Научно-исследовательская работа по химии и биологии «Способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов».

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №4

Научно-исследовательская работа по химии и биологии

«Способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания

нефтяного оборудования и трубопроводов».

 

Исполнитель:

Харисова Юлия Ильгизовна,

ученица 10А класса.

Руководитель:

Алферова А.Ю.,

учитель биологии.

Урай, 2017Содержание.

I.Аннотация……………………………………………….………………………………….3

II.План исследования…………………………………………………………….…………5

II.1. Процессы коррозии металлов, солеотложения и биообрастания………...……..6

II.1. 1. Виды коррозии…………………………………………….………..……….……7

II. 1. 2. Факторы, влияющие на скорость коррозии…………………..………….……..8

II. 1. 3. Способы защиты трубопровода от коррозии………………..……………........9

II. 1. 3. 1. Ингибиторная защита оборудования и нефтепроводов……………….10

II. 1. 4.Солеотложение в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений………………………………………………………...………………...11

II. 1. 4. 1.Формы неорганических отложений………….………………………….12

II. 1. 4. 2. Способы борьбы с солеотложением…………….………………...........12

III. Научная статья……………………………………..………………………………….14

III. 1. Лабораторные исследования коррозии металлов, солеотложения и биообрастания…………………………………………………….…………………….......14

III.1. 1. Методика исследований процессов коррозии в условиях школы…………14

III. 1. 2. Лабораторные исследования коррозии металлов, солеотложения, загрязнения пластовых вод сульфатвосстанавливающими бактериями в лаборатории ЦНИПР.……………………….................................................................16

III. 1.2.1.Методика определения фосфорсодержащих ингибиторов солеотложения в воде………………………….………………………………….16

III. 1. 2. 2.Исследование содержания сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтяных средах и оценка эффективности бактерицида…….…………………20

III.1.2.3.Методика определения бактерицидной активности……………….......22

IV. Заключение………………………………………………………………………….….26

V. Литература………………………………………………………….……………….…..27

VI. Приложения…………………………………………………………………………....28

Способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Харисова Юлия.

Россия, Тюменская область, ХМАО-Югра, г. Урай

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 4, 10А класс

I. Аннотация.

Тема. Способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Исполнитель: Харисова Юлия Ильгизовна.

Научный руководитель: Алферова Анна Юрьевна, учитель биологии МБОУ СОШ №4.

Актуальность. Трубопроводы и нефтяное оборудование в процессе эксплуатации подвергаются коррозии, происходят процессы солеотложения и биообрастания. Они приводят к преждевременному износу агрегатов, установок, линейной части трубопроводов, сокращают межремонтные сроки оборудования, вызывают дополнительные потери транспортируемого продукта, поэтому изучение процессов коррозии, солеотложения и биообрастания в нашем нефтяном крае является актуальным.

Объектом исследования данной работы выступили процессы коррозии и солеотложения. Предмет исследования – способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Цель работы: изучение способов предотвращения коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

-изучить литературу по данной теме;

-определить сущность основных видов коррозии металлов;

- рассмотреть существующие способы для предотвращения солеотложения, коррозии и биообрастания при эксплуатации нефтяных месторождений;

-в лабораторных условиях школы провести эксперименты по коррозии металлов;

-в лабораторных условиях цеха научно-исследовательских и производственных работ оценить качество ингибиторов коррозии и солеотложения;

-оценить зараженность пластовых вод сульфатвосстанавливающими бактериями и бактерицидное действие реагентов относительно СВБ.

Гипотеза исследования: на нефтепроводы и оборудование в окружающей среде оказывают влияние внутренние факторы (природа, состав, структура сплавов) и внешние факторы (минеральный состав почвы и пластовой воды, температура, зараженность сульфатвосстанавливающими бактериями), значит, существуют способы защиты от этих явлений.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой являются: статистический метод - при анализе результатов количества микроорганизмов; расчетно-аналитический - при определении эффективности ингибиторов, определении количества микроорганизмов; экспериментальные методы исследований в лабораторных условиях. Теоретической базой являются научные работы специалистов в области коррозии, солеотложения и загрязненности СВБ. В качестве эмпирической базы исследования использованы наблюдение, описание, измерение, эксперимент.

Выводы:

-изучили виды коррозии и причины появления коррозии и солеотложения;

-выяснили, что существуют пассивные и активные методы для предотвращения коррозии металлов;

-выяснили, что существуют физические, технологические и химические способы борьбы с солеотложением на нефтяном оборудовании;

- условиях школы провели эксперименты по коррозии металлов, выяснили, в процессе коррозии металлов ведущую роль играет кислород, который в присутствии воды реагирует с железом и окисляет его, а так же выяснили, что в процессе электрохимической коррозии сплавов образуется гальваническая пара, которая способна защитить железо от коррозии, если металл-защитник является более активным металлом;

- в лабораторных условиях ЦНИПР научились определять эффективность действия ингибиторов коррозии и солеотложения, оценивать зараженность сред и бактерицидное действие реагента относительно сульфатвосстанавливающих бактерий, вызывающих коррозионный процесс.

Способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Харисова Юлия.

Россия, Тюменская область, ХМАО-Югра, г. Урай

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 4, 10А класс

II. План исследования.

II. 1. Процессы коррозии металлов, солеотложения и биообрастания.

Трубопроводы и нефтяное оборудование в процессе эксплуатации подвергаются процессу коррозии (в том числе и биокоррозии), происходят процессы солеотложения.

Под коррозией (от позднелат. corrosio - разъединение) металла понимают процесс самопроизвольного окисления, приводящий к разрушению металла под воздействием окружающей среды.

При эксплуатации трубопроводов проведение мероприятий по изучению скорости коррозионных процессов и защите от коррозии и солеотложения позволяет уменьшить количество порывов и, соответственно, сократить расходы на их ликвидацию, повысить надежность и продлить срок службы трубопроводов, а так же повысить экологическую безопасность объектов. Коррозия и солеотложение металлических сооружений наносит большой материальный и экономический ущерб. Они приводят к преждевременному износу агрегатов, установок, линейной части трубопроводов, сокращают межремонтные сроки оборудования, вызывают дополнительные потери транспортируемого продукта, поэтому изучение процессов коррозии, солеотложения и биообрастания в нашем нефтяном крае является актуальным.

В работе рассмотрены виды коррозии, которой подвергаются нефтепроводы при длительной эксплуатации, причины коррозии, солеотложения и биообрастания, способы изучения коррозионных процессов, а также способы защиты от коррозии и солеотложения.

Цель работы: изучение способов предотвращения коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

-изучить литературу по данной теме;

-определить сущность основных видов коррозии металлов;

- рассмотреть существующие способы для предотвращения солеотложения, коррозии и биообрастания при эксплуатации нефтяных месторождений;

-в лабораторных условиях провести эксперименты по коррозии металлов;

-в лабораторных условиях цеха научно-исследовательских и производственных работ (ЦНИПР) оценить качество ингибиторов коррозии и солеотложения;

-оценить зараженность пластовых вод сульфатвосстанавливающими бактериями и бактерицидное действие реагентов относительно СВБ.

Объектом исследования данной работы выступили процессы коррозии и солеотложения и биообрастания.

Предмет исследования – способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Гипотеза исследования: на нефтепроводы и оборудование в окружающей среде оказывают влияние внутренние факторы (природа, состав, структура сплавов) и внешние факторы (минеральный состав почвы и пластовой воды, температура, зараженность сульфатвосстанавливающими бактериями), значит, существуют способы защиты от этих явлений.

Проблема защиты металлов от коррозии и солеотложения знакомая человечеству с древних времен, остается чрезвычайно актуальной. По данным разных источников ежегодно из-за коррозии теряется от 20 до 30 млн. тонн металла. Экономический аспект не исчерпывает всей значимости проблемы. Возможность практического решения задач по защите металлов часто определяет уровень развития целых областей техники. В металлургии, машиностроении, авиационной и других отраслях промышленности внедрение многих перспективных технологий сдерживается отсутствием коррозионностойких материалов для их конструктивного оформления или эффективных методов и средств подавления коррозии.

С коррозией, тесно связано и загрязнение окружающей среды. Ее продукты; вредные, а часто и ядовитые вещества, попадающие в воду, атмосферу, грунт в результате связанных с разрушением металла аварий; вышедшее из строя оборудование - наносят урон экологии промышленных регионов.

Процессы коррозии привлекают внимание исследователей более двухсот лет. Крупный вклад в создание основ современной науки о коррозии внесли отечественные ученые: В.А. Кистяковский, Г.В. Акимов, А.Н. Фрумкин, Я.М. Колотыркин, Н.Д. Томашов и др. Во многом благодаря их работам «наметилось преодоление исторически сложившейся излишней обособленности коррозионной науки от других разделов физической химии, из-за которой на протяжении продолжительного периода коррозия традиционно рассматривалась как чисто техническая дисциплина».1

II.1.1. Виды коррозии.

Коррозия металлов – самопроизвольное разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней средой.

Коррозионный процесс – гетерогенный (неоднородный), протекает на границе раздела металл – агрессивная среда, имеет сложный механизм. При этом процессе атомы металла окисляются, т.е. теряют валентные электроны, атомы переходят через границу раздела во внешнюю среду, взаимодействуют с её компонентами и образуют продукты коррозии. В большинстве случаев коррозия металлов происходит неравномерно по поверхности, имеются участки, на которых возникают локальные поражения. При коррозии металла происходит не только потеря его массы, но и снижение механической прочности, пластичности и других свойств.

Можно выделить два вида коррозии трубопроводов: внешнюю и внутреннюю.

Внешняя коррозия (подземная) – коррозия трубопроводов, вызываемая в основном действием раствором солей содержащихся в почвах и грунтах.

Внутренняя же коррозия обусловлена контактом трубопровода с жидкостью, протекающей в нем.

Существующие виды коррозии металлов представлены на рис. 1.

Рисунок 1 - Виды коррозии: а - пятнами; б - язвенная; в - точечная; г -подповерхностная; д - структурно-избирательная; е -межкристаллитная; ж -коррозионное растрескивание.

II.1.2. Факторы, влияющие на скорость коррозии.

К внешним факторам электрохимической коррозии относят температуру, скорость движения агрессивной среды, давление, поляризацию внешним током и др. Температура существенно влияет на скорость электрохимической коррозии металлов. Как правило, с повышением температуры она растёт. В открытых аэрируемых системах скорость коррозии железа с ростом температуры в пределах от 20 до 800С возрастает и далее уменьшается вследствие резкого снижения концентрации кислорода.

При увеличении скорости движения среды происходит разрушение защитной плёнки и самого металла в результате коррозионно-эрозионных процессов. Скорость коррозии при этом возрастает.

Давление в значительной степени ускоряет электрохимическую коррозию металлов из-за повышения растворимости деполяризаторов коррозионного процесса и появления механических напряжений в металле.

Поляризация коррозирующего металла внешним постоянным током влияет на коррозионное разрушение металлов следующим образом: при анодной поляризации металла (подключение его к положительному полюсу внешнего источника тока) скорость коррозии увеличивается, при катодной поляризации в большинстве случаев наблюдается защитный эффект, т.е. скорость коррозии металла уменьшается.

Скорость коррозии зависит от рН среды, возрастая по мере подкисления среды, если не происходит пассивирования металла. В нейтральных средах скорость коррозии железа слабо зависит от изменения величины рН. При возрастании рН скорость коррозии железа и стали уменьшается.

Наличие в среде микроорганизмов (сульфатвосстанавливающие бактерии) и продуктов их жизнедеятельности оказывает существенное влияние на характер коррозионных разрушений металлов. При микробиологической коррозии коррозионные поражения носят локальный характер, скорость коррозии достигает значительных величин. Внутренняя электрохимическая коррозия металлов связана природой металла, его составом структурой, состоянием, поверхности, напряжениями в металле и др., а также с термодинамической устойчивостью металла и его местом в периодической системе элементов.

На процесс коррозии металлов оказывают влияние кристаллическая структура металлов и наличие различных структурных дефектов. Структурная гетерогенность сплава во многом предопределяет развитие электрохимической коррозии. В отличие от однородных сплавов гетерогенные структуры менее стойки к коррозии.

Значительное число металлических изделий эксплуатируется в условиях одновременного воздействия коррозионной среды и механических напряжений. Опасность коррозионно-механических воздействий заключается в том, что при незначительной скорости общей коррозии происходит полное разрушение металлического изделия. Под влиянием коррозионной среды и деформации металла возможны образования коррозионно-механических трещин, разрушение металла вследствие механического воздействия агрессивной среды.

II.1.3. Способы защиты нефтепроводов и оборудования от коррозии.

В связи с тем, что коррозия – естественный процесс, обусловленный термодинамической нестойкостью металлов в эксплуатационных условиях, срок службы металлических изделий часто бывает относительно коротким. Продлить его можно в основном четырьмя способами, которые широко используются в практике:

изоляция поверхности металлических изделий от агрессивной среды;

воздействие на металл с целью повышения его коррозионной устойчивости;

воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности;

поддержание такого  энергетического состояния металла, при котором окисление его термодинамически невозможно или сильно заторможено.

1) Первый способ носит название пассивной защиты. К нему относятся следующие методы:

 нанесение на поверхность металла слоя химически инертного относительно металла  и агрессивной среды вещества с высокими  диэлектрическими свойствами. Этот метод является наиболее распространенным. Он предполагает использование различного рода мастик, красок, лаков, эмалей и пластмасс, жидких в момент нанесения, а затем образующих твердую пленку, которая обладает прочным сцеплением (адгезией) с поверхностью металла.

 2) Второй способ защиты – введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию. Он применяется на стадии изготовления металла, а также при термической и механической обработке металлических деталей. Таким путем получены многочисленные коррозионные сплавы, например нержавеющие стали, легированные хромом и никелем.

3) Третий способ защиты предусматривает дезактивационную обработку агрессивной среды путем введения ингибиторов (замедлителей) коррозии. Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно отнести  и  удаление агрессивных  компонентов  из состава коррозионной среды (деаэрации водных растворов, очистка воздуха от примесей и осушка его).

Обработкой коррозионной среды различными ядохимикатами достигается значительное снижение интенсивности деятельности микроорганизмов, что уменьшает опасность биокоррозии металлов.

4) Четвертый способ носит название активной защиты. К нему относятся следующие методы:

 постоянная катодная поляризация изделия, эксплуатируемого  в среде с

достаточно большой электропроводимостью. Такая поляризация, осуществляемая от внешнего источника электрической энергии, носит название катодной защиты. При катодной защите изделию сообщается настолько отрицательный электрический потенциал, что окисление металла становится термодинамически невозможным;

 катодная поляризация, вызванная электрическим контактом изделия с металлом, обладающим более отрицательным электродным потенциалом, например стального изделия с магниевой отливкой. Более электроотрицательный металл в среде с достаточно высокой электропроводностью подвергается окислению, а следовательно, разрушается. Его следует периодически заменять. Такой металл называется протектором, а метод - протекторной защитой.

II.1.3.1. Ингибиторная защита оборудования и нефтепроводов.

Наиболее эффективный метод защиты трубопроводов – ингибиторы, так как их легко применять при существующей технологии закачки воды.

В настоящее время большая часть нефтегазовых месторождений находится в поздней стадии разработки, когда снижается добыча и резко возрастает обводненность нефти. Такие месторождения характеризуются значительными осложнениями в процессах добычи, сбора и подготовки нефти, связанными с образованием стойких нефтяных эмульсий, отложениями неорганических солей, наличием механических примесей, коррозионным разрушением оборудования и нефтепроводов.

Основным назначением ингибиторов коррозии является снижение агрессивности газовых и электролитических сред, а также предотвращение активного контакта металлической поверхности с окружающей средой. Это достигается путем введения ингибитора в коррозионную среду, в результате чего резко уменьшается сольватационная активность ее ионов, атомов и молекул. Кроме того, падает и их способность к ассимиляции электронов, покидающих поверхность металла в ходе его поляризации. На металле образуется моно- или полиатомная адсорбционная пленка, которая существенно ограничивает площадь контакта поверхности с коррозионной средой и служит весьма надежным барьером, препятствующим протеканию процессов саморастворения. При этом важно, чтобы ингибитор обладал хорошей растворимостью в коррозионной среде и высокой адсорбционной способностью.

Наиболее широко распространенными являются ингибиторы на основе азотсодержащих соединений. Защитный эффект проявляют алифатические амины и их соли, аминоспирты, аминокислоты, азометины, анилины, гидразиды, имиды, акрилонитрилы, имины, азотсодержащие пятичленные (бензимидозолы, имидазолины, бензотриазолы и т.д.) и шестичленные (пиридины, хинолины, пиперидины и т.д.) гетероциклы.

II.1.4.Солеотложения в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений.

В технологических процессах различных отраслей промышленности происходит отложение солей и иных осадков на оборудовании. Солеобразование в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений является сложнейшей проблемой. Отложение солей приводит к порче насосных установок, закупориванию трубопроводов и внутренних поверхностей оборудования. Солеобразования могут развиваться в порах пород призабойной зоны, снижая их проницаемость. В состав отложений входит гипс, кальцит, барит. В виде примесей в отложениях встречаются сульфид железа, твердые углеводородные соединения нефти, кварцевые и глинистые частицы породы.

 Источником выделения солей являются пластовые воды, добываемые совместно с нефтью, в которых, в результате изменения температуры и давления, содержание неорганических веществ оказывается выше предела насыщения.

Обычно солеотложения представляют собой смесь одного или нескольких основных неорганических компонентов с продуктами коррозии, частицами песка, причем отложения пропитаны или покрыты асфальто-смоло-парафиновыми веществами. Без удаления органической составляющей солеотложений невозможно успешно провести обработку скважин.

II.1.4.1. Формы неорганических отложений.

Неорганические отложения встречаются в трех формах: в виде тонкой накипи или рыхлых хлопьев – имеют рыхлую структуру, проницаемы и легко удаляются; в слоистой форме, такие как гипс, представляют собой несколько слоев кристаллов, иногда в виде пучка лучин, заполняющих все сечение трубы; в кристаллической форме, такие как барит и ангидрит, образуют очень твердые, плотные и непроницаемые отложения. Барит настолько плотен и непроницаем, что с помощью химических обработок удалить его со стенок оборудования не представляется возможным (Приложение 1).

II.1.4.2. Способы борьбы с солеотложением.

Существует достаточно много способов борьбы с солеотложением, которые делятся на три вида:

Физические методы. К ним относится использование влияния различных электомагнитных, аккустических полей, что является достаточно трудным в техническом исполнении, и требует больших расходов электроэнергии.

Технологические методы, исключающие смешение химически несовместимых вод, способствующие увеличению скорости водонефтяного потока. К этому методу относится и применение защитных покрытий (стекло, эмали, различные лаки, эпоксидная смола). Покрытия не предупреждают полностью отложения солей, но снижают интенсивность роста их образования, поэтому их рекомендуют использовать на скважинах с умеренной интенсивностью солеотложений.

Химические методы – ингибиторная защита скважин.

Химические методы предотвращения отложений, основанные на применении химических реагентов-ингибиторов, в настоящее время являются наиболее известными, эффективными и технологичными способами предотвращения отложения неорганических солей.

Ингибиторы солеотложения разработаны для предотвращения возникновения карбонатных, сульфатных и барий содержащих отложений, образующихся на технологическом оборудовании (Приложение 2).

Подбор ингибиторов солеотложения – сложная задача, включающая в себя этапы по анализу сред и отложений на предмет установления состава и количества солеотложения, лабораторные испытания ингибитора солеотложения, мониторинг эффективности действия ингибитора.

Проблема защиты технологического оборудования от солеотложения и коррозии исключительно актуальна для современных систем добычи, транспортировки, переработки нефти. Если существует проблема, ее необходимо отслеживать и не допускать негативных явлений, приводящих к  затратам и потерям, особенно в условиях рыночных отношений, когда разработка нефтяных месторождений должна быть экономически эффективной, такие исследования в г.Урае проводятся в Цехе научно-исследовательских и производственных работ (ЦНИПР) (Приложение 3) .

Способы защиты от коррозии, солеотложения и биообрастания нефтяного оборудования и трубопроводов.

Харисова Юлия.

Россия, Тюменская область, ХМАО-Югра, г. Урай

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 4, 10А класс

III. Научная статья.

III. 1. Лабораторные исследования коррозии металлов и солеотложения.

III.1.1. Методика исследований в условиях школы.

Цель лабораторных исследований: подтвердить, что

1. ведущую роль в процессе коррозии играет кислород;

2. в процессе электрохимической коррозии образуется гальваническая пара способствующая защите сплавов.

Опыт 1. Коррозия металлов. В три пробирки опустить по одной железной скрепке. В четвертую пробирку опустить кусочек лезвия бритвы (легированная сталь). В первую и вторую пробирку налить до краев свежекипяченую и остуженную воду. Закрыть первую пробирку резиновой пробкой так, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха, вторую не закрывать. В третью и четвертую пробирку налить раствор солей имитирующих морскую воду. Оставить пробирки на пять дней.

Опыт 2. Гальваническая пара. В две чашки Петри положить фильтровальную бумагу и смочить ее раствором солей имитирующих морскую воду. В первую чашку на мокрый фильтр положить гранулу цинка, зажатую в железную скрепку. Во вторую чашку положить железную скрепку, оплетенную медной проволокой. Оставить чашки Петри на два дня, периодически (по мере испарения воды) увлажняя фильтр.

Результаты исследований.

Опыт 1. В первой пробирке железная скрепка не подверглась коррозии. Это объясняется тем, что в наполненную до краев и закрытую пробирку не мог проникнуть атмосферный кислород и в воде, так как она кипяченая, кислорода нет, и соответственно процесс окисления железа не происходил.

Во второй пробирке железная скрепка подверглась коррозии. Это объясняется тем, что пробирка была не закрыта, и соответственно кислород в присутствии воды реагировал с железом с образованием ржавчины.

В третьей пробирке железная скрепка также подверглась коррозии, так как морская вода содержит соли, то есть среда более агрессивна.

В четвертой пробирке лезвие бритвы также подверглось коррозии, но незначительно. Так как лезвие изготовлено из легированной стали, в состав которой входят антикоррозионные металлы.

Опыт 2. В первой чашке Петри, где находилась гальваническая пара цинк - железо через два дня увидели, что железная скрепка не подверглась коррозии, но на цинке образовался белый налет. Если налет смыть, то на ощупь можно почувствовать, что цинк немного разъело (коррозия). Таким образом, цинк защитил железо от коррозии, т.к. в электрохимическом ряду напряжений металлов цинк стоит до железа и соответственно более активен в реакциях окисления.

Во второй чашке Петри, где находилась гальваническая пара железо - медь через два дня увидели, что железная скрепка подверглась коррозии, а медная проволока нет. Это объясняется тем, что медь в электрохимическом ряду напряжений металлов находится после железа, следовательно, медь более пассивный металл и меньше подвержен окислению. Поэтому медь не смогла защитить железо от коррозии (Приложение 4).

Уравнения реакций коррозии металлов:

В первой чашке:

Zn /Fe Zn0 - 2ȇ → Zn2+ (на цинке) - коррозия

2Н+ +2ȇ →Н20 (на железе)

Во второй чашке:

Fe/Сu Fe0 - 2ȇ → Fe2+ (на железе) - коррозия

2Н+ +2ȇ →Н20 (на меди)

Выводы по лабораторному исследованию коррозии металлов:

1. в процессе коррозии металлов ведущую роль играет кислород, который в присутствии воды реагирует с железом и окисляет его;

2. в процессе электрохимической коррозии сплавов образуется гальваническая пара, которая способна защитить железо от коррозии, если металл-защитник является более активным металлом.

III.1.2. Лабораторные исследования коррозии металлов, солеотложения, загрязнения пластовых вод сульфатвосстанавливающими бактериями в лаборатории ЦНИПР.

Цель лабораторных исследований: научиться выявлять эффективность действия ингибиторов коррозии и солеотложения, оценивать зараженность сред и бактерицидное действие реагента относительно сульфатвосстанавливающих бактерий, вызывающих коррозионный процесс.

III.1.2.1.Методика определения фосфорсодержащих ингибиторов солеотложения в воде.

Суть метода.

Метод предназначен для определения эффективности ингибирования карбонатных отложений и основан на способности ингибитора солеотложений ХПКС – 004, удерживать ионы кальция в растворенном состоянии в объеме раствора.

Содержание ионов кальция определяют комплексонометрическим титрованием по переходу окраски индикатора из красной в фиолетовую в щелочной среде (рН=10).

Для устранения мешающего влияния анионов (HCO3- CO32- PO43- SiO32-) пробу следует титровать после добавления щелочи.

Аппаратура, материалы, реактивы.

Бутылка стеклянная с винтовой крышкой вместимостью 100мл,

бутылки стеклянные по ГОСТ 10782-85;

бутылки компании «Berlin Packaging»

Вместимость бутылки должна быть не менее 120 мл и одинаковой для всех используемых в эксперименте бутылок, так как объем парового пространства над используемым раствором влияет на результат испытания.

Бюретка 1-2-2-25-0,1 по ГОСТ 29251

Пипетка 2-1(2)-2-25, 2-1(2)-2-5, 2-1(2)-2-01, 2-1(2)-2-0,5 по ГОСТ 29227

Пипетка 1(2)-2-50 по ГОСТ 29169

Воронка стеклянная по ГОСТ 25336

Колба 2-100-2,2-1000-2 по ГОСТ 1770

Ступка фарфоровая по ГОСТ 9147

Баня водяная с терморегулятором

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709

Калия гидроокись по ГОСТ 24363

Кальций хлористой по ТУ 6-09-4711

Магний хлористый шестиводный по ГОСТ 4209

Натрий хлористый по ГОСТ 4233

Натрий углекислый кислый по ГОСТ 4201

Магний сернокислый (стандартный титр) по ТУ 6-09-2540

Мурексид (индикатор) по действующей документации

Бумага ингибиторная универсальная по ТУ 6-09-1181

Фильтры обеззоленные (синяя лента) по ТУ 6-09-1678

Соль динатриевая этилендиамин-N,N,N,N, -тетрауксусной кислоты 2-водная (трилон Б) по ГОСТ 10652

Подготовка к испытанию.

Солевой состав воды, моделирующий карбонатные отложения.

Для приготовления раствора навески солей помещают в мерную колбу, вместимостью 1 л, растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до метки. Точное содержание ионов кальция в растворе определяют после приготовления раствора, а так же перед каждым испытанием на определение эффективности ингибирования. Срок годности растворов 7 дней.

Приготовление раствора ХПКС-004.

В мерной колбе объемом 100 см3 готовят водный раствор ХПКС-004 с массовой долей 1%.

Приготовление раствора Трилона Б концентрации 0,025 моль*экв/л. 4,65г Трилона Б помещают в мерную колбу вместимостью 1л и растворяют в 600 мл дистиллированной воды. Доводят объем раствора водой до метки. Титр раствора проверяют по стандарт – титру раствора MgSO4 с концентрацией 0,1 моль*экв/л. Для определения титра используют свежеприготовленный раствор.

Приготовление раствора КОН.

КОН в количестве 20 г растворяют в мерной колбе 100 мл и доводят объем до метки дист. Водой.

Приготовление индикатора мурексида 0,1 г мурексида тщательно растирают в ступке с 10г NaCl.

Проведение анализа.

Определение содержания ионов кальция в холостой пробе.

В стеклянной бутылке с винтовой горловиной (100 мл) пипеткой переносят 50 мл раствора 1, затем пипеткой добавляют 50 мл раствора 2.

Содержимое бутылки перемешивают. Отбирают 5 мл раствора и помещают в коническую колбу для титрования. Добавляют 25 мл дистиллированной воды, примерно 1 мл раствора КОН (до рН=10) и 10-15 мг индикатором раствор титруют при перемешивании раствором Трилона Б до перехода окраски из красной в фиолетовую.

Содержание ионов кальция в мг/л определяют по формуле:

C=Vтр*Cтр*20,04*1000

Vа

Vтр – объем трилона Б, израсходованный на титрование пробы, мл;

Cтр – концентрация раствора Трилона Б , моль*экв/л;

Vа – объем аликвотной части раствора, взятый на титрование, мл.

Определение эффективности ингибирования. В две стеклянные бутылки с винтовой горловиной (100 мл) пипеткой отбирают по 50 мл раствора 1.

В первую бутылочку ХПКС - 004 не дозируют, во вторую +0,3 см3 раствора ХПКС – 004 (шприцом), что соответствует дозировке 30 г/т. Затем пипеткой добавляют в обе бутылочки по 50 мл раствора 2. Бутылки герметично закрывают завинчивающимися крышками, содержимое бутылочек перемешивают. Затем бутылки помещают в водяную баню, нагретую до 800С. Пробы выдерживают 8ч при данной температуре с периодическим помешиванием. Затем содержание бутылочек охлаждают до комнатной температуры и фильтруют. Содержание ионов кальция в фильтрате определяют методом титрования Трилоном Б (Приложение 5).

Обработка результатов.

Эффективность ингибирования (Э) в процентах определяют по формуле:

Э= Сх-Схол*100%

Со-Схол

Сх- содержание ионов кальция в рабочей пробе с ингибитором после термостатирования, мг/л;

Схол- седержание ионов кальция в холостой пробе без ингибитора после термостатирования, мг/л;

Со- содержание кальция в холостой пробе без ингибитора перед термостатированием, мг/л.

Минимально определяемая концентрация кальция – 0,5мг/л. Относительное стандартное отклонение при концентрации 30-100 мг/л кальция составляет 0,6%.

Пример:

Эффективность более 85% считается хорошей, т.е. 30 г/т наилучший результат, так как высока эффективность и экономия ингибитора.

III.1.2.2. Исследование содержания сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) в нефтяных средах и оценка эффективности бактерицида.2

Оценка зараженности сред и бактерицидного действия реагентов относительно сульфатвосстанавливающих бактерий. (РД 03-00147275-067-2001).

Основной объем нефти добывается с применением заводнения нефтяных пластов сточными и природными водами. Заводнение- это процесс закачки сточной воды, добытой вместе с нефтью, отделенной от нее, очищенной от механических примесей. При перекачке такой воды по трубам и протекают коррозионные процессы. В этой воде содержатся такие компоненты как растворенный кислород, углекислый газ и сероводород. Также в процессах коррозии активное участие принимают различные микроорганизмы, особенно опасны среди них сульфатвосстанавливающие бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород. Он то и взаимодействует с металлической поверхностью нефтяных труб, в результате чего они разрушаются.

В коррозионных процессах принимают участие различные бактерии, среди которых наиболее опасны сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ). Существует несколько предположений о механизме участия сульфатвосстанавливающих бактерий в коррозии нефтепромыслового оборудования.

Голландские исследователи Вольцоген Кюр и Ван-дер-Флюгт установили, что процесс образования сероводорода с участием СВБ протекает по схеме:

SO42- +8H+ → S2- +4H2O

Целью настоящей работы является количественное определение содержания сульфатвосстанавливающих бактерий в нефтепромысловых водных средах, отобранных на месторождениях, а также определение эффективности обработки этих сред бактерицидами СНПХ-6418А, ФЛЭК-ИК-200, СОНЦИД 8104.

Методика количественного определения СВБ. Количественное определение сульфатвосстанавливающих бактерий осуществляли методом многократного посева (или методом разведения пробы) пробы воды в питательную среду.

Для развития и роста СВБ требуется специальная среда - среда Постгейта, имеющая следующий состав: калий фосфорнокислый однозамещенный, аммоний хлористый, кальций сернокислый, магний сернокислый, натрий молочнокислый, натрий хлористый; добавки: дрожжевой экстракт, железо сернокислое закисное, натрий углекислый, натрий сернистый. Все реактивы основной среды растворяют в 1 литре водопроводной воды и стерилизуют в автоклавах при температуре 120 градусов в течение 30 минут. Питательную среду и добавки разливают в колбы, закрывают ватными пробками и бумажными колпачками. Всю необходимую для этого посуду тщательно стерилизуют сухим паром в сушильном шкафу при температуре 160 градусов в течение 2 часов. Подготовленной питательной средой, после тщательного перемешивания заполняют пенициллиновые флаконы. Для дезинфекции пробку необходимо обработать 70% раствором этилового спирта.

Затем из привезенной с нефтепромысла пробы воды отбирают стерильным шприцем с иглой 1 мл воды и вводят ее во флакон с питательной средой.

Флаконы с питательной средой маркируют путем порядковой нумерации. Из содержимого контрольного флакона берут 1 мл раствора и сеют в 1 флакон с питательной средой, размешивают и из него же отбирают 1 мл раствора и сеют во второй. Затем из второго в третий, из третьего в четвертый и т.д. Всего делают 6 пересевов. Все посевы проводят в 2-3 кратной повторности. Эти пенициллиновые флаконы выдерживают в термостате при температуре 32-35 градусов в течении 15 дней и ежедневно за ними наблюдают.

Если в пробе воды присутствуют СВБ, то во флаконе с питательной средой и посевом пробы воды должен появиться сероводород, а визуальное определение образования сероводорода основано на появлении во флаконах темного осадка-сульфида железа, образующегося в результате реакции сероводорода с ионами закисного железа, содержащегося в питательной среде. Активность бактерий СВБ определяют по индексу активности или по тому, на какой день после посева пробы воды во флаконе появится черный осадок. Если осадок появился на второй день, то индекс активности равен: J=100:2 =50 ед., 

на третий день: J=100:3 =33ед., и т.д.

Определение содержания СВБ в пробах нефтепромысловой воды, отобранных в ЦДНГ-10 (БКНС-32) месторождение Красноленинское, Убинское месторождение

(БКНС-15 на выходе) ЦДНГ-8, (БКНС-26) месторождение Ловинка.

Количество СВБ определяется по тому, в каком флаконе появился черный осадок. Если осадок появился в первом флаконе, то количество СВБ равно 10 клеток в 1 мл, если во втором- 100 клеток в 1 мл, если в 3- 1000 клеток в 1 мл и т.д.

Результаты исследований приведены в таблицах ниже.

По результатам, представленным в таблицах, видно, что сульфатвосстанавливающими бактериями заражена исследованная вода. Количество клеток, обнаруженное в пробах воды, составляет 1000000 в одном миллилитре. Индекс активности также высокий и составляет, в основном, 100 ед., что свидетельствует о высокой активности обнаруженной в воде культуры СВБ.

Исследования показали, что бактерии имеют высокую активность, и при появлении благоприятных условий, их развитие может протекать стремительно, что приведет к образованию большого количества сероводорода и к усилению коррозионных процессов.

Для того, чтобы подавить жизнедеятельность СВБ необходимы специальные вещества – бактерициды. Такие реагенты выпускаются и используются нефтяниками. Самое главное необходимо правильно подобрать эффективное количество этих реагентов, чтобы полностью удалить из воды бактерии СВБ. Нами были проведены исследования по подбору эффективной дозировки бактерицидов СНПХ-6418А, ФЛЭК-ИК-200, СОНЦИД 8104.

III.1.2.3. Методика определения бактерицидной активности.

Для определения эффективной дозировки бактерицида, приготовить его раствор 2% концентрации в дистиллированной воде.

Накопительную культуру СВБ во флаконах перемешивают, выдерживают до оседания осадка сульфидов, отбирают стерильной пипеткой жидкость над осадком, вводят по 0,5 мл в каждую пробирку с дистиллированной водой и дозируют определённое количество реагента в каждую пробирку.

Затем пробирки закрывают пробкой без пузырька воздуха, перемешивают и выдерживают при температуре 20-22 градуса 24 часа. После выдержки отбирают из пробирок по 5 мл жидкости, переносят в стерильные маркированные пробирки, добавляют питательную среду до верха, закрывают пробкой, перемешивают и термостатируют при температуре 32-35 градуса. Для каждой концентрации реагента проводят по 3 параллельных испытания. Две пробирки без добавки реагента служили контрольной пробой. За ними наблюдали 15 суток, отмечая появление черного осадка. Результаты исследования эффективности бактерицида представлены в таблице.

Как видно из результатов таблицы, полное подавление СВБ обеспечивает дозировка бактерицида равная СНПХ-6418А и ФЛЭК-ИК-200 – 300 г/т., СОНЦИД 8104 ЗАО «Нефтехим» - 100 г/т. Если обрабатывать воду, закачиваемую в пласт таким количеством СНПХ-6418А, то можно полностью удалить из нее бактерии СВБ.

Выяснилось, что с течением времени бактерициды надо менять, так как наблюдается потеря эффективности действия бактерицида, бактерии мутируют и мутантные особи не погибают от действия бактерицида (Приложение 6).

Выяснилось, что с течением времени бактерициды надо менять, так как наблюдается потеря эффективности действия бактерицида, бактерии мутируют и мутантные особи не погибают от действия бактерицида (в лаборатории нам предоставили графики мониторинга эффективности действия бактерицида) (Приложение 7).

ВЫВОДЫ: 1. Проведенные исследования показали, что нефтепромысловая пластовая вода заражена сульфатвосстанавливающими бактериями. Количество СВБ в пробах воды велико и составляет 1000000 кл/мл;

активность СВБ высокая, о чем свидетельствует индекс активности, равный 100 ед;

Для полного подавления СВБ нами подобрана эффективная дозировка бактерицида СНПХ-6418А, ФЛЭК-ИК-200, которая составляет 300 г/т и бактерицида СОНЦИД 8104 ЗАО «Нефтехим», которая составляет 100 г/т. Таким количеством бактерицида необходимо обрабатывать воду, закачиваемую в нефтяные пласты.

IV.Заключение.

Коррозия трубопроводов — процесс неизбежный. Однако человек, вооруженный знанием механизма коррозии, может затормозить его таким образом, чтобы обеспечить сохранение работоспособности нефтепроводов и оборудования в течение длительного времени. На практике применяется сочетание пассивных и активных методов защиты металлов от коррозии.

Выводы:

-изучили виды коррозии и причины появления коррозии и солеотложения;

-выяснили, что существуют пассивные и активные методы для предотвращения коррозии металлов;

-выяснили, что существуют физические, технологические и химические способы борьбы с солеотложением на нефтяном оборудовании;

- условиях школы провели эксперименты по коррозии металлов, выяснили, в процессе коррозии металлов ведущую роль играет кислород, который в присутствии воды реагирует с железом и окисляет его, а так же выяснили, что в процессе электрохимической коррозии сплавов образуется гальваническая пара, которая способна защитить железо от коррозии, если металл-защитник является более активным металлом;

- в лабораторных условиях ЦНИПР научились определять эффективность действия ингибиторов коррозии и солеотложения, оценивать зараженность сред и бактерицидное действие реагента относительно сульфатвосстанавливающих бактерий, вызывающих коррозионный процесс.

Необходимо использовать комбинированные методы борьбы с коррозией и солеотложением, т.к. при этом эффективность защиты значительно возрастает.

V.Литература:

 Горичев Игорь Георгиевич, Атанасян Т. К.,Якушева Е. А. Неорганическая химия. Часть I. Поверхностные явления на границе оксид/электролит в кислых средах.М.: Прометей, 2013г., 166с.

Методика определения фосфорсодержащих ингибиторов солеотложения в воде.- Когалым, 2013 г.

Мустафин Ф.М., Кузнецов М.В., Быков Л.И. Защита от коррозии. Т. 1. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. – 806 с.

Козлов В.А. Основы коррозии и защиты металлов /В.А.Козлов, М.О.Месник; Иван. гос. хим. – технол. ун-т. – Иваново, 2011. – 177с.

Кузнецов Ю.И. Современное состояние теории ингибирования коррозии металлов. // Защита металлов. - 2002. - Т. 3 8. - № 2. - 122-131.

Оценка зараженности сред и бактерицидного действия реагентов относительно сульфатвосстанавливающих бактерий. (РД 03-00147275-067-2001).

Пачурин Г.В. Коррозионная долговечность изделий из деформационно-упрочненных металлов и сплавов : учебное пособие для вузов / Г. В. Пачурин. — 2-е изд., доп. — Санкт-Петербург: Лань, 2014. — 154 с

Попова А: Методы защиты от коррозии. Курс лекций. Учебное пособие. СПб.: Лань, 2014г, 272с.

Розенфельд И.Л., Персианцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии. -М. : Наука, 1985.-278 с.

Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М., 2006. – 306 с.

     http://www.ingibitory.ru/

    http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2135.html

VI.Приложения

 

Приложение 1.

Виды солеотложений.

 

Приложение 2.

Ингибиторы солеотложения.

Приложение 3.

Цех научно-исследовательских и производственных работ.

 

Приложение 4.

Опыт 1. Коррозия металлов.

В процессе коррозии металлов ведущую роль играет кислород, который в присутствии воды реагирует с железом и окисляет его.

Опыт 2. Гальваническая пара.

Zn /Fe Fe/Сu

Zn /Fe Fe/Сu

 

В процессе электрохимической коррозии сплавов образуется гальваническая пара, которая способна защитить железо от коррозии, если металл-защитник является более активным металлом.

Приложение 5.

Определение фосфорсодержащих ингибиторов солеотложения в воде.

Приложение 6.

Исследование содержания сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) в нефтяных средах и оценка эффективности бактерицида.

Если в пробе нефтепромысловой воды присутствуют сульфатвосстанавливающие бактерии, то во флаконе с питательной средой и посевом пробы воды должен появиться сероводород, а визуальное определение образования сероводорода основано на появлении во флаконах темного осадка-сульфида железа.

Микрофотографии сульфатвосстанавливаю-щих бактерий.

Приложение 7.

Графики мониторинга эффективности действия бактерицида.

Даниловское месторождение: Убинское месторождение:

На графиках видно, что число бактерий с течением времени возрастает, так как бактерии мутируют и происходит движущая форма естественного отбора, следовательно, эффективность действия бактерицида снижается и бактерицид подлежит замене.