Ингибирование углекислотной коррозии стали в имитатах пластовых вод газовых месторождений

Исследована защита углеродистой стали от углекислотной коррозии ингибитором, представляющим собой алкиламины в органическом растворителе, в имитатах пластовых вод МВ3 и МВ4 методами гравиметрии, потенциодинамической поляризации и импедансной спектроскопии. Более насыщенная солями среда МВ4+СО₂ характеризуется более низкими скоростями коррозии, чем среда МВ3 +СО₂. При скорости коррозии в отсутствие ингибитора 0,1688 г/(м²∙ч) в среде МВ4, наличие 300 мг/л ингибитора приводит к ее снижению до 0,0485 г/(м²∙ч) (Z=71%), по данным гравиметрических суточных испытаний при комнатной температуре. В среде МВ3 в аналогичных условиях снижение скорости коррозии меньше (0,0723 г/(м²∙ч)) (Z=62%) против 0,1894 г/(м²∙ч) в отсутствие ингибитора). При 80 ºС и в динамических условиях в присутствии 10% углеводородной фазы скорости коррозии выше и величины защитного эффекта (Z, %) ингибитора выше.
Методами потенциодинамической поляризации и импедансной спектроскопии показано, что ингибитор замедляет анодный процесс коррозии стали, адсорбируясь на поверхности. Параллельно ингибитор затормаживает диффузию водорода, образующегося при коррозии, вглубь металла.

1. Li J., Liu Z., Du C., Li X., He R., Xing Y. and Huangfu W. Study on the corrosion behaviours of API X65 steel in wet gas environment containing CO2 // Corros. Eng., Sci. Technol. − 2017. − V. 52, № 4. − P. 317-323. https://doi.10.1080/1478422X.2016.1278513

2. Vagapov R.K. and Zapevalov D.N. Corrosion Activity of Operating Conditions for the Steel Equipment and Pipelines in the Plants Extracting CO2-Containing Gases // Metallurgist. − 2021. − V. 65, № 1-2. − P. 50-61. https://doi.10.1007/s11015-021-01132-x

3. Li J., Wangand D., Xie F. Failure analysis of CO2 corrosion of natural gas pipeline under flowing conditions // Eng. Failure Anal. − 2022. − V.137. − P. 106265. https://doi.10.1016/j.engfailanal.2022.106265

4. Mansoori H., Mirzaee R., Esmaeilzadeh F., Vojood A. and Dowrani A.S. Pitting corrosion failure analysis of a wet gas pipeline // Eng. Failure Anal. − 2017. − V. 82. − P. 16-25. https://doi.10.1016/j.engfailanal.2017.08.012

5. Vagapov R.K., Comparing and Interpreting Results of Processin In-Line Inspection Data for Corrosive Gas Transportation Conditions // Russian Journal of Nondestructive Testing. − 2021. − V. 57, № 8. − P. 717-726. https://doi.10.1134/S1061830921080106

6. Nesic S, Postlethwaite J and Olsen S. An electrochemical model for prediction of corrosion of mild steel in aqueous carbon dioxide solutions // Corrosion. − 1996. − V. 52. − P. 280-294.

7. Yuling Z., Qingchao T., Xuyan D., Xu X.and Guofu W. The CO2 corrosion behaviour of 25Mn2 and 2Cr steels under certain downhole condition // Corros. Eng. Sci. Technol. − 2024. https://doi.10.1177/1478422X231212960

8. Кondo K., Choi J.-S. and Nešić S. Effect of Small Amount of Cr and Mo on Aqueous CO2 Corrosion of Low-Alloyed Steel and Formation of Protective FeCO3 in Near-Saturation Conditions // Corrosion. − 2023. − V. 79, № 1. − P. 97-100. https://doi.10.5006/4100

9. Choi Y.-S., Nešić S. and Jung H.-G. Effect of alloying elements on the corrosion behavior of carbon steel in CO2 environments // Corrosion. − 2018. − V. 74, № 5. − P. 566-576. https://doi.10.5006/2705

10. Vagapov R.K., Kantyukov R.R. and Zapevalov D.N. Investigation of the corrosiveness of moisture condensation conditions at gas production facilities in the presence of СО2 // Int. J. Corros. Scale Inhib. − 2021. − V. 10, № 3. − P. 994-1010. https://doi.10.17675/2305-6894-2021-10-3-11

11. Mansoori H., Mirzaee R., Esmaeilzadeh F., Vojoodand A., Dowrani A.S. Pitting corrosion failure analysis of a wet gas pipeline // Eng. Failure Anal. − 2017. − V. 82. − P. 16-25. https://doi.10.1016/j.engfailanal.2017.08.012

12. Vagapov R.K. Resistance of Steels under Operating Conditions of Gas Fields Containing Aggressive CO2 in the Produced Media // Inorg. Mater. Appl. Research. − 2022. − V. 13, №. 1. − P. 240-245. https://doi.10.1134/S2075113322010397

13. Han J., Young D., Colijn H., Tripathi A. and Nešić S. Chemistry and Structure of the Passive Film on Mild Steel in CO2 Corrosion Environments // Industr. Eng. Chem. Research. − 2009. − V. 48, № 13. − P. 6296-6302. https://doi.10.1021/ie801819y

14. Matamoros-Veloza A., Barker R., Vargas S. and Neville A., Mechanistic Insights of Dissolution and Mechanical Breakdown of FeCO3 Corrosion Films // ACS Appl. Mater. Interfaces. − 2021. − V. 13, № 4. − P. 5741-5751. https://doi.10.1021/acsami.0c18976

15. Shayegani M., Ghorbani M., Afshar A. and Rahmaniyan M. Modelling of carbon dioxide corrosion of steel with iron carbonate precipitation // Corros. Eng., Sci. Technol. − 2009. − V. 44, № 2. − P. 128-136. https://doi.10.1179/174327808X286338

16. Yin Z.F., Zhao W.Z., Feng Y.R., Li Y.H. and Yin C.X. Scaling characteristics and growth of corrosion product films in turbulent flow solution containing saturated CO2 // Mater. Corros. − 2009. − V. 60, № 1. − P. 5-13. https://doi.10.1002/maco.200805040

17. Mohammed S.A., Hua Y., Barker R. and Neville A. Effect of calcium on X65 carbon steel pitting in saturated CO2 environment // Electrochim. Acta. − 2022. − V. 407. − P. 139899. https://doi.10.1016/j.electacta.2022.139899

18. Vagapov R.K. and Mikhalkina O.G. Study of carbon dioxide corrosion products by the X-ray diffraction method // Zavod. Lab., Diagn. Mater. − 2022. − V. 88, № 9. − P. 35-41. https://doi.10.26896/1028-6861-2022-88-9-35-41

19. Zapevalov D.N., Vagapov R.K. and Ibatullin K.A., Promising Directions for Research into Internal Corrosion of Gas Pipelines in Carbon Dioxide Environments // Theory and Practice of Corrosion Protection. − 2024. − V. 29, № 2. − P. 6-20. https://doi.10.31615/j.corros.prot.2024.112.2-1

20. Ortega-Sotelo D. M., Gonzalez-Rodriguez J. G., Neri-Flores M. A., Casales M., Martinez L., Martinez A. CO2 corrosion inhibition of X-70 pipeline steel by carboxyamidoimidazoline // J. Solid State Electrochem. − 2011. − V. 15. − P. 1997-2004. https://doi.10.1007/s10008-010-1226-2

21. Gupta S., Yazdi R., Andersson M. and Ambat R. Electrochemical and molecular modelling studies of corrosion inhibition characteristics of imidazolines on 1Cr steel under sweet conditions // Сorros. Eng., Sci. Technol. − 2023. − V. 58, № 6. − P. 537-548. https://doi.org/10.1080/1478422X.2023.221247

22. Paolinelli L.D., Brown B., Simison S.N. and Nešić S. Inhibition of CO2 corrosion of carbon steel with 1% Cr // Mater. Chem. Phys. − 2012. − V. 136, № 2-3. − P. 1092-1102. https://doi.10.1016/j.matchemphys.2012.08.055

23. Onyeachu I.B., Abdel-Azeim S., Chauhan D.S., Quraishi M.A. Electrochemical and Computational Insights on the Application of Expired Metformin Drug as a Novel Inhibitor for the Sweet Corrosion of C1018 Steel // ACS Omega. − 2021. − V. 6. − P. 65-76. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03364

24. Shahzad K., Sliem M.N., Shakoor R.A., Radwan A.B., Kahraman R., Umer M.A., Manzoor U. and Abdullah A.M. Electrochemical and thermodynamic study on the corrosion performance of API X120 steel in 3.5% NaCl solution // Scientific Reports. − 2020. − V. 10. − P. 4314. https://doi.10.1038/s41598-020-61139-3

25. Alsalem M., Ryan M.P., Campbell A.N., Campbell K.S., Modelling of CO2 corrosion and FeCO3 formation in NaCl solutions // Chem. Eng. J. − 2023. −V. 451, № 4. − P. 138966. https://doi.10.1016/j.cej.2022.138966

26. Chen X., Yang X., Zeng M. and Wang H. Influence of CO2 partial pressure and flow rate onthe corrosion behavior of N80 steel in 3.5% NaCl // Int. J. Electrochem. Sci. − 2023. − V. 18, № 8. − P. 100218. https://doi.10.1016/j.ijoes.2023.100218

27. Tsygankova L.E., Vagapov R.K., Abramov A.E., Uryadnikov A.A., Gorlov D.A., Lomakina I.A. Inhibition of steel corrosion in model stratum water containing acetic acid and saturated with H2S and CO2 // Int. J. Corros. Scale Inhib. − 2024. − V. 13, № 2. − P. 1012-1028. https://doi.10.17675/2305-6894-2024-13-2-20

28. Devanathan M., Stachurski Z. The adsorbtion and diffusion of electrolytic hydrogen in palladium // Proc. Roy. Soc. − 1962. − V. 270 A, № 1340. − Р. 90-102.

29. Кардаш H.B., Батраков B.B. Методика определения водорода, диффундирующего через мембрану // Защита металлов. −1995. − V. 31. − P. 441-444.

30. Bisquert J., Compte A., Theory of the electrochemical impedance of anomalous diffusion // J. Electroanal. Chem. − 2001. − V. 499. − P. 112-120.