DE3511404A1 - Verfahren zur korrosionsinhibierung in kohlendioxidhaltigen loesungen - Google Patents

Verfahren zur korrosionsinhibierung in kohlendioxidhaltigen loesungen

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DE3511404A1
DE3511404A1 DE19853511404 DE3511404A DE3511404A1 DE 3511404 A1 DE3511404 A1 DE 3511404A1 DE 19853511404 DE19853511404 DE 19853511404 DE 3511404 A DE3511404 A DE 3511404A DE 3511404 A1 DE3511404 A1 DE 3511404A1
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DE19853511404
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Wolfgang Dipl.-Ing. 3101 Nienhagen Bruckhoff
Dietmar Dipl.-Chem. 5100 Aachen Engels
G. Prof. Dr. 5100 Aachen Schmitt
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Schmitt Guenter-Artur Prof Dr 4600 Dortmund
Original Assignee
Schmitt Guenter Prof Dr 5100 Aachen
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/54Compositions for in situ inhibition of corrosion in boreholes or wells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
    • C23F11/18Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using inorganic inhibitors

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Description

  • Verfahren zur Korrosionsinhibierung in kohlendioxidhaltigen Lösungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutze von Metalloberflächen, vorzugsweise Stahloberflächen, insbesondere in Anlagen zur Förderung von schwefelwasserstofffreien kohlendioxidhaltigen Erdgasen, verwässerten Erdölen, sowie in schwefelwasserstoffarmen Systemen, in denen die Kohlendioxidkorrosion der bestimmende Faktor ist, gegen Korrosion, insbesondere örtlichen Materialangriff wie Lochkorrosion und/oder Erosionskorrosion. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Korrosionserscheinungen dadurch inhibiert werden, daß den jeweiligen Korrosionsmedien Bleiverbindungen in Wirkkonzentrationen von 10 4 bis -1 mol/l zugesetzt werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur der Eintritt der örtlichen Werkstoffabzehrungen auch unter turbulenten Strömungsbedingungen nachhaltig behindert werden, sondern es können auch Lokalkorrosionsstellen (Löcher, Erosionskorrosicnsnarben), die sich im Zustand der aktiven Metallauflösung befinden, passiviert und damit in ihrer weiteren Ausbreitung gestoppt werden.
  • Bei der Förderung schwefelwasserstofffreier kohlendioxidhaltiger Erdgase, allgemein als Süßgase bezeichnet, tritt in Steigrohren von Fördersonden häufig lokale Korrosion in Form von Lochkorrosion und Erosionskorrosion auf. Ähnliche Phänomene treten auch bei der Förderung schwefelwasserstofffreier verwässerter Erdöle oder in kohlendioxidhaltigen Systemen auf, in denen die Kohlendioxidkorrosion der bestimmende Faktor ist. Zur Vermeidung dieses Korrosionsangriffes, der zu einer frühzeitigen Aufwältigung von Sonden führen kann, kann man organische Stoffe als Inhibitoren zusetzen.
  • (''C°2 Corrosion in Oil and Gas Production - Selected Papers, Abstracts and References", compiled by NACE T-1-3 (L.E.Newton, R.H.Hausler), NACE, Houston/Texas, 1984) In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß diese Maßnahme nur dann Erfolg hat, wenn der organische Inhibitor kontinuierlich zugesetzt wird. Die Inhibition mit organischen Stoffen kann aber auch versagen und dennoch zu Lokalkorrosion führen, wenn die bei der Förderung durch das Steigrohr strömende Flüssigkeit mit zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten an der Wand vorbeiströmt. Hohe Strömungsgeschwindigkeiten lassen sich jedoch aus fördertechnischen Gründen nicht ohne weiteres vermeiden. Eine kontinuierliche Dosierung von organischen Inhibitoren ist aus wirtschaftlichen Gründen häufig nicht tragbar. Daher wird üblicherweise der Inhibitor portionsweise in größeren Zeitabständen in die Sonde injiziert. In der Praxis wird jedoch immer wieder beobachtet, daß durch diese Verfahrensweise Lochkorrosion und Erosionskorrosion nicht sicher vermieden wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, durch das Lokalkorrosion wie Lochkorrosion und/oder Erosionskorrosion von Metallen insbesondere Stahlrohren in Systemen, in denen die Kohlendioxidkorrosion der bestimmende Faktor ist, vermieden und gegebenenfalls schon vorliegende, im aktiven Auflösungszustand befindliche Lokalkorrosion gestoppt werden kann.
  • Es wurde nun gefunden, daß bei Stahl in Lösungen, denen man Bleiionen zugesetzt hat, unter Bedingungen, die ansonsten zu starker Lokalkorrosion führen, ein örtlicher Angriff völlig ausbleibt oder zumindest stark herabgesetzt wird. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Inhibitionsverfahrens wird in den Beispielen 1 und 2 erläutert.
  • Beispiel 1 In einem Rührautoklaven aus dem Werkstoff Hastelloy C4 wurden Stahlproben (Abmessungen: 41x10x2 mm) in einer Halterung derart rotiert, daß die Anströmgeschwindigkeit der Proben 6.2 m/s betrug. Die Proben wurden in künstlichem Produktionswasser, welches der mittleren Zusammensetzung des in Norddeutschland bei der Erdgasproduktion geförderten Produktionswassers entsprach (Zusammensetzung: 80.3 g/l Natriumchlorid, 66.5 g/l Calciumchlorid, 5.5 g/l Magnesiumchlorid, 5.5 g/l Kaliumchlorid, 2.2 g/l Strontiumchlorid, 1.2 g/l Lithiumchlorid, 1.3 g/l Natriummetaboratdihydrat), unter einem Druck von 6 bar Kohlendioxid und bei einer Temperatur von 100°C rotiert.
  • Nach einer Versuchszeit von 7 Tagen zeigten die Proben starken Materialangriff in Form von Lochkorrosion und Erosionskorrosion, vorzugsweise an den Probenkanten.
  • Dies ist aufgrund der gewählten Versuchsanordnung der Ort besonders hoher Turbulenz.
  • Die Massenverluste der Stähle 38Mn5, 41MnV5 und 25CrMo4 lagen zwischen 12.4 und 114.2 g m 2 d 1 entsprechend einer mittleren Abtragsrate von 0.6 bis 5.3 mm/a. örtliche Eindringtiefen an Lokalkorrosionsstellen betrugen jedoch bis zu 1.3 mm.
  • Beispiel 2 In einer dem Beispiel 1 gemäßen Verfahrensweise wurde der Versuch wiederholt, jedoch wurde der Testlösung zusätzlich noch 2.8 g/l Bleichlorid zugegeben.
  • Nach 7 Tagen Versuchs zeit zeigten die Proben keinerlei Erosionsangriff an den Kanten. Auch wurden keine Anzeichen von Lochkorrosion beobachtet.
  • Die Massenverluste der Stähle lagen zwischen 10.3 und 20.1 g m 2 d 1 entsprechend einer mittleren Abtragsgeschwindigkeit von 0.5 bis 0.9 mm/a.
  • Bei der Inhibition der Kohlendioxidkorrosion in salzarmen kohlendioxidhaltigen Kondensaten erwies sich eine Kombination von Bleiverbindungen mit Calciumionen als zweckmäßig. Dies wird in den Beispielen 3 und 4 erläutert.
  • Beispiel 3 In einer dem Beispiel 1 gemäßen Verfahrensweise wurden die Versuchsproben verdünntem Produktionswasser ausgesetzt (Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 jedoch mit destilliertem Wasser 1:100 verdünnt).
  • Nach einer Versuchszeit von 7 Tagen zeigten die Proben starken Materialangriff in Form von Lochkorrosion und Erosionskorrosion.
  • Die Massenverluste der Stähle lagen zwischen 18.3 und 108.3 g -2 d-1 und 108.3 g m-2 d-1 entsprechend einer mittleren Abtragsrate von 0.9 bis 5.0 mm/a. örtliche Eindringtiefen an Lokalkorrosionsstellen betrugen bis zu 1 mm.
  • Beispiel 4 Der Versuch gemäß Beispiel 3 wurde wiederholt, jedoch wurden der Testlösung noch zusätzlich 1.4 g/l Bleichlorid und 1 g/l Calciumcarbonat zugesetzt.
  • Nach einer Versuchs zeit von 7 Tagen zeigten die Proben keinerlei örtliche Angriffe. Der Massenverlust der Proben lag zwischen 4.0 und 6.5 g m d 1 entsprechend einer mittleren Abtragsrate von 0.2 bis 0.3 mm/a.
  • Aufgrund durchgeführter Untersuchungen entfalten Bleizusätze ihre Wirksamkeit in Wirkkonzentrationen von 10 bis 10 1 mol/l Bleiverbindung.
  • Uberraschenderweise wurde weiterhin gefunden, daß durch Zusatz von Bleiverbindungen aktive Lokalkorrosion gestoppt werden kann. Dies kann durch Versuche gemäß Beispiel 5 und 6 nachgewiesen werden.
  • Beispiel 5 Vorkorrodierte Coupons, die in einem vorangehenden Versuch starke Lokalkorrosion in Form von Lochkorrosion und Erosionskorrosion erlitten hatten, wurden in einen neuen Versuch eingesetzt, in dem das Korrosionsmedium durch Bleizusatz inhibiert war (10-2 mol/l Bleichlorid). Die vorkorrodierten Proben wurden vor dem Versuch photographiert.
  • Nach einer Versuchszeit von 7 Tagen bei 6 bar Kohlendioxid, einer Temperatur von 100 OC sowie einer Probenanströmgeschwindigkeit von 6.2 m/s zeigte sich, daß sich die Korrosionsnarben nach Form und Tiefe nicht sichtbar verändert hatten. Die Coupons waren mit einer dünnen Schicht von Korrosionsprodukt bedeckt, in der durch röntgenographische Messungen metallisches Blei nachgewiesen werden konnte.
  • Nach den vorliegenden Untersuchungen besteht die Wirkungsweise der Bleizusätze darin, daß Blei in Form von Verbindungen und metallisch in die Korrosionsproduktdeckschicht eingebaut wird. Dieser Vorgang erfolgt offenbar bei Temperaturen um 100 °C mit hoher Geschwindigkeit. Dies kann man durch einen Versuch gemäß Beispiel 6 nachweisen.
  • Beispiel 6 In einem dem Beispiel 1 gemäßen Versuch wurden Coupons in verdünntem Produktionswasser (Zusammensetzung gemäß Beispiel 3) bei 6 bar Kohlendioxid und einer Temperatur von 100 OC mit einer Probenanströmgeschwindigkeit von 6.2 m/s rotiert. Nach 7 Tagen Versuchszeit wurden dem Korrosionsmedium 2 g/l Bleichlorid auf einmal bei den Versuchsbedingungen zudosiert. Nach weiteren 2 Stunden Versuchszeit wurde der Autoklav schnell auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach Entnahme der Proben wurden diese photographiert und zur Hälfte durch neue Coupons ersetzt. Nach Austausch des Korrosionsmediums durch bleifreies, verdünntes künstliches Produktionswasser wurde ein neuer 7-tägiger Versuch durchgeführt.
  • Durch energiedispersive Roentgenanalysen konnte nachgewiesen werden, daß die Abscheidung elementaren Bleis vornehmlich an den Stellen höherer Auflösungsgeschwindigkeit, nämlich den Lokalkorrosionsstellen, die im Korrosionssystem als Lokalanoden wirken, erfolgt war.
  • Während die frischen Proben im zweiten Teil des Versuches starke Lokalkorrosion in Form von Erosionskorrosion und Lochkorrosion aufwiesen, waren die aktiven Stellen der vorkorrodierten Proben aus dem ersten Versuchsteil nicht bzw. nur unwesentlich we iterkorrodiert.
  • Aus den Beispielen 5 und 6 ergibt sich, daß durch den Zusatz von Bleiverbindungen zum Korrosionsmedium nicht nur der Eintritt von örtlichem Materialangriff behindert werden kann, sondern daß auch aktive Lokalkorrosion gestoppt werden kann.
  • Ein derartiges Verhalten konnte bisher noch von keinem anderen, für ähnliche Zwecke eingesetzten Inhibitor nachgewiesen werden. Dadurch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zu einer sog. Batchinhibierung, d.h. einer diskontinuierlichen Inhibierung, bei der der Inhibitor in zeitlichen Abständen schubweise zudosiert wird. Durch die Möglichkeit der Batchinhibierung besitzt die erfindungsgemäße Inhibitionsmethode gegenüber der kontinuierlichen Inhibltorzufuhr den Vorteil eines niedrigen Chemikalienverbrauchs und damit geringer Kosten.

Claims (11)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Inhibition der Lokalkorrosion bei Stahl durch kohlendioxidhaltige wässrige Lösungen, z.B. in Anlagen zur Förderung von schwefelwasserstofffreien kohlendioxidhaltigen Erdgasen und verwässerten Erdölen sowie in schwefelwasserstoffarmen, kohlendioxidhaltigen Systemen, in denen die Kohlendioxidkorrosion der bestimmende Faktor ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung bleihaltige Verbindungen zugesetzt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung anorganische und/oder organische Bestandteile enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1-2 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung salzartiger Natur ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung in wässriger Lösung zugegeben wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung in organischen Lösungsmitteln oder in Verbindung mit organischen Lösungsmitteln zugesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung in fester Form oder als Suspension zugesetzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung in Wirkkonzentrationen von 10 4 bis 10 1 mol/l verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Bleiverbindungen kontinuierlich erfolgt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Bleiverbindungen portionsweise erfolgt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung in Kombination mit organischen und/oder anorganischen Inhibitoren zugesetzt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindung in Kombination mit calciumhaltigen Verbindungen z.B. Calciumchlorid und/oder Calciumcarbonat zugesetzt wird
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2536535A1 (de) * 1975-08-16 1977-02-24 Basf Ag Verfahren zur verminderung von korrosionen an den reaktoren fuer die synthese von chromdioxid
GB1555884A (en) * 1976-07-13 1979-11-14 Elf Aquitaine Methods for the inhibitions of corrosion of ferrous metalsin an aqueous medium
AT372115B (de) * 1978-05-31 1983-09-12 Raychem Ltd Verfahren zum schuetzen eines metallsubstrates gegen korrosion und waermerueckstellbarer gegenstand zur durchfuehrung des verfahrens

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