Tubes et tuyaux de boîtier résistants à la corrosion au CO2

introduction

Dans l'industrie pétrolière et gazière, gaz carbonique (CO2) corrosion est une préoccupation importante, en particulier dans les environnements où le CO2 est présent en concentrations élevées. Corrosion au CO2, aussi connu sous le nom corrosion douce, se produit lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau, former de l'acide carbonique (H2CO3), qui peut attaquer de manière agressive les matériaux en acier, conduisant à des piqûres, corrosion uniforme, et finalement, défaillance des tubes et des tuyaux de tubage. Ce type de corrosion est particulièrement répandu dans Des réservoirs riches en CO2, récupération assistée du pétrole (RAP) opérations, et puits de gaz.

Pour lutter contre la corrosion due au CO2, l'industrie a développé des Tubes et tubes de cuvelage résistants à la corrosion au CO2. Ces tuyaux sont conçus pour résister aux conditions difficiles des environnements riches en CO2, assurer l’intégrité du puits de forage et prévenir des défaillances coûteuses. Dans cet article, nous explorerons les propriétés, matériaux, et technologies utilisées dans les tubes et les tuyaux de tubage résistants à la corrosion au CO2, ainsi que les facteurs qui influencent leur performance.

 

Spécification API SPEC 5CT pour les boîtiers et les tubes

ANSI/NACE TM0177 Tests en laboratoire des métaux pour la résistance à la fissuration sous contrainte par sulfure et à la fissuration par corrosion sous contrainte dans un environnement H2S.

ISO 15156 Industries du pétrole et du gaz naturel - matériau destiné à être utilisé dans des environnements contenant du H2S dans la production pétrolière et gazière.

ISO 13680 Tubes sans soudure résistants à la corrosion pour les industries du pétrole et du gaz naturel destinés à être utilisés comme enveloppes , stock de tubes et raccords conditions techniques de livraison troisième édition.

 

 

C:Les produits non API peuvent également négocier avec les clients concernant les données techniques.

 

 

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Table des matières

1. Comprendre la corrosion par le CO2
2. Matériaux pour la résistance à la corrosion par le CO2
   • 2.1 Acier au carbone
   • 2.2 Acier faiblement allié
   • 2.3 Alliages résistants à la corrosion (ARC)
   • 2.4 Tuyaux gainés et doublés
3. Facteurs affectant la corrosion par le CO2
   • 3.1 Pression partielle CO2
   • 3.2 Température
   • 3.3 Teneur en eau
   • 3.4 Niveaux de pH
4. Tests et évaluation de la résistance à la corrosion du CO2
   • 4.1 Tests en autoclave
   • 4.2 Tests électrochimiques
   • 4.3 Tests sur le terrain
5. Applications des tubes et boîtiers résistants à la corrosion au CO2
6. Questions fréquemment posées (FAQ)
7. Conclusion

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Comprendre la corrosion par le CO2 {#comprendre-co2-corrosion}

Corrosion au CO2 se produit lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau, formant acide carbonique. Cet acide réagit avec le fer de l'acier pour former carbonate de fer (FeCO3), qui peut soit former une couche protectrice, soit, sous certaines conditions, conduire à une corrosion agressive. La gravité de la corrosion du CO2 dépend de plusieurs facteurs, incluant le pression partielle de CO2, Température, teneur en eau, et niveaux de pH.

La réaction générale de corrosion par le CO2 dans l’acier est la suivante:

La formation de carbonate de fer peut parfois agir comme une couche protectrice, ralentir le processus de corrosion. toutefois, dans des environnements à haute vitesse ou lorsque la couche protectrice est instable, le taux de corrosion peut augmenter considérablement, menant à piqûres, érosion, ou corrosion uniforme.

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Matériaux pour la résistance à la corrosion par le CO2 {#matériaux-pour-la-résistance-à-la-corrosion-co2}

Choisir le bon matériau pour Tubes et boîtiers résistants à la corrosion au CO2 est essentiel pour garantir la longévité et la sécurité des puits de pétrole et de gaz. Plusieurs matériaux sont couramment utilisés, chacun avec ses propres avantages et limites.

2.1 Acier au carbone {#acier au carbone}

Acier au carbone est le matériau le plus couramment utilisé pour les tubes et les tubages dans l'industrie pétrolière et gazière en raison de son faible coût et de sa disponibilité.. toutefois, l'acier au carbone est très sensible à la corrosion par le CO2, en particulier dans les environnements avec des pressions partielles de CO2 et une teneur en eau élevées. Pour atténuer la corrosion par le CO2 dans l'acier au carbone, les opérateurs utilisent souvent inhibiteurs de corrosion, revêtements, ou la protection cathodique.

Alors que l'acier au carbone peut être utilisé dans des environnements CO2 avec les bonnes mesures de protection, il n'est généralement pas recommandé pour les concentrations élevées de CO2 ou les applications à haute température, où des matériaux plus résistants sont nécessaires.

2.2 Acier faiblement allié {#acier faiblement allié}

Acier faiblement allié contient de petites quantités d’éléments d’alliage tels que chrome, molybdène, ou nickel, qui améliorent sa résistance à la corrosion CO2. Ces matériaux offrent de meilleures performances que l'acier au carbone dans des environnements à CO2 modérés, mais peuvent néanmoins nécessiter l'utilisation d'inhibiteurs de corrosion ou de revêtements pour améliorer leur durabilité..

Les aciers faiblement alliés sont souvent utilisés dans puits de profondeur modérée ou puits de gaz où les concentrations de CO2 ne sont pas excessivement élevées.

2.3 Alliages résistants à la corrosion (ARC) {#alliages résistants à la corrosion}

Alliages résistants à la corrosion (ARC) sont des matériaux spécialement conçus qui offrent une résistance supérieure à la corrosion due au CO2. Ces alliages contiennent généralement des niveaux élevés de chrome, nickel, et molybdène, qui offrent une excellente résistance au CO2 et sulfure d'hydrogène (H2S) corrosion.

Les CRA courants utilisés dans les environnements riches en CO2 comprennent:

• 13Cr (Acier inoxydable martensitique): Contient environ 13% chrome et offre une bonne résistance à la corrosion par le CO2 à des températures basses à modérées. Il est largement utilisé dans Puits de gaz riches en CO2 et Opérations EOR.
• Super 13Cr: Une version améliorée du 13Cr avec une meilleure résistance à la corrosion à des températures et des pressions partielles de CO2 plus élevées.
• Acier inoxydable duplex: Combine les propriétés des aciers inoxydables austénitiques et ferritiques, offrant une excellente résistance à la corrosion CO2 et une haute résistance mécanique.
• Alliages à base de nickel (par exemple., Inconel, Hastelloy): Ces alliages offrent le plus haut niveau de résistance à la corrosion et sont utilisés dans les environnements CO2 les plus sévères., y compris les puits à haute température et haute pression.

Alors que les CRA offrent une excellente résistance à la corrosion, ils sont nettement plus chers que l'acier au carbone ou l'acier faiblement allié, les rendant adaptés à environnements à haut risque où l'échec serait catastrophique.

2.4 Tuyaux gainés et doublés {#tuyaux gainés et doublés}

Tuyaux plaqués et doublés combiner la rentabilité de l'acier au carbone avec la résistance à la corrosion des CRA. Dans ces tuyaux, une fine couche de matériau CRA est collée à la surface intérieure d'un tubes en acier au carbone, offrant une excellente résistance à la corrosion à un coût inférieur à celui de l'utilisation de tuyaux CRA solides.

• Tuyaux plaqués: La couche CRA est liée métallurgiquement au tuyau en acier au carbone, offrant une surface solide et durable résistante à la corrosion.
• Tuyaux doublés: La couche CRA est liée mécaniquement au tuyau en acier au carbone, offrant une résistance à la corrosion sans nécessiter de liaison métallurgique.

Les tuyaux plaqués et doublés sont couramment utilisés dans Environnements riches en CO2 où le coût est une préoccupation, mais la résistance à la corrosion reste critique.

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Facteurs affectant la corrosion par le CO2 {#facteurs-affectant-la-corrosion-co2}

Plusieurs facteurs influencent la vitesse et la gravité de la corrosion par le CO2 dans les tubes et les tuyaux de tubage.. Comprendre ces facteurs est essentiel pour sélectionner les bons matériaux et mettre en œuvre des stratégies efficaces de prévention de la corrosion..

3.1 Pression partielle CO2 {#pression partielle de co2}

le pression partielle de CO2 est un facteur clé pour déterminer la gravité de la corrosion due au CO2. Des pressions partielles de CO2 plus élevées entraînent une plus grande dissolution de CO2 dans l'eau, conduisant à la formation de plus d’acide carbonique et, par conséquent, taux de corrosion plus élevés. En général, à mesure que la pression partielle de CO2 augmente, le besoin de matériaux ou d'inhibiteurs résistants à la corrosion devient plus critique.

3.2 Température {#Température}

Température a un effet complexe sur la corrosion du CO2. À températures modérées (en dessous de 60°C), le taux de corrosion a tendance à augmenter avec la température en raison de la solubilité accrue du CO2 dans l'eau. toutefois, à des températures plus élevées (au-dessus de 100°C), la formation de couches protectrices de carbonate de fer peut ralentir le taux de corrosion.

Dans des environnements à haute température, des matériaux tels que super 13Cr ou alliages à base de nickel sont souvent nécessaires pour résister aux effets combinés de la corrosion du CO2 et du stress thermique.

3.3 Teneur en eau {#teneur en eau}

Eau est un facteur critique dans la corrosion du CO2 car le CO2 doit se dissoudre dans l’eau pour former de l’acide carbonique. Dans les puits de gaz secs, où la teneur en eau est minime, La corrosion par le CO2 est moins préoccupante. toutefois, dans les puits à forte teneur en eau, en particulier dans gaz humide ou puits de condensats, le risque de corrosion par le CO2 est nettement plus élevé.

3.4 Niveaux de pH {#niveaux de pH}

le pH de l'environnement affecte également la corrosion du CO2. Niveaux de pH inférieurs (conditions plus acides) augmenter le taux de corrosion, tandis que des niveaux de pH plus élevés (conditions plus alcalines) peut réduire le taux de corrosion. Dans des environnements riches en CO2, le pH est généralement faible en raison de la formation d'acide carbonique. stabilisation du pH techniques, comme l'ajout de substances alcalines au fluide, peut aider à atténuer la corrosion du CO2.

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Tests et évaluation de la résistance à la corrosion du CO2 {#tests et évaluation}

Pour garantir que les tubes et les tuyaux de tubage peuvent résister à la corrosion due au CO2, plusieurs méthodes de test sont utilisées pour évaluer leurs performances dans des environnements riches en CO2.

4.1 Tests en autoclave {#test en autoclave}

Tests en autoclave implique d'exposer le matériau à du CO2 à haute pression et à de l'eau dans un environnement contrôlé pour simuler les conditions de fond de trou. Le test est effectué à des températures et des pressions élevées pour évaluer la résistance du matériau à la corrosion par le CO2.. Les tests en autoclave sont couramment utilisés pour évaluer les performances des CRA et des aciers faiblement alliés dans des environnements CO2..

4.2 Tests électrochimiques {#tests électrochimiques}

Tests électrochimiques mesure le taux de corrosion d'un matériau en surveillant les réactions électrochimiques qui se produisent lorsque le matériau est exposé au CO2 et à l'eau. Cette méthode fournit des données précieuses sur la résistance à la corrosion du matériau et peut aider à identifier les meilleurs matériaux pour des environnements spécifiques riches en CO2..

4.3 Tests sur le terrain {#essais sur le terrain}

Tests sur le terrain implique l'installation du tube ou tuyaux de cuvelage dans un puits de forage réel et surveiller ses performances au fil du temps. Cette méthode fournit des données réelles sur la capacité du matériau à résister à la corrosion due au CO2 dans des conditions de fonctionnement réelles.. Les tests sur le terrain sont souvent utilisés pour valider les résultats des tests en laboratoire et garantir les performances à long terme du matériau..

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Applications des tubes et boîtiers résistants à la corrosion au CO2 {#applications}

Les tubes et tubes de cuvelage résistants à la corrosion au CO2 sont utilisés dans une variété d'applications, y compris:

• Puits de gaz riches en CO2: Dans les puits où le CO2 est présent en fortes concentrations, matériaux résistants à la corrosion tels que 13Cr ou super 13Cr sont couramment utilisés pour prévenir la corrosion du CO2.
• Récupération améliorée du pétrole (RAP): Dans Injection de CO2 Opérations EOR, où le CO2 est injecté dans le réservoir pour améliorer la récupération du pétrole, les tubes et les boîtiers résistants à la corrosion sont essentiels pour éviter les défaillances dues à la corrosion par le CO2.
• Puits à haute température: Dans des puits à haute température, des matériaux tels que alliages à base de nickel ou duplex en acier inoxydable sont utilisés pour résister aux effets combinés de la corrosion du CO2 et du stress thermique.
• Puits de gaz humides: Dans les puits à forte teneur en eau, des matériaux résistants à la corrosion sont utilisés pour empêcher la corrosion du CO2, qui est exacerbé par la présence d’eau.

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Questions fréquemment posées (FAQ) {#FAQ}

1. Qu'est-ce que la corrosion par le CO2 dans les tubes et les tuyaux de tubage?

Corrosion au CO2, aussi connu sous le nom corrosion douce, se produit lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau pour former de l'acide carbonique, qui réagit avec l'acier pour former du carbonate de fer. Ce processus peut conduire à des piqûres, corrosion uniforme, et défaillance des tubes et des tuyaux de tubage.

2. Quels matériaux sont utilisés pour les tubes et boîtiers résistants à la corrosion au CO2?

Matériaux utilisés pour Tubes et boîtiers résistants à la corrosion au CO2 inclure acier au carbone (avec des inhibiteurs), acier faiblement allié, alliages résistants à la corrosion (ARC) tel que 13Cr et alliages à base de nickel, et tuyaux gainés ou doublés.

3. Comment la température affecte-t-elle la corrosion du CO2?

Température affecte la corrosion du CO2 de différentes manières. À températures modérées, le taux de corrosion augmente avec la température en raison d'une solubilité plus élevée du CO2. A des températures plus élevées, des couches protectrices de carbonate de fer peuvent se former, réduire le taux de corrosion.

4. Quel est le rôle de l'eau dans la corrosion du CO2?

Eau est essentiel à la corrosion du CO2 car le CO2 doit se dissoudre dans l’eau pour former de l’acide carbonique. Dans les puits à forte teneur en eau, le risque de corrosion du CO2 est nettement plus élevé que celui des puits de gaz secs.

5. Comment la résistance à la corrosion du CO2 est-elle testée?

La résistance à la corrosion du CO2 est testée à l'aide de méthodes telles que tests en autoclave, tests électrochimiques, et essais sur le terrain. Ces tests évaluent les performances du matériau dans des environnements riches en CO2 dans des conditions de forage simulées ou réelles..

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Conclusion {#conclusion}

Corrosion au CO2 est un défi majeur dans l’industrie pétrolière et gazière, en particulier dans les puits à forte concentration de CO2. Pour éviter des pannes coûteuses et garantir l’intégrité du puits de forage, il est indispensable d'utiliser Tubes et tubes de cuvelage résistants à la corrosion au CO2. Des matériaux tels que alliages résistants à la corrosion (ARC), tuyaux gainés, et aciers faiblement alliés offrent une excellente résistance à la corrosion due au CO2, ce qui les rend adaptés à un large éventail d'applications, y compris Puits de gaz riches en CO2, Opérations EOR, et puits à haute température.

En comprenant les facteurs qui influencent la corrosion du CO2 et en sélectionnant les bons matériaux, les opérateurs peuvent prolonger considérablement la durée de vie de leurs tubes et tuyaux de tubage, réduire les coûts de maintenance, et améliorer la sécurité et la fiabilité globales de leurs opérations.