CC BY
29Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ КОРРОЗИИ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ
И ГАЗА В МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
Шахло Зиядуллаева
независимый исследователь
АННОТАЦИЯ
Подземное и наземное нефтепромыслов ое оборудование в процессе эксплуатации подвергаются процессу коррозии.
Одним из возможных факторов ускоренной коррозии может являться микробиологическая коррозия. По данным различных литературных источников, на долю биокоррозии приходится от 50 до 80% коррозионных повреждений трубопроводов. Одной из причин активации микробиологических процессов на оборудовании нефтегазовой отрасли является применение заводнения нефтяных пластов. В частности, микроорганизмы интенсивно развивается там, где для закачки используются пресные или слабоминерализованные воды. Данная среда становится благоприятна для бактерий, продуцирующих сероводород, что вызывает коррозию металла и оказывает электрохимическое воздействие на сталь в пластовых условиях.
Ключевые слова: бактериальная коррозия, биозаражение, сульфатвостанавливающие бактерии, сероводород, бактерициды, биостаты, методы, защита, ингибитор, обработка, ванкорское месторождение, поддержание пластового давления, нагнетательная скважина.
Помимо разрушительного воздействия сероводорода на металл, он ухудшает свойство продукции скважин, а также биомассы бактерий и сульфид железа ухудшат свойства призабойной зоны нагнетательных скважин, снижая на 30-40 % проницаемость и ухудшая показатели разработки месторождений.
В начальный период эксплуатации состояние оборудования определяется качеством проектирования и строительства. Далее ввиду появления ряда факторов, характеризующих способ разработки месторождения и др., меняются сами условия, в котором работает оборудование. При своевременном обнаружении коррозионных разрушений, определении причин, их величины и выборе защитных мероприятий возможно осуществление успешной защиты оборудования добычи, подготовки и транспортировки нефти и газа.
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
В работе рассмотрены виды коррозии, которой подвергаются скважины, трубопроводы и оборудование нефтегазовой отрасли, причины коррозии, особенности развития и изучения биологического заражения, а также способы защиты от него.
Физико-химические свойства пластовой продукции, т.е. нефти, газа и воды определяют их коррозионные свойства, в первую очередь свойствами воды. Однако, результирующая агрессивность скважинной продукции зависит также от ряда внутренних и внешних факторов, связанных с конкретными условиями. Это условия залегания нефти, газа и воды в пласте, стадии, способа разработки и эксплуатации месторождения, а также технологии добычи, подготовки и транспорта[3,4].
К нефтепромысловому оборудованию относится совокупность агрегатов и систем, необходимых для существования нефтегазовой отрасли. В первую очередь это техника для бурения, освоения и ремонта скважин, оборудование для подготовки, хранения и транспортировки.
По воздействию коррозионных факторов нефтепромысловое оборудование можно классифицировать следующим образом:
1) Буровое оборудование, в первую очередь обсадные колонны. Также к данной категории относиться цементировочное, противовыбросное оборудование, насосно-компрессорные трубы, штанги, металлоконструкции буровых установок, АСУ, фонтанные елки, фланцы, краны и др.
2) Система ППД. Включает в себя участки водозабора, магистрали подвода воды, очистные сооружения подготовки воды к закачке ее в нефтяной пласт, кустовые насосные станции высокого давления, находящиеся натерритории промысла, разводящие трубопроводы с водораспределительными гребёнками, от которых вода идет к нагнетательным скважинам.
3) Системы сбора и транспорта нефти и газа. Она состоит в общем из оборудования для сбора и транспорта пластовых флюидов на территории нефтепромысла.
4) Оборудование подготовки нефти и газа. Это различные машины и агрегаты, такие как сепараторы, обессоливающие и обезвоживающие системы, абсорберы, подогреватели, печи и теплообменники, газокомпрессорные станции, деэмульсаторы, дегазаторы и др.
5) Оборудование для хранения нефти и газа. Для хранения нефти, темных и светлых нефтепродуктов, масел и конденсата применяют емкости и
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
резервуары различных типов и объемов. Коррозионному разрушению наиболее подвержено оборудование и системы, в рабочей среде которого содержится вода в каком-либо агрегатном состоянии, что часто способствует развитию коррозии.
Обсадная колонна является составной частью оборудования скважины. Через цементное кольцо она частично или полностью контактирует с коррозионно-агрессивными компонентами пород. Строительство скважины не может обойтись без цементирования скважинного ствола. В случае нарушения герметичности обсадных колонн часто происходит изменение физико-химических свойств жидкостей водоносных и продуктивных горизонтов, нарушение режима работы, а также появление экологических проблем. Восстановление герметичности ствола скважины требует проведения ремонтных работ, простоев. В следствие чего увеличивается время контакта скважин с коррозионно-агрессивными компонентами. Скорость движения коррозии также увеличивается с повышением давления, температуры.
Обсадная колонна подвергается коррозии как с внешней (контактирует с различными по составу, структуре и насыщенности пластами), так и с внутренней стороны (с пластовой водой, нефтью, и попутными газами), причем коррозионное разрушение внешней стенки является преобладающим.
В местах контакта с агрессивными компонентами развивается электрохимическая коррозия. После окончания бурения, коррозионное воздействие продолжается за счет влияния компонентов среды в условиях статики. При смене режима в нефте- и водоносных пластах происходит продвижение воды в радиальном и вертикальном направлениях. Таким образом процесс коррозии начинает протекать в динамических условиях.
Целый ряд факторов оказывает влияние на скорость коррозии металла обсадной колонны. Это в первую очередь содержание углекислого газа, кислорода, сероводорода, а также кислотность, скорость движения среды, температура, высокая минерализация и наличие коррозионно-опасных микроорганизмов.
Все бактерии, тем или иным способом участвующие в коррозионном разрушении подразделятся по типу отношения к кислороду в окружающей среде на две группы: аэробные и анаэробные. Анаэробные бактерии полностью соответствуют своему названию: приставка -ан отрицает значение слова, аэро -это воздух и б - жизнь. В итоге анаэробные организмы - это те, кто ведут
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
безвоздушную жизнь, а их дыхание не нуждается в свободном кислороде. Аэробами называют микроорганизмы, чье дыхание невозможно без свободногокислорода воздуха, а их культивирование проходит на поверхности питательных сред. Также, микроорганизмы подразделят по типу питания на гетеротрофные (использующие углерод из органических соединений) и автотрофные (поглощающие углерод из неорганических соединений углерода, используя Со2.).
Многим микроорганизмам необходима для развития влага, а так как на нефтегазовых месторождениях используются большие объемы пресных и сточных вод, закачиваемых с целью ППД в пласты, то для развития микроорганизмов созданы идеальные условия. Основные пять групп коррозионно-опасных бактерий, развивающихся на объектах нефтепромыслов представлены в таблице 1.
Группа Описание Род
Железобактерии аэробные автотрофные организмы, не требующие Gallionella,
для своего развития органических веществ, Leptothrix,
поглощающие железо в ионном состоянии и Crcnotrix
выделяющие его в виде нерастворимых
соединений.
Денитрифицируют аэробные гетеротрофные бактерии. Pseudomonas
ие бактерии восстанавливающие нитраты до свободного denitrificans.
азота, источником энергии для них являются Pseudomonas
органические соединения нефти flourescens род Bacillus
Углсводородокисля аэробные гетеротрофные бактерии, окисляющие Pseudomonas
ющис бактерии углеводороды нефти и сопутствующего газа с образованием промежуточных продуктов неполного окисления типа спиртов, альдегидов, диоксида углерода и кислот
Тионовые аэробные или анаэробные (в зависимости от Thiobacillus
(сероокисляющие) рода) автотрофные микроорганизмы, thioparus,
бактерии осуществляющие окисление сероводорода, T.thiooxidans,
сульфида кальция, серы, тиосульфатов, T.Fcrrooxidans
тстратионатов, гидросульфидов и некоторых
других соединений серы до состояния сульфатов,
и серной кислоты/
Сульфатвосстанавл анаэробные автотрофные бактерии, Desulfomonas,
иваюшис восстанавливающие многие соединения серы, в Desulforomonas,
том числе сульфаты до сульфидов Desulfovibrio Desulfotomaculum
Первенство среди данных микроорганизмов по праву занимают СВБ.
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
СВБ, в процессе своей жизнедеятельности, подвергают биокоррозии многие конструкционные металлы, в первую очередь сталь, алюминий и железо. Механизм коррозии заключается в прохождении реакции деполяризации твердыми сульфидами железа, образующимися в результате метаболизма бактерий, а также за счет потребления ими поляризованного водорода . Более подробно механизм образования коррозии будет рассмотрен в следующем параграфе.
Генезис биологической коррозии основная опасность биомасс, развивающихся на оборудовании ефтегазовой отрасли, заключается в локализации процессов коррозии. СВБ выделяют сероводород, который реагирует с ионами железа. Продуктом в данной реакции выступает сульфид. Контакт сульфида железа со сталью образует гальванопару, в которой анодом является металл поверхности корродирующего оборудования, а катодом -сульфид железа. ЭДС макрогальванопар может достигать 0,2-0,4 В, а скорость локальной коррозии металла - 5-10 мм/год.
СВБ усиливают работу макрогальванопар, возникающих при локализации коррозионных процессов в результате выпадения осадков мехпримесей. В реальных промысловых условиях практически невозможно «вычленить» микробиологическую составляющую локальной коррозии. В результате экспериментов выявлено, что наличие СВБ ускоряет коррозионные процессы под осадками в 2-3 раза, в то время как скорость коррозии металла над осадком увеличивается лишь в 1,2-1,5 раза.
Результаты последних исследований показывают, что нефтепромысловое оборудование подвергается влиянию комплекса коррозионных факторов, биологическую составляющую которого нельзя свести лишь к действию биогенного сероводорода и сульфида железа. Невысокая доля сульфатвосстанавливающих бактерий в биоценозах нефтепромысловых вод ряда месторождений при тотальной зараженности их микрофлорой вызывает сомнение в ведущей «коррозионной роли» микроорганизмов этой физиологической группы.
Коррозионная активность микроорганизмов в реальных нефтепромысловых условиях связана с образованием на поверхности металла закрепленных форм типа биопленок. Биопленка характеризуется определенным составом микробных клеток, в целом отражающим распределение их в соответствии с численностью основных физиологических групп
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
свободноплавающих представителей нефтепромысловой микрофлоры. Согласно имеющимся данным, микроорганизмы действуют как коррозионныеагенты в основном за счет продуцирования агрессивных метаболитов и создания коррозионно-активных сред. В первой главе данной работы было установлено, что, прежде всего, это углекислота, сероводоров,органические кислоты, углекислота, перекиси, аммиак. Следует отметить, что, несмотря на большое разнообразие в физиологии коррозионно-агрессивной бактериальной микрофлоры, некоторые группы микроорганизмов не только не являются противниками в отношении друг друга, а даже, наоборот, создают биоценоз поддерживающий их жизнедеятельность . Наиболее ярким примером такого биоценоза является взаимное существование УОБ, СВБ и тионовых бактерий. Роль УОБ в данном сообществе сводится к потреблению в процессе жизнедеятельности кислорода и формировании анаэробной среды, окислении углеводородов нефти с образованием промежуточных продуктов неполного окисления - спиртов, альдегидов, которые в создавшихся анаэробных условиях потребляются СВБ в ходе питания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По ходу выполнения данной работы были выполнены все поставленные задачи.
Во-первых, проведен литературный обзор с целью постановки цели и задач. Для этого рассмотрено оборудование и условия возникновения явления коррозии на нефтепромысле, изучен химический состав попутно -добываемых вод, определены основные коррозионно-опасные компоненты вод, включая планктонные сульфатвосстанавливающие бактерии. Во-вторых, рассмотрен механизм биокоррозии, существующие методы исследования и методы борьбы с ней. Можно сказать, что проблема биозараженности в сфере добыче, переработки и транспортировки нефти и газа не должна оставаться без внимания.
На основании исследованного материала, был проведен анализ проблемы коррозии на Ванкорском месторождении. Определен уровень биозараженности. Проведено тестирование биоцидов, ингибиторов коррозии и комплексных реагентов, определение совместимости применяемых реагентов. Выбраны методики проведения бактерицидных и противокоррозионных обработок с
Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)
ISSN (online): 2181-2454 Volume 2 | Issue 10 |October, 2022 | SJIF: 5,965 | UIF: 7,6 | ISRA: JIF 1.947 | Google Scholar |
www.carjis.org DOI: 10.24412/2181-2454-2022-10-113-119
применением ингибиторов коррозии и биоцидов на фонде скважин. REFERENCES
1. Коррозия нефтегазового и нефтепромыслового оборудования. Учебное пособие / И.Г. Абдуллин, С.Н. Давыдов, М.А. Худяков, М.В. Кузнецов. - Уфа, 1990.
2. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии / Э.М. Гутман, К.Р. Низамов, М.Д. Гетманский, Э.А. Низамов и др. - Недра, 1983.
3. Особенности эксплуатации обводившихся скважин погружными центробежными насосами / Л.С. Каплан. - ВНИИОЭНГ, 1980.
4. Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии / Л.С. Саакисян, А.П. Ефремов, И.А. Соболева и др. - Недра, 1985.
5. Повышение коррозионной надежности газоперерабатывающих комплектов ПНГ / Н.Д. Войтех, Ю.А. Журавлев - ОАО «НИПИгазопереработка, 2011.
6. Основы нефтегазопромыслового дела / В.И. Кудинов, 2005.
7. Эксплуатация систем поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений / Ю.В. Зейгман, 2007.
8. Химия воды и микробиология / Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова -1974.
9. Химия воды и микробиология / Н.Ф. Возная, 1979.
10. Стандартные термины в водной хозяйстве / В.Н. Акимов, 1999.
11. Борьба с образованием сероводорода в нефтяных пластах при заводнении / А.Д. Ли, П.И. Полюбай, 1974.
12. СанПиН 2.1.41074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества, 2001.
13. Основы гидрохимии / О.А. Алекин, 1953.
14. Физикохимия воды и водных растворов / А.Ф. Никифоров, Е.А. Мигалитий и др. -2003.
15. Микрофлора нефтяных месторождений [Текст] / Е.П. Розанова,С.И. Кузнецов -«Наука», 1974.
16. Обследование зараженности закачиваемых и добываемых вод микроорганизмами-агентами биокоррозии и биообразований для разработки технологии повышения нефтеотдачи применением биоцидов/ Н.И. Хисамутдинов, А.Г. Телин, и др. - Отчет малого предприятия «Нефтегазтехнология», 1991-1992.
