Руководство для обучения инженеров по буровым растворам - часть 106

 

581 

 

Растворимые  соли 

Соли,  растворенные  в  воде,-  способствуют  коррозии.  Соль  увеличивает 

проводимость  воды  и  повышает  скорость  коррозии.  Вот  почему  нефтепромысловые 
рассолы и некоторые жидкости заканчивания могут быть коррозионными. 

Некоторые  жидкости  с  высоким  содержанием  соли  на  забое  могут  быть  менее 

коррозионны.  С  увеличением  концентрации  соли  уменьшается  растворенный  кислород 
NaCl    и  КСl  -  наиболее  известные  буровые  растворы,  содержащие  соли,  которые  могут 
потребовать зашиты от коррозии. Насыщение  NaCl  и КСl растворы менее коррозионны, 
чем 3%-ные. Многие растворы с КСl используются с таким содержанием соли. 

Температура  -  темп  коррозии  увеличивается  с  температурой.  Химическая  реакция 

ускоряется с температурой, а коррозия - это простая химическая реакция. Это относится и 
к  буровым  растворам,  т.к.  они  закачиваются  в  стояк  под  давлением.  Растворенный 
кислород может не проскальзывать, а в затрубных условиях вызывает ускорение скорости 
коррозии. В закрытой системе темп коррозии выше, чем в открытой системе. 

Современные  исследования  показывают,  что  темп  коррозии  не  снижается  при 

повышении  температуры,  как  в  открытой  системе.  Вместо  этого,  современные  системы 
закрыты и не позволяют кислороду мигрировать. Т.о. увеличение темпа коррозии связано 
с увеличением  количества растворенного свободного кислорода. 

Окалина  —  является  результатом  осаждения  нерастворимых  смесей  -  СаСО

3

,  

CaSO

4

 и т.д. на поверхности металле. Это может произойти при низком рН, но чаше всего 

при рН (>11) , когда ноны Са





 и СО




3

 оседают на забойных трубных изделиях в виде 

окалины  СаСО

3

.  Развитие окалины  на  бурильной  трубе  вёдет  к  точечной  коррозии.  Эта 

экранированная зона или с признаками концентрационного элемента. 

Растворенные газы. 
Во  время  бурения  встречаются  три  типа  растворенных  газов,  которые  ускоряют 

коррозию: кислород, двуокись углерода и сероводород. 

 

 

582 

 

 

 

 

 1.  Растворенный  кислород  (О

2

)  -  основная  причина  коррозии  при  бурении 

раствором  на  водной  основе.  Он  легко  вводится  в  буровой  раствор  через  воронку, 
смесители, негерметичные насосы и всёгда есть в добавляемой воде. Растворы на водяной 
основе  всегда  насыщены  кислородом  в  соответствии  с  атмосферной  температурой  и 
минерализацией жидкой фазы. Даже следы кислорода могут вызвать точечную коррозию 
и  связанные  с  этим  осложнения.  Чем  холоднее  атмосфеерная  температура,  тем  выше 
содержание  растворенного  кислорода.  Подвигаясь  к  забою,  жидкость  увеличивает  темп 
коррозии. 

Некоторые из происходящих реакций: 
Анод: Fe

0

→Fe





+ 2е



 

Катод: О

2

+ 2 H

2

O + 4е



  → 4ОН



 

Из  катодной  реакции  видно,  что  кислород  принимает  электроны  на  катоде    как  и 

ионы водорода принимают электроны. Кислород усиливает катодную реакцию, которая в 
свою очередь, увеличивает темп коррозии или анодную реакцию. Воздействие кислорода 
в природе точечное и увеличивает коррозию от других растворенных газов: Н

2

S и СО

2

. 

 

583 

Современные  буровые  растворы  содержат  разное  количество  растворенного  кислорода. 
Некоторые 

добавки 

реагируют 

 

с 

кислородом, 

снижая 

его 

концентрацию. 

Лигносульфонаты, танины и лигниты быстро реагируют с растворенным кислородом. Эти 
добавки  прекрасные  раскислители,  хотя  это  их  не  главная  функция.  Диспергированные 
буровые системы легче выводят кислород из раствора, чем не диспергированные. 

 

Полимерные 

растворы 

(с 

малым 

количеством 

твёрдых 

веществ, 

не 

диспергированные и POLY-PLUS



) имеют тенденцию улавливать растворенные газы. Во 

многих  полимерных  растворах  используются  низкие  концентрации  солей  КСl  для 
стабильности  ствола.  Эти  соли,  которые  ускоряют  темп  коррозии,  способствуют 
серьезным осложнениям в сочетании с полимерными растворами. Глушение кислородной 
атаки  зависит  от  правильного  функционирования  наземного  оборудования.  Со  многими 
растворам используется ингибитор коррозии CONQOR 404, подавляющий действие солей 
и растворенного кислорода. 

2. Углекислый газ (СО

2

) - растворяясь в воде, образует угольную кислоту - Н

2

СО

3

,  

которая  снижает  рН  и  увеличивает  коррозионность  воды.  В  результате  воздействия 
углекислого  газа  развивается  точечная  и  желобчатая  коррозия.  Небольшая  добавка 
извести регулирует СО

2

- коррозию. Действие углекислого газа подавляется ингибитором 

окалины SI - 1000, который контролирует также образование окалины. 

3.  Сероводород  (Н

2

S)  -    ядовитый  газ  и  регулирует  с  кислотой,  нанося  серьёзный 

ущерб нефте-газовому оборудованию. Газ может проникать в систему из сероводородных 
пластов во время разбуривания, может быть в добавляемой воде, может образовываться в 
буровом растворе в результате бактериального уменьшения сульфитов до сульфидов. Газ, 
растворенный в водной фазе, может образовывать сероводородную кислоту. 

Сероводород  может  вызвать  сульфидные  коррозионное  растрескивание  под 

напряжением.  Кислотное  воздействие  на  поверхность  приводит  к  потере  металла. 
Химическая реакция сероводородной коррозии может быть простой, но не полной. 

 

 

Сернистое  железо, образованное  реакцией,  прилипает  к  поверхности  в виде  чёрной 

окалины.  Точечная  коррозия  развиваётся  под  окалиной,  она  сокращает  срок  службы 
трубы, создавая основу для растрескивания и усталостного разрушения. 

 

584 

Выделяющийся в реакции атомный водород вызывает  хрупкое разрушение металла 

в результате растрескивания под напряжением или водородной хрупкости. Честь атомного 
водорода  реагирует  на  поверхность  металла  и  выделяет  водородный  газ,  а  часть 
диффундирует  в  металл.  Сероводород  -  ядовитый,  является  катализатором  или 
ускорителем коррозии стали, облегчая проникновение его внутрь металла. 

Входя  в металл, атомный водород управляется несколькими механизмами, дающими 

хрупкое разрушение. Объединяясь с металлом, атомный водород образует молекулярный 
водород. Увеличение размера их атомного в молекулярный развивает большое давление в 
кристаллической структуре и вызывает водородное растрескивание. Для трубных изделий 
Р-110 оказывается, что даже несколько ч/млн сероводорода (в виде Н

2

S при низком рН) 

вызывает растрескивание. 

Атомный  водород  может  занимать  пустоты  в  решетки  металла.  Он  может 

взаимодействовать с примесями в металле и усиливать хрупкое растрескивание. 

Хрупкое растрескивание стали от сероводорода связано с пределом текучести стали. 

Обычно  сталь  твёрдостью  ниже  22  по  Роквеллу  (НRс)  не  вызывает  проблем  или  имеет 
максимальный  предел  текучести  90000  рsi.  Сталь,  выходящая  за  этот  предел,  нельзя 
использовать в работе с Н

2

S. Рекомендуется использовать документ NACE  MR-01-75-75  

в качестве основы для металлургии с источником Н

2

S. 

При температурах выше 150°F   хрупкое разрушение снижается и можно применять 

более высокие марки обсадных труб. 

Данные растворимости показывают, что у Н

2

S она 0,1 моляр или 0.2N (3400 ч/млн) 

при  комнатной  температуре.  Анализ  буровых  растворов  или обрабатывающей  воды  дает 
несколько большие величины, т.к. сероводород реагирует с каустиком в буровом растворе 
и образует щелочные соли, сульфат натрия и воду. 

  

С увеличением рН % общего сероводорода уменьшается по очень низких величин. 

рН 

%S  в виде Н

2

S 

5,0 

98,000 

6,0 

90,000 

6,5 

70000 

7,0 

50,000 

7,5 

25,000 

8,0 

10,000 

9,0 

1,000 

10,0 

0,100 

11,0 

0,010 

12,0 

0,001 

 

Эти величины, деленные на 100, используются в расчётах. 
Поддерживая  нужное  рН,  улучшается  обработка  буровых  растворов.  Реакция 

нейтрализации  обратима.  Те.  когда  обрабатывается  каустической  содой,  известью  или 
едким  кадием,  часть  кислоты  преобразуется  в  растворимый  сульфид.  Если  прерывается 
добавка  щелочи,  или  встречается  кислый  газ  (двуокись  углерода)  рН  снижается. 
Растворимый сульфид  преобразуется в Н

2

S при низком рН. 

Химия  сероводорода  очень  сложная.  Для  него  обычно  образовывать  соединения,  

которые  полностью  не  связывались  с  стехнометрическими  отношениями.  Очень  важно 
положение о том, что Н

2

S  входит в щелочные растворы и реагируя, образует щелочной