1 стр. из 1

Коррозия труб — одна из серьезных проблем эксплуатации нефтепроводов. Решению этой проблемы посвящены различные мероприятия — нефтегазовые компании затрачивают значительные средства для проведения контроля и диагностики состояния труб.

Поскольку основным фактором коррозии является контакт металлической поверхности с агрессивной средой, химически активными соединениями, вызывающими ее разрушение, то и причина коррозии ассоциируется с чисто химическим процессом. С этой точки зрения кажется логичным основное внимание уделять профилактике коррозии внешней поверхности трубы, соприкасающейся с почвой, обычно насыщенной минерализованной водой, воздухом и другими агрессивными соединениями. Ведь нефть (входящие в ее состав вещества) или газ, соприкасающиеся с внутренней поверхностью трубы, являются химически инертными по отношению к металлу. Однако во многих случаях внутренняя коррозия наносит значительно больший ущерб трубопроводам, чем внешняя. Рассмотрим подробнее причины внутренней коррозии.

В первую очередь следует отметить, что в нефтепроводах прокачивается не стопроцентная нефть, а так называемая пластовая жидкость, т.е. смесь нефти, воды, воздуха и других веществ, состав и содержание которых варьируются в зависимости от месторождения. Соответственно, пластовая жидкость уже содержит химические факторы коррозии. Но, учитывая то, что вода, даже содержащая активные соединения в виде солей, кислород и углекислый газ, находится в эмульгированном состоянии, следует признать, что влияние пластовой жидкости на внутреннее разрушение трубы является весьма незначительным. Что же тогда является причиной внутреннего разрушения трубы, изготовляемой из нержавеющей стали, величина которого может превышать сантиметр (вглубь поверхности) в год? Исследования отечественных и зарубежных ученых дали несколько неожиданный ответ на этот вопрос. Оказалось, что основной вклад в это вносит биологический фактор — своего рода «болезнь» трубы.

По данным экспертов, на 2001 г. ежегодные потери американской нефтегазовой индустрии от коррозии оборудования, и, в первую очередь, трубопроводов, составляли $13,4 млрд, из которых $2 млрд относится к потерям от биологической коррозии. Конечно, точная оценка соотношения вкладов биологического и чисто химического факторов в коррозию труб затруднительна, тем не менее, американские специалисты считают, что до 40% внутренней коррозии газовых труб — на счету микробов.

Пользуясь медицинской терминологией, возбудителями «болезни» являются микробы — главным образом бактерии и иногда грибки. Причем эти возбудители — бактерии разных видов, разного образа жизни, некоторые из которых образуют сообщество, т. е. биоценоз. Рассмотрим деятельность наиболее известных из этих вредителей.

«Пожиратели» железа

Микроорганизмы, окисляющие железо и другие металлы, известны уже давно. Собственно говоря, они используют реакцию окисления металла для получения энергии в своей деятельности. Повсеместное наличие источника питания для этих микробов — растворенных металлов, в первую очередь, железа в грунтовых водах позволило им широко распространиться. Из прочих других микроскопических вредителей — «железные» бактерии самые многочисленные и часто встречающиеся, а если условия обитания для них благоприятные,«пожиратели» железа размножаются в катастрофических масштабах. Вместе с тем надо отметить, что как раз в нефтяных и газовых трубах условия для них не самые подходящие — образно выражаясь, они «задыхаются» здесь. Наибольший вред они наносят в водопроводных трубах, где прокачивается аэрированная вода, но в любом случае этот фактор всегда необходимо учитывать. Вместе с тем, существуют гораздо более опасные создания, способные в краткие сроки приводить в полную негодность не только трубы, но и прочее металлическое нефтегазовое оборудование.

«Преступное сообщество №1»

Надо сказать, что деятельность этого сообщества имеет многоплановый вредоносный эффект. Рассматривая взаимодействие этих микроскопических вредителей, их слаженную работу и сложные взаимоотношения, возникают не только медицинские аналогии. По «истории болезни» нефтяных и газовых труб можно написать целый детектив!

Первой группой «инфекции» здесь являются бактерии, окисляющие нефть за счет использования растворенного в пластовой жидкости кислорода — углеводородокисляющие бактерии (УОБ). Эти микроорганизмы преобразуют углеводороды в углеводы, что само по себе плохо. В дальнейшем углеводы становятся источником питания для второй группы «инфекции» — бактерий, использующих в своей жизнедеятельности сульфат-ионы, также присутствующие в пластовой жидкости — сульфатвосстанавливающие бактерии (СВБ), относящиеся к роду Desulfovibrio — Desulfovibrio desulfuricans и Desulfovibrio aminophilus.

Сульфаты, сера пластовой жидкости перерабатываются в сероводород. Следует заметить, что СВБ — анаэробные микроорганизмы, то есть боятся кислорода, растворенного в пластовой жидкости. Как же они выживают? Им помогают пожиратели нефти — УОБ, образующие на внутренней поверхности трубы так называемые биопленки. В результате своей деятельности УОБ создают своего рода «домики», у которых «стены» и «крыша» — из сахаров, а «пол» — внутренняя поверхность трубы. В этих «домиках» и прячутся СВБ, создавая вокруг себя высокую концентрацию сероводорода, усиливающего разрушение металла. Но это еще не последний диагноз в «истории болезни». Химическая реакция, в которой происходит взаимодействие сероводорода с металлом, приводит к осаждению сульфида железа. И здесь начинаются опасные физико-химические процессы — возникает катодно-анодная пара, наносящая усиленный урон трубе. На аноде-металле окисляется железо, а на катоде-сульфиде — восстанавливается водород. Напряжение в этой паре может достигать 0,4 В, а скорость коррозии стремительно растет. Продукт деятельности этого вредоносного «производства» — водород постепенно проникает вглубь металла, снижая его прочностные характеристики. Поскольку этот процесс неравномерный, возникающие разности напряжения ускоряют сквозное разрушение металла.

Такова краткая история того, как преступное сообщество бактерий разрушает трубу, но и это не последнее их злодеяние. Сульфид железа не остается у «домиков», а быстро разносится по всей трубопроводной системе, приводя в негодность тонкостенное оборудование. И более того — сульфид способен самовозгораться в случае контакта с большими объемами воздуха. Такое происходит при быстром опорожнении нефтяного резервуара. Резкий нагрев может привести к взрыву газа или парам нефти, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Прочие преступники

Новейшие исследования микрофлоры газовых труб показали, что хотя основной урон трубам наносят СВБ, существует целая плеяда различных бактерий, которые в своей жизнедеятельности вырабатывают кислоту, разрушающую металл. В длинном списке микробов: Clostridium butyricum, Clostridium algidixylanolyticum, Anaerofilum pentosovorans, Bacteroides sp., Acinetobacter sp. и Propionibacterium sp. представлены «специалисты», вырабатывающие самый широкий спектр органических кислот — уксусную, пропионовую, сахарную и многие другие. Такому разнообразию могла бы позавидовать любая фармацевтическая фабрика. Образ жизни этих бактерий являет собой яркий пример паразитизма — используя в качестве пищи углеводороды, продуктами своей деятельности они разрушают трубу, доставляющую им эту пищу, разрушают свой дом. Вместе с тем, следует отметить, что вклад этих бактерий в коррозию труб является достаточно незначительным в сравнении с СВБ.

Рецепты лечения

По-видимому, отсутствие или низкое содержание серы, сульфатов в пластовой жидкости или месторождениях газа позволяет прогнозировать отсутствие опасности со стороны основных вредителей — СВБ. Но при наличии серы к проблеме биологически обусловленной коррозии нефтегазовых труб надо отнестись серьезно, необходимо проводить постоянные микробиологические наблюдения в зоне добычи углеводородов.

Следует отметить, что борьба с микроорганизмами — дело хлопотное и затратное, но гораздо дороже будет стоить частая смена труб или, что еще хуже — ликвидация последствий аварий.

В лечении труб, как в лечении любых болезней, наилучшим методом является профилактика. Прежде всего необходимо обеспечивать санитарные мероприятия — обеззараживание инструментов и воды, закачиваемой в скважины, поскольку вредители обычно попадают в месторождение из прилегающих водоемов. Существует несколько способов — химические и физические воздействия. Самый простой из них — нагревание. В США популярным является хлорирование.

Кроме этого используется обработка бактерицидами, озоном, УФ- и гамма-лучами. Одним из методов также является изоляция внутренней металлической поверхности труб и резервуаров. Здесь могут быть использованы различные материалы, например, глиноцемент, в который, к тому же, можно добавлять бактерициды.

Развитие исследований в данной области позволит дать новые эффективные средства для защиты нефтяных и газовых труб.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!