ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ И УСТАНОВОК. ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СТАЛЕЙ ИЗМЕНЕНИЕМ СТРУКТУРНО-НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Под технологическими методами борьбы с коррозией следует понимать следующие мероприятия: сохранение или поддержание первоначально низкой коррозионной активности среды; предотвращение попадания в нефть, газ и сточные воды агрессивных компонентов (сероводорода и кислорода) из различных источников; создание для действующего оборудования и коммуникаций нефтепромыслов наиболее благоприятных условий эксплуатации в агрессивной среде.

Технологические методы защиты от коррозии в большинстве случаев носят предупредительный (профилактический) характер.

Комплекс технологических мероприятий по предотвращению коррозии внутренней и внешней поверхностей обсадных колонн сводится к следующему. Во всех случаях, особенно когда обсадная колонна пересекает агрессивные водоносные горизонты, тщательно цементируют затрубное пространство до устья скважины или до башмака предыдущей колонны. Для этого используют цемент высокого качества и применяют специальные буферные жидкости с высоким pH или добавляют в них реагенты, связывающие растворенный в воде кислород, например гидразин. При этом тщательно контролируют качество тампонажных работ, после их окончания — сплошность цементного кольца. При обнаружении перетока воды из одного горизонта в другой принимают все меры к его ликвидации.

Защита внутренней поверхности обсадной колонны при добыче сильно агрессивной нефти сводится к мероприятиям, предотвращающим возникновение в межтрубном пространстве большого давления газовой среды, содержащей сероводород, или циркуляцию этой среды в скважине. С этой целью в скважине устанавливают пакер или заполняют надпакерное пространство неагрессивной нефтью. Необходимо обратить особое внимание на тщательное свинчивание резьбовых соединений обсадных труб, используя для их герметизации специальные смазки-герметики.

В скважинах, где межтрубное пространство заполнено агрессивной жидкостью, следует разгрузить насосно-компрессорные трубы, посадив их концевую часть на устройство, закрепленное на хвостовике обсадной колонны. Это мероприятие позволяет снизить механическую нагрузку на колонну НКТ и предотвратить их возможный обрыв из-за снижения прочности металла.

В нефтяных скважинах, где добывают сероводородсодержащую нефть, особое внимание уделяют выбору стойких в этой среде глубиннонасосных штанг, а также предотвращают спуск в скважины тех штанг, которые имеют внешние и скрытые дефекты изготовления. При свинчивании штанг необходимо обеспечить достаточный натяг и использовать для защиты резьбы и предотвращения самопроизвольных отворотов штанг графитовые смазки, содержащие противокоррозионные добавки [78]. Эти смазки предотвращают и особый вид ударной гидроэрозии в резьбовых соединениях штанг при работе глубинного насоса.

При лазерной, электроискровой, плазменной и других обработках в поверхностных слоях сталей и чугунов возникает структура, которая в 3%-ном растворе HN03 в этиловом спирте не травится, остается белой. Эта структура имеет особенные физикохимические и электрохимические свойства, резко отличающиеся от исходного металла и друг от друга. Методы, позволяющие получать на обрабатываемой поверхности сплавов белые слои, получили название импульсной технологии.

В результате изучения структурно-напряженного состояния и свойств, возникающих при импульсном нагреве, одновременном деформировании с большими скоростями и последующем быстром охлаждении стали и чугуна, под руководством Ю.И. Бабея (в ФМИ АН УССР) разработаны технологические процессы поверхностной обработки стальных и чугунных изделий, подверженных воздействию коррозионно-активных сред [5].

Важное условие для получения качественных сплошных белых слоев — это выбор рациональных режимов обработки, которые могут обеспечить необходимые температурно-силовые условия. Изменяя условия, можно получать требуемое качество белых слоев. Условия формирования белых слоев тем благоприятнее, чем больше теплоемкость обрабатываемого металла и ниже температура его закалки.

Белые слои имеют более высокую, чем мартенсит, температуру закалки, микротвердость. При увеличении содержания углерода в стали, наличии в ней небольших количеств хрома, молибдена, ванадия, вольфрама и никеля в результате легирования мартенсита и карбидов и измельчения структуры повышается микротвердость белых слоев.

Максимальный эффект увеличения твердости белых слоев по сравнению с исходным металлом наблюдается в сталях, предварительно подвергнутых отжигу или нормализации, и может достигать 2—3 раз.

Твердость белых слоев на предварительно закаленных сталях несколько выше, чем на незакаленных, из-за отсутствия свободного феррита, низкоуглеродистого мартенсита и меньшего количества метастабильного мартенсита.

Это связано с тем, что многие химические элементы, несмотря на кратковременность процесса образования белых слоев, успевают в них перераспределиться. Наиболее интенсивно перераспределяется углерод, содержание которого в белых слоях растет в основном за счет миграции его из подслоя.

Микроструктура белых слоев, полученных в результате различной обработки стали и чугунов, представляет собой мелко- игольчатый мартенсит и остаточный аустенит с карбидами. Дисперсность мартенсита в среднем на 2—3 балла меньше по сравнению с мартенситом обычной закалки, особенно в эвтектоидных и заэвтектоидных сталях и сталях, легированных элементами, способствующими измельчению мартенсита. Дисперсность карбидов в белых слоях в 2—3 раза больше, а размер зерна остаточного аустенита на порядок меньше, чем в стали после закалки и низкого отпуска. При этом количество остаточного аустенита в белом слое увеличивается с повышением содержания углерода в исходной стали и не зависит от способа поверхностной обработки.

Под белым слоем на предварительно закаленных сталях наблюдается зона пониженной микротвердости и повышенной трави- мости, которая представляет собой мартенсит вторичной закалки с пониженным содержанием углерода, хрома и других карбидообразующих элементов и с уменьшенным количеством карбидов.

Конструкционными материалами, обладающими уникальным комплексом свойств и технико-экономических показателей, являются алюминий и его сплавы.

Алюминиевые сплавы по сравнению со среднеуглеродистой сталью при одинаковых прочностных показателях имеют преимущество по удельной прочности, коррозионной стойкости во многих агрессивных средах нефтяной и газовой промышленности, электро- и теплопроводности.

К преимуществам алюминиевых сплавов относят также технологичность изготовления различных форм, в которых их выпускают (листов, профилей, прутков, проволок, штамповок). Алюминиевые сплавы имеют хорошую обрабатываемость под давлением, в том числе и при повышенных температурах резанием. После обработки под давлением на поверхности алюминиевых сплавов отсутствует окалина, а чистота поверхности значительно выше, чем у углеродистой стали.

Ввиду высокой коррозионной стойкости алюминия и его сплавов в условиях агрессивных сред, характерных для нефтедобывающей промышленности, перспективно их использование в качестве конструкционного материала для изготовления буровых, насоснокомпрессорных труб и деталей газопромыслового оборудования. Известно, что алюминий и его сплавы подвергаются коррозионному разрушению в результате общего растворения, питтинга, межкрис- таллитной коррозии, коррозии под напряжением, расслаивающей коррозии. Вид коррозионного разрушения определяется составом алюминиевого сплава, зависит от состава коррозионной среды и условий эксплуатации. Так, при использовании бурильных труб из алюминиевых сплавов возможно развитие контактной коррозии за счет соединения их с остальными замками. В зазорах резьбовых соединений происходят процессы щелевой коррозии, а при нагружении таких соединений переменными нагрузками возникают процессы фреттинг-коррозии. Значительное влияние на характер коррозионного разрушения оказывает pH коррозионно-активной среды. Практика эксплуатации алюминиевых труб показывает, что с увеличением pH от 1 до 13 меняется характер коррозионного поражения: равномерная коррозия — в сильнощелочной, щелевая — в сильно кислой областях, питтинговая — при pH = 3—11.

Повышение антикоррозионных свойств алюминиевых сплавов достигается за счет плакирования, анодирования. В качестве плакирующего слоя применяют чистый алюминий и алюминий, легированный 1% цинк. Толщина плакирующего слоя составляет от 1 до 7,5% от толщины основного металла. С помощью алюминиевого плакирующего слоя, служащего анодом, осуществляется электрохимическая защита основного металла, являющегося катодом. Для повышения коррозионно-защитных и эрозионных свойств алюминиевых сплавов применяют окисление алюминия. В зависимости от толщины пленки применяют тонкослойное (1—20 мкм) и толстослойное анодирование (более 20 мкм).

Для повышения износостойкости поверхности алюминиевых сплавов применяют метод (глубокого) твердостного анодирования, использование которого позволяет заменить многие специальные стали и цветные металлы из алюминиевых сплавов с оксидными пленками. Защитная способность, твердость, толщина, пористость, износостойкость анодных пленок зависят от состава электролита, режима анодирования, свойств обрабатываемых алюминиевых сплавов, состава наполнителя, применяемого для последующей пропитки пористой анодной пленки, а также от режимов термической обработки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >