5.4 Коррозия стали в двухфазных эмульсионных системах

В реальных условиях эксплуатации скважин двухфазная среда углеводород–электролит находится в виде эмульсии типа вода в масле или масло в воде. Эмульсией называется такая система двух взаимно-нерастворимых жидкостей, в которых одна содержится в другой во взвешенном состоянии в виде бесчисленных микроскопических капелек. Жидкость, в которой распределены эти капельки, называется дисперсной средой, а вторая жидкость, распределенная в дисперсной среде, – дисперсной фазой. Независимо от типа эмульсии коррозионным агентом является водная фаза.

Пластовые воды месторождений представляют собой растворы солей в основном хлористого натрия и кальция. При отсутствии в них сероводорода H₂S, углекислого газа CO₂, кислорода O₂ они оказывают слабое коррозионное воздействие на стальное оборудование скважин. О скорости коррозии в скважине можно судить по рН водной среды на забое скважины. При рН  5,5 (кислая среда) на забое скорость коррозии углеродистой стали велика, при рН > 6,6 (щелочная среда) скорость коррозии мала.

Углеводороды не обладают агрессивными свойствами. Они ингибируют (замедляют) процесс коррозии, образуя тонкие защитные пленки на поверхности металла. Увеличение молекулярной массы алифатических углеводородов облегчает образование эмульсии типа вода в масле и затрудняет коррозионное воздействие на металл.

Сильная коррозия оборудования скважин наблюдается на границе раздела двух несмешивающих фаз углеводород–электролит (рис. 13). В двухфазной системе углеводород–электролит под воздействием имеющейся на поверхности стали гидрофильной окисной пленки происходит избирательное смачивание металла электролитом и образование вогнутого мениска с тонкой пленкой электролита между металлом и углеводородной фазой. Средняя толщина пленки составляет 310^-4 см. Углеводородная фаза обладает более высокой растворимостью газов, чем вода, и из-за этого происходит резкое увеличение скорости коррозии под пленкой электролита и локализация коррозионных разрушений на границе фаз.

При наличии сероводорода или других газов в таких системах скорость коррозии может увеличиться на порядок.

Раздел 3 – Коррозия металлов в природных средах Лекция № 6: Атмосферная коррозия и коррозия в морской воде

6.1 Виды атмосферной коррозии и механизм ее протекания

Атмосферная коррозия – это разрушение металлов во влажных средах при температуре окружающей среды. Это наиболее распространенный вид коррозии, который зависит от степени увлажненности поверхности металлов. И по этому признаку ее подразделяют на три вида:

1. Мокрая атмосферная коррозия: протекает при относительной влажности воздуха 100 %, (дождь, снег, туман) при наличии видимой пленки влаги на поверхности металла. В итоге происходит прямое попадание влаги на поверхность металла.

2. Влажная атмосферная коррозия: протекает при наличии на поверхности металла видимой пленки влаги, которая образуется при влажности менее 100%. Она сопровождается конденсацией влаги на поверхность металла

3. Сухая атмосферная коррозия: пртекает при полном отсутствии влаги на поверхности металла. Относительная влажность менее 60%. Окисная пленка растет в этих условиях очень медленно.

В реальных условиях все эти типы коррозии взаимно переходят друг в друга. Характер изменения скорости атмосферной коррозии в зависимости от толщины пленки влаги можно показать следующим образом (рис. 14). Эта скорость изменяется от нуля для сухой атмосферной коррозии, достигает максимума для влажной атмосферной коррозии и снижается до некоторого постоянного значения, характеризующего скорость коррозии данного металла в электролите.

Механизм атмосферной коррозии включает электрохимическую (мокрую и влажную) и химическую (сухую) коррозию. Мокрая и влажная атмосферная коррозия протекает в основном с катодной поляризацией и кислородной деполяризацией (по данным И. Л. Розенфельда).

Особенность атмосферной коррозии металлов – малая толщина слоя электролита на поверхности металла (вода + соли + продукты коррозии). В связи с этим кислород воздуха достаточно легко проникает к поверхности корродирующего металла.

Отсюда следует, что с уменьшением толщины слоя электролита катодный процесс атмосферной коррозии металла облегчается, а анодный процесс затрудняется. Анодный процесс затрудняется тем, что продукты коррозии экранируют поверхность металла. Воды недостаточно для переходящих в коррозионную среду ионов гидратации. Кроме того, малая толщина слоя электролита приводит к большому омическому сопротивле­нию при работе коррозионных микропар. Следовательно, для атмосферной коррозии контролирующим фактором является катодно-анодно-омический контроль.