corrosionprotectionПрактика противокоррозионной защитыTheory and Practice of Corrosion Protection1998-57382658-6797Association "CARTEC"10.31615/j.corros.prot.2021.100.2-1corrosionprotection-35Research ArticleОБОРУДОВАНИЕ НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ И НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКИ – КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТАКоррозия внутрискважинного оборудования в сероводородсодержащих средахCorrosion of downhole equipment in hydrogen sulfur-containing environmentsТкачеваВ. Э.TkachevaV. E.

Ткачева Валерия Эдуардовна, к.т.н., главный специалист отдела борьбы с осложнениями

г. Уфа, Сочинская, д. 12

Valeriya E. Tkacheva, Ph.D. in Technical Sciences, Readership, complication department

bld. 12, Sochinskaya str., Ufa

Tkachevave@bnipi.rosneft.ruМаркинА. Н.MarkinA. N.

Маркин Андрей Николаевич, к.т.н., доцент

ХМАО-Югра, г. Нижневартовск, Западный промышленный узел, Панель 20, ул. Ленина, 2/П, стр. 9

Andrey N. Markin, Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor at the Dept. of Oilfield Ingineering

2/П, bld. 9, Panel 20, Lenin str., Khanty-Mansi Autonomous territory − Yugra, Nizhnevartovsk

КшнякинД. В.KshnyakinD. V.

Кшнякин Дмитрий Владимирович, менеджер отдела по работе с механизированным фондом

Оренбургская область, г. Бузулук, ул. Магистральная, д. 2

Dmitrij V. Kshnyakin, Department Manager for work with Mechanized well stock

2, st. Magistralnaya, Buzuluk, Orenburg region

МальцевД. И.Mal’cevD. I.

Мальцев Дмитрий Игоревич, начальник отдела по работе с механизированным фондом

Оренбургская область, г. Бузулук, ул. Магистральная, д. 2

Dmitrij I. Mal’cev, Head of Department in Work with Mechanized well stock

2, st. Magistralnaya, Buzuluk, Orenburg region

НосовВ. В.NosovV. V.

Носов Василий Викторович, начальник Управления химизации производственных процессов

г. Уфа, Сочинская, д. 12

Vasilij V. Nosov, Department Head of Chemization of Industrial Processes

bld. 12, Sochinskaya str., Ufa

ООО «РН-БашНИПИнефть»РоссияLLC «RN-BashNIPIneft»Russian FederationФилиал «Тюменский индустриальный университет»РоссияIndustrial University of Tyumen, a branch in NizhnevartovskRussian FederationАО «Оренбургнефть»РоссияJSC «Orenburgneft»Russian Federation202126042023262726Copyright © Ткачева В.Э., Маркин А.Н., Кшнякин Д.В., Мальцев Д.И., Носов В.В., 20232023Ткачева В.Э., Маркин А.Н., Кшнякин Д.В., Мальцев Д.И., Носов В.В.Tkacheva V.E., Markin A.N., Kshnyakin D.V., Mal’cev D.I., Nosov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.corrosion-protection.ru/jour/article/view/35

Осложнения, связанные с коррозивностью среды, по данным АО «Оренбургнефть» ПАО «НК «Роснефть» на период 01.01.2021, входят в число превалирующих на объектах нефтегазодобычи и разделяют 1-е место с фактором солеотложения – 26 % осложнённого механизированного фонда скважин. Отказы внутрискважинного оборудования по причине коррозии составляют 20% от общего количества фиксированных отказов за 2020 год. По типу воздействия коррозивной среды на месторождениях, эксплуатируемых в периметре НК «Роснефть» АО «Оренбургнефть», преобладающими являются сероводородная и смешанная коррозии вызываемые одновременно действием CO2 и H2S. В статье представлены расчетные данные по физико-химической характеристике водных растворов H2S. Показаны существующие подходы к описанию механизмов сероводородной коррозии нефтепромыслового оборудования с примерами коррозионных разрушений насосно-компрессорных труб. Представлена динамическая матрица различных технологий противокоррозионной защиты и их применимости в сероводородсодержащих средах, используемая на месторождениях, эксплуатируемых ПАО НК «Роснефть» и наполняемая по результатам лабораторных и опытно-промысловых испытаний. Описаны критерии отнесения скважин к осложненному фонду на основе классификации факторов, осложняющих эксплуатацию и последующем определении категории скважины, используемой в локальных нормативных документах ПАО «НК «Роснефть»

Complications associated with the corrosive environment, according to JSC Orenburgneft, NK Rosneft for the period 01.01.2021, are among the prevailing ones at oil and gas production facilities and share the 1st place with the scaling factor - 26% of the complicated mechanized well stock. Downhole equipment failures due to corrosion account for 20% of the total number of fixed failures in 2020. By the type of exposure to a corrosive environment at the fields operated within the perimeter of Rosneft, JSC Orenburgneft, hydrogen sulfide and mixed corrosion (caused by simultaneous action of CO2 and H2S) are predominant. The article presents the calculated data on the physicochemical characteristics of aqueous solutions of H2S. The existing approaches for description of the mechanisms of hydrogen sulfide corrosion of oilfield equipment with examples of corrosive destruction at producing string are described A dynamic matrix of the various protection technologies and their applicability in hydrogen sulfide-containing environments is presented, which is used in the fields operated by PJSC NK Rosneft and filled according to the results of laboratory and pilot field tests. The criterions of attribution of equipment to abnormal fund on basis of classification of factors complicated exploitation and following determination of equipment category being used in loc alized norms of NK Rosneft are described

сероводородная коррозиялокальная коррозиясульфидное коррозионное растрескивание под напряжениемвнутрискважинное оборудованиезащита от коррозииосложненный фонд скважинH2S corrosionhydrogen sulfide corrosionlocal corrosionsulphide stress corrosion cracking (SSCC)downhole equipmentcorrosion protectioncomplicated w ell stockReferencesСоловьев Н.Н., Салина Л.С., Скоробогатов В.А. Основные закономерности размещения и формирования залежей сероводородсодержащего газа // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». – 2016. – № 1 (25). – С. 125-133.Solov’ev, N. N., Salina, L. S., & Skorobogatov, V. A. (2016). The main regularities of the location and formation of deposits of hydrogen sulfide-containing gas. Lead Gas Science, (1(25)), 125-133.Lange’s handbook of chemistry. Fifteenth Edition / Edited by J.A. Dean, McGraw-Hill, Inc. – New York, 1999.Dean, J. A. (Ed.). (1999). Lange’s handbook of chemistry (Fifteenth ed.). New York: McGraw-Hill.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Издание четвертое, переработанное и дополненное. – Москва: Химия, 1971. – 456 с.Lurie, Y. Y. (1971). Analytical Chemistry Handbook. Moscow: Chemistry.Vaughan D.J., Craig J.R. Mineral chemistry of metal sulfides, first ed. – New York : Vail-Ballou, 1978. – P. 17-117.Vaughan, D. J., & Craig, J. R. (1978). Mineral chemistry of metal sulfides (First ed.). Cambridge: Cambridge University Press.Smith S.N., Joosten M.W. Corrosion of Carbon Steel by H2S in CO2 Containing Oilfield Environments // Corrosion 2006. Paper No. 06115. NACE International: Houston, TX, USA, 2006.Smith, S. N., & Joosten, M. W. (2006). Corrosion of Carbon Steel by H2S in CO2 Containing Oilfield Environments. Corrosion 2006. NACE International, 06115.Saba N.E. Galvanic Localized Corrosion of Mild Steel under Iron Sulfide Corrosion Product Layers. A dissertation presented to the faculty of the Russ College of Engineering and Technology of Ohio University. 2018.Esmaeely, S. N. (2018). Galvanic localized corrosion of mild steel under iron sulfide corrosion product layers (Unpublished doctoral dissertation). Ohio University, May.Chemical characterization of corrosion films electrochemically grown on carbon steel in alkaline sour environment / E. Sosa, R. Cabrera-Sierra, M.T. Oropeza, F. Hernandez, N. Casillas, R. Tremont, C. Cabrera, I. Gonzalez // J. Electrochem. Soc. 2003. 150. B530-B535.Sosa, E., Cabrera-Sierra, R., Oropeza, M. T., Hernandez, F., Casillas, N., Tremont, R., Gonzalez, I. (2003). Chemical characterization of corrosion films electrochemically grown on carbon steel in alkaline sour environment. Journal of the Electrochemical Society, (150), B530-B535.FeS Corrosion Products Formation and Hydrogen Uptake in a Sour Environment for Quenched and Tempered Steel / E. Wallaert, T. Depover, I. De Graeve, K. Verbeken // Metals. 2018. 8. 62; doi:10.3390/met8010062.Wallaert, E., Depover, T., Graeve, I. D., & Verbeken, K. (2018). FeS Corrosion Products Formation and Hydrogen Uptake in a Sour Environment for Quenched and Tempered Steel. Metals, (8), 62. doi:10.3390/met8010062.ГОСТ 26449.3–85. Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа соленых вод и дистиллята на содержание газов. Введ. 1985.11.15. – М., 1986. – 12 c.Stationary distillation desalination plants. Methods for chemical analysis of salt water and distillate for gas content (1985). GOST 26449.3–85.ASTM D 4658–09. Standard Test Method for Sulfide Ion in Water. Published date: 05-15-2009. American Society for Testing and Materials, 2009. – 5 p.Standard Test Method for Sulfide Ion in Water. Published date: 05-15-2009. American Society for Testing and Materials (2009). ASTM D 4658–09.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th Edition / Edited by L.S. Clescerl, A.E. Greenberg, A.D. Eaton. 1999. – 1325 p.Eaton, A. D. (1999). Standard methods for the examination of water and wastewater (20th ed.) (1303086721 958859318 L. S. Clescerl & 1303086722 958859318 A. E. Greenberg, Eds.).Гоник А.А. Сероводородная коррозия и меры ее предупреждения. Москва: Недра, 1966. – 176 с.Gonik, A. A. (1966). Hydrogen sulfide corrosion and measures to prevent it. Moscow: Nedra.Синютина С.Е., Вигдорович В.И. Современное состояние и проблемы сероводородной коррозии металлов в растворах электролитов // Вестник ТГУ. – Т. 7, Вып. 3. – 2002. – С. 319-328.Sinyutina, S. E., & Vigdorovich, V. I. (2002). Current state and problems of hydrogen sulfide corrosion of metals in electrolyte solutions. Vestnik TSU, 7(3), 319-328.Саакиян Л.С., Ефремов А.П. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии. Москва: Недра, 1982.Saakiyan, L. S., & Efremov, A. P. (1982). Corrosion protection of oil and gas field equipment. Moscow: Nedra.Новаковский В.М. К стандартной научной системе коррозионно-электрохимических понятий и терминов // Защита металлов. –1980. – Т. 16, № 3. – С. 250-264.Novakovsky, V. M. (1980). To the standard scientific system of corrosionelectrochemical concepts and terms. Zashchita metallov, 6(3), 250-264.Markides A., Hakerman N. // Ind. Eng. Chem. – 1955. – V. 47, № 9. – P. 1773-1781.Markides, A., & Hakerman, N. (1955). Industrial & Engineering Chemistry Research, 47(9), 1773-1781.Иофа З.А. О действии сероводорода на коррозию железа и на адсорбцию ингибиторов в кислых растворах // Защита металлов. – 1970. – Т. 6, № 5. – С. 491.Iofa, Z. A. (1970). On the effect of hydrogen sulfide on the corrosion of iron and on the adsorption of inhibitors in acidic solutions. Zashchita metallov, 6(5), 491.Tewari Р.Н., Campbell А.В. Dissolution of iron during the initial corrosion of carbon steel in aqueous H2S solutions // Canadian Journal of Chemistry –. 1979. – V. 57. –P. 188-196.Tewari, P. H., & Campbell, A. B. (1979). Canadian Journal of Chemistry. Dissolution of Iron during the Initial Corrosion of Carbon Steel in Aqueous H2S Solutions, 57, 188-196.Баринов, О.Г. Механизм локализации коррозии на железе в растворах, содержащих сероводород: дис...канд. хим. наук. – М., 2002. – 129 с.Barinov, O. G. (2002). The mechanism of localization of corrosion on iron in solutions containing hydrogen sulfide (Doctoral dissertation, Scientific Research Physicochemical Institute, 2002) (p. 129). Moscow.Houyi M., Xiaoliang C., Shenhao C. // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 1998. – № 451. – P. 11-17.Houyi, M., Xiaoliang, C., & Shenhao, C. (1998). Journal of Electroanalytical Chemistry, (451), 11-17.Колотыркин Я.М., Флорианович Г.М. Аномальные явления при растворении металлов // Итоги науки. Электрохимия. – 1971. – Т. 7. – С. 5-64.Kolotyrkin, Y. M., & Florianovich, G. M. (1971). Abnormal phenomena during the dissolution of metals. Results of Science. Electrochemistry, 7, 5-64.Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии: учебное пособие для рабочих / Э.М. Гутман, К.Р. Низамов, М.Д. Гетманский, Э.А. Низамов. – Москва: Недра, 1983. – 152 с.Gutman, E. M., Nizamov, K. R., Getmansky, M. D., & Nizamov, E. A. (1983). Protection of oilfield equipment from corrosion: A textbook for workers. Moscow: Nedra.Защита нефтепромыслового оборудования от коррозии: справочник рабочего / Саакиян Л.С. [и др.]. – Москва: Недра, 1985. – 206 с.Saakiyan, L. S. (1985). Protection of oilfield equipment from corrosion: A worker’s handbook. Moscow: Nedra.Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии: справ. изд. / А.М. Сухотин, Е.И. Чекулаева, В.М. Княжева, В.А. Зайцев / Под ред. Б .В. Строкана, А.М. Сухотина. – Ленинград: Химия, 1987. – 280 с.Sukhotin, A. M., Chekulaeva, E. I., Knyazheva, V. M., & Zaitsev, V. A. (1987). Corrosion resistance of chemical production equipment: Methods for protecting equipment from corrosion: Reference publication. Leningrad: Chemistry.Шашкова Л.В. Фрактально-синергетические аспекты микроповреждаемости, разрушения и оптимизации структуры стали в условиях водородной хрупкости и сероводородного растрескивания. – Оренбург: Оренбургский гос. ун-т, 2013. – 305 с.Shashkova, L. V. (2013). Fractalsynergistic aspects of microdamage, fracture and optimization of the steel structure under conditions of hydrogen brittleness and hydrogen sulfide cracking. Orenburg: Orenburg State University.ГОСТ Р 53679–2009. Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа. Часть 1. Общие принципы выбора материалов, стойких к растрескиванию. Введ. 2011.01.01. – М., 2011. – 11 c.Petroleum and natural gas industries. Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production. Part 1. General principles for selection of cracking-resistant materials (2011). GOST R 53679-2009.Иофа З.А. О механизме действия сероводорода и ингибиторов на коррозию железа в кислых растворах // Защита металлов. – 1980. – Т. 16, № 3. – С. 295-300.Iofa, Z. A. (1980). On the mechanism of action of hydrogen sulfide and inhibitors on the corrosion of iron in acidic solutions. Zashchita metallov, 16(3), 295-300.ANSI/API Recommended Practice 571, 3rd Edition. Published date: March 2020. American Petroleum Institute (API), 2020. – 376 p.Waard, C., & Milliams, D. E. (1975). Carbonic Acid Corrosion of Steel. Corrosion, 31(5), 177-188.C.de Waard, Milliams D.E. Carbonic Acid Corrosion of Steel // Corrosion. –1975. – V. 31, № 5. – P. 177-181.Waard, C., & Milliams, D. E. (1975). Carbonic Acid Corrosion of Steel. Corrosion, 31(5), 177-181.C.de Waard, Milliams D.E. In: First International Conference on the Internal and External Protection of Pipes. UK: University of Durham, 1975. Paper F1.Waard, C., & Milliams, D. E. (1975). First International Conference on the Internal and External Protection of Pipes. In (Paper F1 ed.). UK: University of Durham.C.de Waard, Lotz U., Milliams D.E. Predictive Model for CO2 Corrosion Engineering in Wet Natural Gas Pipelines // Corrosion. -– 1991. – V. 47, № 12. – P. 976-985.Waard, C., Lotz, U., & Milliams, D. E. (1991). Predictive Model for CO2 Corrosion Engineering in Wet Natural Gas Pipelines. Corrosion, 47(12), 976-985.C.de Waard, Lotz U. Prediction of CO2 Corrosion of Carbon Steel // Corrosion’93. 1993. Paper 69.Waard, C., & Lotz, U. (1993). Prediction of CO2 Corrosion of Carbon Steel. In Corrosion’93. (Paper 69).Руководство по применению антикоррозионных мероприятий при составлении проектов обустройства и реконструкции нефтяных месторождений: РД 39-0147103-362-86. Введ. с 01.03.1987. Уфа, 1987. – 100 с.Guidelines for the application of anticorrosion measures in the preparation of projects for the development and reconstruction of oil fields (1986). RD 39-0147103-362-86.Защита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии / Э.М. Гутман, М.Д. Гетманский, О.В. Клапчук, Л.Е. Кригман. Москва: Недра, 1988. – 200 с.Gutman, E. M., Getmansky, M. D., Klapchuk, O. V., & Krigman, L. E. (1988). Protection oil fields gas pipelines from hydrogen sulfide corrosion. Moscow: Nedra.Особенности механизма коррозионного растрескивания под напряжением металла труб в средах, содержащих сероводород и диоксид углерода / К.Б. Конищев, А.М. Семенов, А.С. Чабан, Н.А. Лобанова, Р.В. Кашковский // Вести газовой науки. – 2019. – № 3 (40). – С. 60-66.Konischev, K. B., Semenov, A. M., Chaban, A. S., Lobanova, N. A., & Kashkovsky, R. V. (2019). Features of stress corrosion cracking mechanism of pipe metal in environments containing hydrogen sulfide and carbon dioxide. Vesti Gazovoy Nauki, (3(40)), 60-66.Зырянов А.О., Иоффе А.В., Тетюева Т.В., Выбойщик М.А. Особенности коррозии НКТ из стали 15Х5МФБЧ в средах, содержащих CO2 и H2S. В сб.: Прочность неоднородных структур – ПРОСТ 2018.: М.: ООО «Студио-Принт», 2018. – С. 198.Zyryanov, A. O., Ioffe, A. V., Tetyueva, T. V., & Vyboyshchik, M. A. (2018). Strength of heterogeneous structures. Peculiarities of corrosion of tubing made of 15Х5МФБЧ steel in environments containing CO2 and H2S. (p. 198). Moscow: Studio-Print LLC.Гоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. Москва: Недра. 1976. – 192 с.Gonik, A. A. (1976). Corrosion of oilfield equipment and measures to prevent it. Moscow: Nedra.Jones L.W. Corrosion and Water Technology for Petroleum Producers. Tulsa: Oil & Gas Consultants International, Inc. 1998. – 202 p.Jones, L. W. (1998). Corrosion and Water Technology for Petroleum Producers. Tulsa: Oil & Gas Consultants International.Завьялов В.В. Проблемы эксплуатационной надежности трубопроводов на поздней стадии разработки месторождений. – Москва: ВНИИОЭНГ, 2005. – 332 с.Zavyalov, V. V. (2005). He operational reliability problems of pipelines at a late stage of field development. Moscow: VNIIOENG.Воды нефтяных и газовых месторождений СССР: справочник / под ред. Л. М. Зорькина. Москва: Недра, 1989. – 382 с.Zorkina, L. M. (Ed.). (1989). Waters of oil and gas fields in USSR: Reference book. Moscow: Nedra.Долматова Л.А. Особенности химического состава воды рек бессточной области Обь-Иртышского междуречья // Мир науки, культуры, образования. – 2011. – № 6 (31). – С. 238-241.Dolmatova, L. A. (2011). Features of chemical composition the water rivers of closeddrainage region the Ob-Irtysh interfluve. Mir Nauki, Kul’tury, Obrazovaniya, (6(31)), 238-241.Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству: ОСТ 39–225– 88. Введ. с 01.07.1990. – М., 1990.Water for flooding oil reservoirs. Quality requirements (1988). OST 39-225-88.Burger E.D., Jenneman G.E., Bache O., Jensen T.B. Soerensen S. A Mechanistic Model To Evaluate Reservoir Souring in the Ekofisk Field: SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, The Woodlands, Texas, February 2005. https://doi.org/10.2118/93297-MS.Burger, E. D., Jenneman, G. E., Bache, O., Jensen, T. B., & Soerensen, S. (2005). A Mechanistic Model To Evaluate Reservoir Souring in the Ekofisk Field. In SPE International Symposium on Oilfield Chemistry. Texas: The Woodlands. doi:https://doi.org/10.2118/93297-MS.Burger E.D., Jenneman G.E. Forecasting the Effects of Reservoir Souring From Waterflooding a Formation Containing Siderite: SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, The Woodlands. Texas, April 2009. SPE-121432-MS. https://doi.org/10.2118/121432-MS.Burger, E. D., & Jenneman, J. E. (2009). Forecasting the Effects of Reservoir Souring From Waterflooding a Formation Containing Siderite. In SPE International Symposium on Oilfield Chemistry (SPE-121432-MS). Texas: The Woodlands. doi:https://doi.org/10.2118/121432-MSПат. США № 2017/0116359 A1. Reservoir souring forecasting / Патент США № / Jenneman G.E., Burger E.D., B. Kolade.Pat. USA № 2017/0116359 A1.Маркин А.Н., Суховерхов С.В., Бриков А.В. Нефтепромысловая химия: Аналитические методы. – Южно-Сахалинск: Сахалинская областная типография, 2016. – 212 с.Markin, A.N., Sukhoverkhov, S.V., Brikov, A.V. (2016) Oilfield Chemistry: Analytical methods: Yuzhno-Sakhalinsk: Sakhalin Regional Printing House.Вигдорович В.И., Макаров А.П. Контроль коррозионной агрессивности сероводородсодержащих сред и оценка эффективности способов защиты при непрерывной эксплуатации установок нефтегазовых производств // Практика противокоррозионной защиты. – 2015. – № 1(75). – С. 60-71.Vigdorovich, V. I., & Makarov, A. P. (2015). Control of corrosiveness the hydrogen sulfide-containing media and assessment the effectiveness of protection methods during continuous operation of oil and gas production facilities. Theory and Practice of Corrosion Protection, (1(75)), 60-71.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.