DE1696123A1

DE1696123A1 - Verfahren zur Verhuettung der Korrosion und Versproedung von metallischen Betriebsanlagen bei der Foerderung saurer Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1696123A1
Application number: DE19681696123
Authority: DE
Inventors: Bingman William Edward; Calhoun George Henry; Swanson Theodore Martin; Treseder Richard Smith
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1967-01-25
Filing date: 1968-01-23
Publication date: 1971-11-04
Also published as: US3462239A

Description

JUK. ING. F. WtTKSTHOFK DIPL. ING. G. PULS JOH.E.V.PECHMANN

PAT ENTANWiITE

SCHWEIGEHSTRASSE 2 TILEFOK 22 06 51

TSIyKOBAMMADSKSSIi : PHOTKOTPATKKT M CXOH KN

Beschreibung zur Patentanmeldung der

Firma SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V., Den Haag/HOLLAND

betreffend

"Verfahren zur Verhütung der Korrosion und Versprödung von metallischen Betriebsanlagen bei der Förderung saurer Flüssigkeiten".

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das Brechen und die Versprödung durch Korrosion, insbesondere unter Einwirkung von Sulphiden unter Beanspruchung von metallischen

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Betriebsanlagen zu verhüten und zu vermeiden, die bei der Gewinnung saurer Pörderflüssigkeiten, z.B. saurem Gas und/oder öl aus unterirdischen Lagerstätten verwendet werden.

Bei der Förderung von saurem Gas und/oder öl verursachen die großen Mengen Schwefelwasserstoff, Kohlendioxyd, Wasser _k und korrodierenden Säuren, die in solchen Produkten vorhanden sind, daß die Betriebsanlagen aus Metall, wie Verrohrungen, Leitungen und Pumpengestänge sowie die Rohrleitungen, die von den Förderstellen zu einer Verarbeitungsanlage führen, der Korrosion und Schäden z.B. durch Ausblühen, Brechen u.dgl. infolge der Einwirkung von Schwefelwasserstoff zugänglich sind.

Die Korrosion durch Sulphide, das Reißen und das Brechen in Querrichtung durch Versprödung von Stahl unter Bean- * spruchung in einer Schwefelwasserstoffhaitigen Umgebung ist ein ernsthaftes Problem bei der Förderung von sauren Gaskondensaten und sauren ölen. Obwohl der Mechanismus durch Zustandekommens derartiger Ausfälle noch nicht zufriedenstellend geklärt ist, nimmt man an, daß er in eher Art des Reißens durch Korrosion unter Beanspruchung besteht, die durch die versprödende Wirkung von einge-

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schlossenem Wasserstoff modifiziert ist, der sich bei der Korrosion durch Schwefelwasserstoff bildet. Ausfälle aufgrund einer Korrosion und durch Reißen sind bei Leitungen, Verrohrungen, Bohrröhren, Gestängegewinden, Drahtzügen und Bestandteilen von Ventilen und ähnlichen Ausrüstungen beobachtet worden. Derartige Ausfälle sind äußerst kostspielig und gefährden das Personal.

Das durch Sulphide verursachte Reißen durch ^Korrosion unter Beanspruchung ist ein besonders ernstes Korrosionsproblem bei der Förderung von öl und Gas, da die Ausfälle z.B. der Verrohrung oder der Leitungen oder der Gestängeverbindungen bei Hochdruckbohrungen, die

und saures Gas fördern, den Verlust der Bohrung ausgedehnte Schäden an der produzierenden Lagerstätte zur Folge haben können, was- mit einem schwerwiegenden wirtschaftlichen Verlust verbunden sein würde.

Es wurden verschiedene Mittel vorgeschlagen, Metalle in dieser korrosiven Umgebung vor Korrosion und Reißen zu schützen, z.B. durch die Verwendung von Schutzbeschichtungen, Inhibitorzusätzen oder durch metallurgische Maßnahmen. Die meisten der vorgeschlagenen Verfahren sind im wesentlichen unwirksam aus dem einen oder anderen Grund oder sie sind undurchführbar, weil sie zu teuer in

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der Anwendung sind.

Ziel der Erfindung ist, Metallausrüstungen an Förderstellen vor Korrosion und Versprödung und von dem Reißen durch Korrosion unter Beanspruchung und Einwirkung von Sulphiden durch saure Flüssigkeiten zu schützen.

Es wurde gefunden, daß Metallausrüstungen, die bei der Gewinnung saurer Förderflüssigkeiten verwendet werden, z.B. bei der Förderungvon saurem Gas oder öl aus sauren Bohrungen, wie Leitungen, Pumpen, Pumpgestänge, Förderaufsätze und Leitungen, die von der Förderstelle zu Verarbeitungsanlagen führen, wirksam gegen Korrosion, Versprödung, Reißen und Schäden im allgemeinen geschützt werden können, indem das saure Gas oder öl auf eine Temperatur von mindestens 66⁰C, vorzugsweise zwischen 93 und 232°C erhitzt wird. Die * Förderflüssigkeit, die durch das Förderloch strömt, kann erhitzt werden, indem eine heiße Flüssigkeit in das Förderloch eingespritzt wird um mit der Produktionsflüssigkeit gemischt wird, so daß das erhaltene Gemisch eine Temperatur oberhalb 66⁰C erhält. Diese heiße Flüssigkeit kann eine noch nicht verarbeitete wiedergewonnene heiße saure Flüssigkeit aus der gleichen Förderbohrung sein oder aus einer anderen Förderstelle. In einer anderen Ausführungs-

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form kann die heiße Flüssigkeit aus irgendeiner anderen geeigneten Quelle erhalten werden.

Obwohl nicht klar zu verstehen ist, warum heißes saures Gas oberhalb etwa 66⁰C Metalle gegen Korrosion und Brechen infolge Korrosion unter Beanspruchung und Einwirkung von Sulphiden schützt, wurde gefunden, daß verschiedene Eisenmetalle und Legierungen wirksam gegen Korrosion geschützt werden können in solchen korrosiven Umgebungen, wie sie gewöhnlich bei der Gewinnung und Verarbeitung von saurem Gas und öl angetroffen werden, nämlich indem die Temperatur des Metalls und der dieses berührenden sauren Flüssigkeit auf eine Temperatur oberhalb etwa 66⁰C, vorzugsweise zwischen 66 und 232⁰C, gehalten wird. Die Metalle, die wirksam gegen Korrosion und Versprödung durch Wasserstoff gemäß der Erfindung geschützt werden können, sind die üblichen Metallprodukte, die bei der Ausrüstung von Förderstellen gebraucht werden, wie Verrohrungen, Rohrleitungen, Bohrgestänge u.dgl. einschließlich Verrohrungen und Leitungen aus Stahl der API-Grade N-80, P-IlO u.dgl., Leitungen aus Stahl P-105 und Bohrgestänge und Gestängeverbindungen aus Stahlgrad E u.dgl. Die sauren Gase oder öle, die gefördert und gemäß der Erfindung erhitzt wer-

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den, enthalten wenigstens 0,005 Mol-Prozent und im allgemeinen zwischen etwa 0,05 und etwa 45 Mol-Prozent Schwefelwasserstoff, wobei der Rest im wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen zusammengesetzt sein kann. Verunreinigungen, die in derartigen sauren Produkten natürlicherweise vorliegen, sind gewöhnlich in Mengen von bis zu 10 %, manchmal jedoch bis zu 55 Mol-Prozent vorhanden und umfassen saure Produkte, z.B. CO₀, organische Säuren u.dgl. Es ist bevorzugt, daß diese Verunreinigungen vor der Verwendung des heißen sauren Produkts als Korrosionsinhibitor entfernt werden. Ein saures Gas, das nach dem Erhitzen auf oberhalb 66⁰C als Inhibitor verwendet werden kann, kann aus jeder geeigneten Quelle und durch zahlreiche Bohrgewinnungsvorrichtungen gewonnen werden. Im allgemeinen kann beim Bohren in sauren Gasfeldern zur Gewinnung des Gases und zur weiteren Verarbeitung zur Entfernung von Kohlendioxyd, Schwefel, Schwefelwasserstoff u.dgl. für die Gewinnung eines geeigneten gesüßten Gases ein Teil des sauren gewonnenen Gases auf wenigstens 66°C erhitzt und als das Mittel zur Korrosionsverhütung verwendet werden.

Das heiße saure Gas oder öl kann als solches oder als Zusatz in einem geeigneten Träger aus Kohlenwasserstoffen, wie einem Rohöl, verwendet werden und die ge-

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samte Mischung auf oberhalb 66⁰C erhitzt und als korroslonsverhütende Mischung verwendet werden. Außerdem können, falls gewünscht, übliche ölzusätze, wie Verschäumungsmittel, oberflächenaktive Mittel u.dgl. zu dem heißen sauren Gas oder öl zugesetzt werden.

Heißes saures Gas ist besonders anwendbar zum Schutz von Bohrungsausrustungen wie Rohrleitungen, Verrohrungen und Bohrgestängegpgen Korrosion und Reißen, indem diese Ausrüstungen mit dem heißen sauren Gas bei einer Temperatur zwischen 93 und 232⁰C in Berührung gebracht werden·

Der ausgeprägte Effekt der Temperatur von heißem sauren Gas zur Verminderung dessen Wirkung in Richtung einer Versprödung und eines Reißens von Metallen wie von Leitungen und Verrohrungen und Gestängeverbindungen (d.h. Bohrgestänge) aus Stahl der P-Grade ist in Tabelle I erläutert.

Tabelle I

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T a b e*l 1 e t

Wirkung der Temperatur auf das Reißen von hochfesten Stählen infolge Korrosion durch Sulphide

S_c, die kritische Beanspruchung eines gegebenen Metalls wurde bestimmt nach dem von Fräser u.a. beschriebenen Verfahren in einer Schrift "Cracking of high-strength steel in hydrogen sulphide solutions",

Material Versuchs- S^' (kg/cm χ 10" )

Temperatur

⁰C

Stahl für Bohrgestänge O 28

(niedrig legierter Stahl, 21 42

Brinellhärte 265) 66 98

93 4

P-IlO Verrohrungsstahl 21 42

(Brinellhärte 278) 66 >l40

^a) Materialien mit Werten von etwa 70 oder darüber werden als zufriedenstellend für die Verwendung unter sauren Bedingungen angesehen.

PATENTANSPRÜCHE;

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Claims

8 MÜNCHEN OO -* ■ ρ <t O O SCHWEIGEHSTnASSE 2 I D <J Ό I ZO TEHFOW 22 06 51 TSI*JCQHAMHAI1 RB PBOTKCTPATiCIfT 1A-34 PATENTANSPRÜCHE :

1. Verfahren zur Verhütung der Korrosion und Versprödung von Metallausrüstungen bei Förderstellen, wobei die Ausrüstung in Berührung mit achwefelwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aufeine Temperatur von wenigstens 66⁰C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heiße saure Flüssigkeit auf eine Temperatur zwischen 66 und 232°C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die saure Flüssigkeit ein Gas mit einem Gehalt

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von wenigstens 0,005 Mol-Prozent Schwefelwasserstoff ist, das auf eine» Temperatur zwischen 93 und 232°C während der Berührung mit dem Metall gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die saure Flüssigkeit ein Gas mit einem Gehalt von zwischen 0,05 und 45 Mol-Prozent Schwefelwasserstoff ist, das auf einer Temperatur zwischen 93 und 232°C gehalten wird, während es in Berührung mit dem Metall steht.

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