - A review / H. Mansoori, D. Young, B. Brown et al. // Journal of Natural Gas Science and Engineering. - 2018. - V. 59. - Р. 287-296. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2018.08.025

28. Ding C., Gao K., Chen C. Effect of Ca2+ on CO2 corrosion properties of X65 pipeline steel // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. - 2009. - V. 16. - Р. 661-666. https://doi.org/10.1016/S1674-4799(10)60009-X

29. Protectiveness, morphology and composition of corrosion products formed on carbon steel in the presence of Cl-, Ca2+ and Mg2+ in high pressure CO2 environments / Y. Hua, A. Shamsa, R. Barker et al. // Applied Surface Science. - 2018. - V. 455. - Р. 667-682. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.05.140

30. Effect of FexCayCO3 and CaCO3 scales on the CO2 corrosion of mild steel / H. Mansoori, B. Brown, D. Young et al. // Corrosion. - 2019. - V. 75. - Р. 1434-1449. https://doi.org/10.5006/3290

31. Вагапов Р. К. Исследование наводороживания и коррозии стального оборудования и трубопроводов на объектах добычи H2S-содержащего углеводородного сырья // Вопросы материаловедения. - 2021. - Т. 106, № 2. - С. 170-181. DOI: 10.22349/1994-6716-2021-106-2-170-181

32. Effect of interaction between corrosion film and H2S/CO2 partial pressure ratio on the hydrogen permeation in X80 pipeline steel / C. Zhou, B. Fang, J. Wang et al. // Corrosion Engineering, Science and Technology. - 2020. - V. 55, N 5. - Р. 392-399. DOI: 10.1080/1478422X.2020.1737384

33. Silva S. C., Silva A. B., Ponciano Gomes J. A. C. Hydrogen embrittlement of API 5L X65 pipeline steel in CO2 containing low H2S concentration environment // Engineering Failure Analysis. - 2021. -V. 120. - Article 105081. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.105081

34. Murowchick J. B., Barnes H. L. Formation of cubic FeS // American Mineralogist. - 1986. - V. 71, N 9-10. - Р. 1243-1246.