الأنابيب المقاومة للتآكل لثاني أكسيد الكربون وأنابيب الغلاف

مقدمة

في صناعة النفط والغاز, نشبع (CO2) تآكل هو مصدر قلق كبير, وخاصة في البيئات التي يوجد فيها ثاني أكسيد الكربون بتركيزات عالية. تآكل ثاني أكسيد الكربون, المعروف أيضا باسم التآكل الحلو, يحدث عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء, تشكيل حمض الكربونيك (H2CO3), والتي يمكن أن تهاجم بقوة المواد الفولاذية, مما يؤدي إلى الحفر, تآكل موحد, وفي نهاية المطاف, فشل الأنابيب وأنابيب الغلاف. هذا النوع من التآكل منتشر بشكل خاص في الخزانات الغنية بثاني أكسيد الكربون, تعزيز استخلاص النفط (الاستخلاص المعزز للنفط) العمليات, و آبار الغاز.

لمكافحة تآكل ثاني أكسيد الكربون, لقد طورت الصناعة المتخصصة الأنابيب المقاومة للتآكل بثاني أكسيد الكربون وأنابيب التغليف. تم تصميم هذه الأنابيب لتحمل الظروف القاسية للبيئات الغنية بثاني أكسيد الكربون, ضمان سلامة حفرة البئر ومنع الأعطال المكلفة. في هذه المقالة, سوف نستكشف العقارات, المواد, والتقنيات المستخدمة في الأنابيب المقاومة للتآكل بثاني أكسيد الكربون وأنابيب التغليف, وكذلك العوامل التي تؤثر على أدائها.

 

مواصفات API SPEC 5CT للغلاف والأنابيب

ANSI/NACE TM0177 الاختبار المعملي للمعادن لمقاومة التكسير الناتج عن إجهاد الكبريتيد والتآكل الناتج عن الإجهاد في بيئة كبريتيد الهيدروجين.

ISO 15156 صناعات البترول والغاز الطبيعي - مواد للاستخدام في البيئات التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين في إنتاج النفط والغاز.

ISO 13680 صناعات البترول والغاز الطبيعي أنابيب غير ملحومة مقاومة للتآكل لاستخدامها في الغلاف , شروط التسليم الفني لمخزون الأنابيب والوصلات، الطبعة الثالثة.

 

 

ج:يمكن أيضًا للمنتجات غير API التفاوض مع العملاء فيما يتعلق بالبيانات الفنية.

 

 

---

جدول المحتويات

1. فهم تآكل ثاني أكسيد الكربون
2. مواد لمقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون
   • 2.1 الكربون الصلب
   • 2.2 سبائك الصلب منخفض
   • 2.3 سبائك مقاومة للتآكل (وكالات التصنيف الائتماني)
   • 2.4 الأنابيب المغطاة والمبطنة
3. العوامل المؤثرة على تآكل ثاني أكسيد الكربون
   • 3.1 الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون
   • 3.2 درجة حرارة
   • 3.3 محتوى الماء
   • 3.4 مستويات الأس الهيدروجيني
4. اختبار وتقييم مقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون
   • 4.1 اختبار الأوتوكلاف
   • 4.2 الاختبارات الكهروكيميائية
   • 4.3 الاختبار الميداني
5. تطبيقات الأنابيب والغلاف المقاوم للتآكل بثاني أكسيد الكربون
6. أسئلة مكررة (التعليمات)
7. خاتمة

---

فهم تآكل ثاني أكسيد الكربون {#فهم تآكل ثاني أكسيد الكربون}

تآكل ثاني أكسيد الكربون يحدث عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء, تشكيل حمض الكربونيك. يتفاعل هذا الحمض مع الحديد الموجود في الفولاذ ليتكون كربونات الحديد (الحديد CO3), والتي يمكن أن تشكل طبقة واقية أو, في ظل ظروف معينة, يؤدي إلى التآكل العدواني. تعتمد شدة تآكل ثاني أكسيد الكربون على عدة عوامل, بما في ذلك الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون, درجة الحرارة, محتوى الماء, و مستويات الرقم الهيدروجيني.

التفاعل العام لتآكل ثاني أكسيد الكربون في الفولاذ هو كما يلي:

تشكيل كربونات الحديد يمكن أن يكون بمثابة طبقة واقية في بعض الأحيان, إبطاء عملية التآكل. ومع ذلك, في البيئات عالية السرعة أو حيث تكون الطبقة الواقية غير مستقرة, يمكن أن يزيد معدل التآكل بشكل كبير, يؤدي إلى عدد معين من المنتجات المصنعة في ظل نفس شروط الخصائص المراد فحصها, التعرية, أو تآكل موحد.

---

مواد لمقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون {#مواد لمقاومة التآكل لثاني أكسيد الكربون}

اختيار المادة المناسبة ل أنابيب وأغلفة مقاومة للتآكل بثاني أكسيد الكربون أمر بالغ الأهمية لضمان طول عمر وسلامة آبار النفط والغاز. يتم استخدام العديد من المواد بشكل شائع, ولكل منها مزاياها وقيودها.

2.1 الكربون الصلب {#الكربون الصلب}

الكربون الصلب هي المادة الأكثر استخدامًا للأنابيب والغلاف في صناعة النفط والغاز نظرًا لانخفاض تكلفتها وتوافرها. ومع ذلك, الصلب الكربوني معرض بشدة للتآكل بثاني أكسيد الكربون, خاصة في البيئات ذات الضغوط الجزئية العالية لثاني أكسيد الكربون ومحتوى الماء. للتخفيف من تآكل ثاني أكسيد الكربون في الفولاذ الكربوني, غالبا ما يستخدم المشغلون مثبطات التآكل, الطلاءات, أو الحماية الكاثودية.

بينما يمكن استخدام الفولاذ الكربوني في بيئات ثاني أكسيد الكربون مع اتخاذ تدابير الحماية المناسبة, لا يُنصح عمومًا بتركيزات ثاني أكسيد الكربون العالية أو التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية, حيث تكون هناك حاجة إلى مواد أكثر مقاومة.

2.2 سبائك الصلب منخفض {#سبائك الصلب المنخفضة}

سبائك الصلب منخفضة يحتوي على كميات صغيرة من عناصر صناعة السبائك مثل الكروم, الموليبدينوم, أو النيكل, مما يحسن مقاومتها للتآكل ثاني أكسيد الكربون. توفر هذه المواد أداءً أفضل من الفولاذ الكربوني في بيئات ثاني أكسيد الكربون المعتدلة ولكنها قد تتطلب استخدام مثبطات التآكل أو الطلاءات لتعزيز متانتها.

غالبًا ما يتم استخدام الفولاذ منخفض السبائك في آبار متوسطة العمق أو آبار الغاز حيث لا تكون تركيزات ثاني أكسيد الكربون مرتفعة بشكل مفرط.

2.3 سبائك مقاومة للتآكل (وكالات التصنيف الائتماني) {#سبائك مقاومة للتآكل}

سبائك مقاومة للتآكل (وكالات التصنيف الائتماني) هي مواد مصممة خصيصًا توفر مقاومة فائقة للتآكل الناتج عن ثاني أكسيد الكربون. تحتوي هذه السبائك عادة على مستويات عالية من الكروم, النيكل, و الموليبدينوم, والتي توفر مقاومة ممتازة لكل من ثاني أكسيد الكربون و كبريتيد الهيدروجين (H2S) تآكل.

تشمل CRAs الشائعة المستخدمة في البيئات الغنية بثاني أكسيد الكربون:

• 13الجمهورية التشيكية (الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي): يحتوي على ما يقرب من 13% الكروم ويوفر مقاومة جيدة للتآكل بثاني أكسيد الكربون في درجات الحرارة المنخفضة إلى المعتدلة. ويستخدم على نطاق واسع في آبار الغاز الغنية بثاني أكسيد الكربون و عمليات الاستخلاص المعزز للنفط.
• سوبر 13Cr: نسخة محسنة من 13Cr مع مقاومة أفضل للتآكل عند درجات الحرارة المرتفعة والضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون.
• الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجة: يجمع بين خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والحديدي, تقدم مقاومة ممتازة للتآكل ثاني أكسيد الكربون وقوة ميكانيكية عالية.
• سبائك أساسها النيكل (على سبيل المثال, إنكونيل, هاستيلوي): توفر هذه السبائك أعلى مستوى من المقاومة للتآكل وتستخدم في أقسى بيئات ثاني أكسيد الكربون, بما في ذلك الآبار ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي.

بينما توفر CRAs مقاومة ممتازة للتآكل, فهي أغلى بكثير من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك, مما يجعلها مناسبة ل بيئات عالية المخاطر حيث سيكون الفشل كارثيا.

2.4 الأنابيب المغطاة والمبطنة {#أنابيب مكسوة ومبطنة}

الأنابيب المغطاة والمبطنة الجمع بين فعالية تكلفة الفولاذ الكربوني ومقاومة التآكل التي تتميز بها CRAs. في هذه الأنابيب, يتم ربط طبقة رقيقة من مادة CRA بالسطح الداخلي لـ a الأنابيب المصنوعة من الصلب الكربوني, توفير مقاومة ممتازة للتآكل بتكلفة أقل من استخدام أنابيب CRA الصلبة.

• أنابيب مكسوة: يتم ربط طبقة CRA معدنيًا بأنابيب الفولاذ الكربوني, توفير سطح قوي ودائم مقاوم للتآكل.
• الأنابيب المبطنة: يتم ربط طبقة CRA ميكانيكيًا بأنابيب الفولاذ الكربوني, تقديم مقاومة للتآكل دون الحاجة إلى رابطة معدنية.

يتم استخدام الأنابيب المغطاة والمبطنة بشكل شائع في البيئات الغنية بثاني أكسيد الكربون حيث التكلفة هي مصدر قلق, ولكن مقاومة التآكل لا تزال حرجة.

---

العوامل المؤثرة على تآكل ثاني أكسيد الكربون {#العوامل المؤثرة على ثاني أكسيد الكربون والتآكل}

هناك عدة عوامل تؤثر على معدل وشدة تآكل ثاني أكسيد الكربون في الأنابيب وأنابيب التغليف. يعد فهم هذه العوامل أمرًا ضروريًا لاختيار المواد المناسبة وتنفيذ استراتيجيات فعالة لمنع التآكل.

3.1 الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون {#الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون}

ال الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون هو عامل رئيسي في تحديد شدة التآكل بثاني أكسيد الكربون. يؤدي ارتفاع الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون إلى ذوبان المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الماء, مما يؤدي إلى تكوين المزيد من حمض الكربونيك و, بالتالي, معدلات تآكل أعلى. بشكل عام, مع زيادة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون, تصبح الحاجة إلى مواد أو مثبطات مقاومة للتآكل أكثر أهمية.

3.2 درجة حرارة {#درجة الحرارة}

درجة حرارة له تأثير معقد على تآكل ثاني أكسيد الكربون. في درجات حرارة معتدلة (أقل من 60 درجة مئوية), يميل معدل التآكل إلى الزيادة مع درجة الحرارة بسبب زيادة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في الماء. ومع ذلك, في درجات حرارة أعلى (فوق 100 درجة مئوية), قد يؤدي تكوين طبقات كربونات الحديد الواقية إلى إبطاء معدل التآكل.

في البيئات ذات درجات الحرارة العالية, مواد مثل سوبر 13Cr أو سبائك أساسها النيكل غالبًا ما تكون مطلوبة لتحمل التأثيرات المشتركة لتآكل ثاني أكسيد الكربون والإجهاد الحراري.

3.3 محتوى الماء {#محتوى الماء}

ماء يعد عاملاً حاسماً في تآكل ثاني أكسيد الكربون لأن ثاني أكسيد الكربون يجب أن يذوب في الماء لتكوين حمض الكربونيك. في آبار الغاز الجافة, حيث يكون محتوى الماء في حده الأدنى, يعتبر تآكل ثاني أكسيد الكربون أقل إثارة للقلق. ومع ذلك, في الآبار ذات المحتوى المائي العالي, خصوصا في الغاز الرطب أو آبار المكثفات, خطر التآكل بثاني أكسيد الكربون أعلى بكثير.

3.4 مستويات الأس الهيدروجيني {#مستويات الحموضة}

ال الرقم الهيدروجيني تؤثر البيئة أيضًا على تآكل ثاني أكسيد الكربون. انخفاض مستويات الرقم الهيدروجيني (المزيد من الظروف الحمضية) زيادة معدل التآكل, في حين ارتفاع مستويات الرقم الهيدروجيني (المزيد من الظروف القلوية) يمكن أن تقلل من معدل التآكل. في البيئات الغنية بثاني أكسيد الكربون, عادة ما يكون الرقم الهيدروجيني منخفضًا بسبب تكوين حمض الكربونيك. استقرار الرقم الهيدروجيني التقنيات, مثل إضافة مواد قلوية إلى السائل, يمكن أن يساعد في تخفيف تآكل ثاني أكسيد الكربون.

---

اختبار وتقييم مقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون {#الاختبار والتقييم}

للتأكد من أن الأنابيب وأنابيب التغليف يمكن أن تتحمل تآكل ثاني أكسيد الكربون, يتم استخدام عدة طرق اختبار لتقييم أدائها في البيئات الغنية بثاني أكسيد الكربون.

4.1 اختبار الأوتوكلاف {#اختبار الأوتوكلاف}

اختبار الأوتوكلاف يتضمن تعريض المادة لضغط عالي من ثاني أكسيد الكربون والماء في بيئة خاضعة للرقابة لمحاكاة ظروف قاع البئر. يتم إجراء الاختبار عند درجات حرارة وضغوط مرتفعة لتقييم مقاومة المادة للتآكل بثاني أكسيد الكربون. يُستخدم اختبار الأوتوكلاف بشكل شائع لتقييم أداء CRAs والفولاذ منخفض السبائك في بيئات ثاني أكسيد الكربون.

4.2 الاختبارات الكهروكيميائية {#اختبار الكهروكيميائية}

الاختبارات الكهروكيميائية يقيس معدل تآكل المادة من خلال مراقبة التفاعلات الكهروكيميائية التي تحدث عندما تتعرض المادة لثاني أكسيد الكربون والماء. توفر هذه الطريقة بيانات قيمة عن مقاومة المادة للتآكل ويمكن أن تساعد في تحديد أفضل المواد لبيئات محددة غنية بثاني أكسيد الكربون.

4.3 الاختبار الميداني {#الاختبار الميداني}

الاختبار الميداني يتضمن تركيب الأنابيب أو غلاف الأنابيب في حفرة البئر الفعلية ومراقبة أدائها مع مرور الوقت. توفر هذه الطريقة بيانات واقعية عن قدرة المادة على تحمل تآكل ثاني أكسيد الكربون في ظل ظروف التشغيل الفعلية. غالبًا ما يستخدم الاختبار الميداني للتحقق من صحة نتائج الاختبارات المعملية وضمان أداء المادة على المدى الطويل.

---

تطبيقات الأنابيب والغلاف المقاوم للتآكل بثاني أكسيد الكربون {#تطبيقات}

تُستخدم الأنابيب وأنابيب التغليف المقاومة للتآكل بثاني أكسيد الكربون في مجموعة متنوعة من التطبيقات, بما في ذلك:

• آبار الغاز الغنية بثاني أكسيد الكربون: في الآبار التي يوجد بها ثاني أكسيد الكربون بتركيزات عالية, مواد مقاومة للتآكل مثل 13الجمهورية التشيكية أو سوبر 13Cr تستخدم عادة لمنع تآكل ثاني أكسيد الكربون.
• الاستخلاص المعزز للنفط (الاستخلاص المعزز للنفط): في حقن ثاني أكسيد الكربون عمليات الاستخلاص المعزز للنفط, حيث يتم حقن ثاني أكسيد الكربون في المكمن لتعزيز عملية استخلاص النفط, تعتبر الأنابيب والأغلفة المقاومة للتآكل ضرورية لمنع الفشل بسبب تآكل ثاني أكسيد الكربون.
• الآبار ذات درجة الحرارة العالية: في الآبار ذات درجات الحرارة المرتفعة, مواد مثل سبائك أساسها النيكل أو الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين يتم استخدامها لتحمل التأثيرات المشتركة لتآكل ثاني أكسيد الكربون والإجهاد الحراري.
• آبار الغاز الرطب: في الآبار ذات المحتوى المائي العالي, يتم استخدام مواد مقاومة للتآكل لمنع تآكل ثاني أكسيد الكربون, والذي يتفاقم بسبب وجود الماء.

---

أسئلة مكررة (التعليمات) {#التعليمات}

1. ما هو تآكل ثاني أكسيد الكربون في الأنابيب وأنابيب التغليف?

تآكل ثاني أكسيد الكربون, المعروف أيضا باسم التآكل الحلو, يحدث عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء ليشكل حمض الكربونيك, الذي يتفاعل مع الفولاذ لتكوين كربونات الحديد. هذه العملية يمكن أن تؤدي إلى تأليب, تآكل موحد, وفشل الأنابيب وأنابيب الغلاف.

2. ما هي المواد المستخدمة في الأنابيب والغلاف المقاوم للتآكل بثاني أكسيد الكربون?

المواد المستخدمة ل أنابيب وأغلفة مقاومة للتآكل بثاني أكسيد الكربون أدخل الكربون الصلب (مع مثبطات), سبائك الصلب منخفض, سبائك مقاومة للتآكل (وكالات التصنيف الائتماني) مثل 13الجمهورية التشيكية و سبائك أساسها النيكل, و الأنابيب المغطاة أو المبطنة.

3. كيف تؤثر درجة الحرارة على تآكل ثاني أكسيد الكربون?

درجة حرارة يؤثر على تآكل ثاني أكسيد الكربون بطرق مختلفة. في درجات حرارة معتدلة, يزداد معدل التآكل مع ارتفاع درجة الحرارة بسبب ارتفاع قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون. عند ارتفاع درجات الحرارة, قد تتشكل طبقات كربونات الحديد الواقية, تقليل معدل التآكل.

4. ما هو دور الماء في تآكل ثاني أكسيد الكربون؟?

ماء ضروري لتآكل ثاني أكسيد الكربون لأن ثاني أكسيد الكربون يجب أن يذوب في الماء لتكوين حمض الكربونيك. في الآبار ذات المحتوى المائي العالي, إن خطر التآكل بثاني أكسيد الكربون أعلى بكثير مقارنة بآبار الغاز الجاف.

5. كيف يتم اختبار مقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون?

يتم اختبار مقاومة التآكل بثاني أكسيد الكربون باستخدام طرق مثل اختبار الأوتوكلاف, الاختبار الكهروكيميائي, و الاختبار الميداني. تقوم هذه الاختبارات بتقييم أداء المادة في البيئات الغنية بثاني أكسيد الكربون في ظل ظروف حفرة البئر المحاكاة أو الفعلية.

---

خاتمة {#خاتمة}

تآكل ثاني أكسيد الكربون يمثل تحديًا كبيرًا في صناعة النفط والغاز, وخاصة في الآبار التي تحتوي على تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون. لمنع الأعطال المكلفة وضمان سلامة حفرة البئر, من الضروري الاستخدام الأنابيب المقاومة للتآكل بثاني أكسيد الكربون وأنابيب التغليف. مواد مثل سبائك مقاومة للتآكل (وكالات التصنيف الائتماني), أنابيب مكسوة, و سبائك الفولاذ منخفضة توفر مقاومة ممتازة للتآكل ثاني أكسيد الكربون, مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات, بما في ذلك آبار الغاز الغنية بثاني أكسيد الكربون, عمليات الاستخلاص المعزز للنفط, و الآبار ذات درجة الحرارة العالية.

من خلال فهم العوامل التي تؤثر على تآكل ثاني أكسيد الكربون واختيار المواد المناسبة, يمكن للمشغلين إطالة عمر الأنابيب وأنابيب التغليف بشكل كبير, تقليل تكاليف الصيانة, وتحسين السلامة العامة والموثوقية لعملياتها.