خوردگی در چاه های نفت و گاز

مقدمه

از سال 1950 به بعد، صنعت بهره برداری و استخراج نفت و گاز ،  پیشرفت های زیادی کرده است. متاسفانه این پیشرفت ها منجر به بروز خوردگی ها و شکست های شدیدتری نیز شده است . سیستم های بهره برداری ثانویه به وسیله بخار، گاز و پلیمر ها باعث بروز شکست های غیر منتظره ای در قطعات شده است.

با کمتر شدن منابع و ذخایر نفت و گاز، نیاز به حفر چاه های عمیق تر، روز به روز افزون تر می گردد. با عمیق تر شدن چاه ها ، فشار و دمای انتهای چاه نیز افزایش می یابد و بدیهی است که مشکلات ناشی از خوردگی نیز افرایش یابد،  بطوری که گزارش شده است ، امروزه چاه هایی با عمق (9100m) 30000 ft  و دمای (400-500 F) 200-260  C  نیز حفر می شوند. خوشبختانه با پیشرفت علم و تکنولوژی در صنایع مختلف از جمله استخراج نفت و گاز ، پیشرفت های جالبی نیز در زمینه روش های مانیتورینگ ( پایش ، دیده بانی) و کنترل خوردگی ، صورت گرفته است . بروز چنین حالتی باعث می شود که نیاز به مهندسین خوردگی محسوس تر از قبل شود. با این وجود باید اعتراف کرد که هرچقدر هم که روش های خوردگی ، پیشرفت کنند باز هم شکست ها و خوردگی هایی بروز می کند که نشانگر این مهم است که شناخت خوردگی و روش های کنترل آن ، باعث کاهش خسارات می گردند نه توقف آنها!

بطور کلی خوردگی هایی که در چاه ها و وسایل مرتبط با آن رخ می دهند بسیار شبیه به خوردگی های خطوط لوله می باشند. با این تفاوت که شرایط فشار و دما، بیشتر و طبیعتا  خوردگی های شدیدتری رخ   می دهد. (24و 25)

بطور کلی مراحل استخراج را به دو دسته تقسیم می کنند. یکی بهره برداری اولیه و دیگری بهره برداری ثانویه .  در بهره برداری اولیه ، فشار ذخایر نفتی به حدی است که قادر است نفت را به سطح زمین منتقل کند. مخازن گاز نیز معمولا جزء این نوع بهره برداری قرار می گیرند، چرا که فشار گاز در ذخایر ، همواره بیشتر از فشار اتمسفر می باشد. هنگامی که مخازن نفتی دچار افت فشار شدند ( پس از گذشت سالها)  به کمک تکنیک های مختلفی نفت را به سطح زمین می رسانند. در حقیقت در بهره برداری ثانویه، با اعمال فرآیندهای جانبی ، به صورت مصنوعی ( نه طبیعی) باقیمانده نفت را استخراج می کنند. تجربه نشان داده است که بهترین تکنیک ها  تحت بهترین شرایط قادرند تا 80%  نفت موجود در مخازن را استخراج کنند.  متداول ترین روش های بهره برداری ثانویه عبارتند از : تزریق گاز (معمولاCO2) ، تزریق آب ( معمولا آب استخراج شده از خود چاه استفاده می شود، انتخاب مواد جهت تجهیزات تزریق آب در چاهها بر اساس NACE RP0475  انجام می گیرد) و پمپاژ کردن ،  لازم به ذکر است که ساختمان و طراحی انتهای چاه تاثیر زیادی بر روی نحوه تزریق ممانعت کننده های  خوردگی می گذارد ( اصلی ترین روش جنت کنترل خوردگی در تجهیزات داخل چاه ،  تزریق ممانعت کننده هایی با پایه نیتروژن / فسفر / گوگرد [N/P/S]  می باشد).  لازم به ذکر است که مشخصات لوله های حفاری در API 5D  موجود است در حالیکه مشخصات تیوب و جداره های چاه در API 5CT  موجود می باشد. (24و25)

انواع خوردگی

بطور کلی خوردگی در تجهیزات در چاه های نفت و گاز ، بسیار شبیه به خوردگی خطوط انتقال می باشد با این تفاوت که به دلیل وجود دما و فشار بیشتر،  خوردگی ها کمی شدیدتر  می باشند.  قبل از مطالعه گونه های خورنده در چاه ها ،  لازم است که بطور مختصر درباره  فازهای مختلف صحبت شود. بطور کلی در چاه ها  با سه فاز آب / گاز / نفت  مواجه هستیم .  چاه های گاز حاوی  هیدروکربنهای گازی ( متان {ماده غالب حدود 805} + اتان + پروپان + بوتان)  و آب ( بصورت مایع  و بخار که با کاهش دما و فشار در حین بالا آمدن از تیوب چاه ، کندانس می شود) و نفت ( که شامل میعانات گازی {پروپان و بوتان} نیز می شود)  می باشند.  چاه های نفت نیز حاوی هیدروکربنهای مایع و آب  و مقداری گاز ( متان و اتان) می باشند.  لازم به ذکر است که همواره عناصر مضری نظیر CO2,H2S3و نمک ،  در چاه ها موجود    می باشند که معمولا مقداری از آنها در آب چاه  حل می شوند.(23)

خوردگی میکروبی

میکروارگانیزم های موجود در کانال ، آب ( آب دریا، آب خنک کننده و ...)  و یا خاک ، نه تنها باعث بروز خوردگی در خطوط لوله خواهند شد،  بلکه پتانسیل حفاظت ( در حفاظت کاتدی)  را نیز تغییر می دهند. باکتری ها ، انواع مختلفی  داشته که جهت سهولت کار ، آنها را به دو گروه 1 SRB, 2 SRB  تقسیم میکنند.  انواع SRB، بی هوازی بوده و با مصرف کردن سولفات، تولید سولفید( سولفید هیدروژن،  H2S) کرده و باعث افزایش خوردگی و تغییر پتانسیل حفاظت ( ودر نتیجه ، پیچیده شدن و مشکلتر شدن اعمال حفاظت کاتدی) می شوند.  باکتریهای SOB،  هوازی بوده و با مصرف سولفیدها ،  تولید سولفات ( مثل اسید سولفوریک) می کنند. این نوع باکتری قادر است که درصد اسید سولفوریک را در سطح فولاد،  تا میزان 10%  نیز افزایش دهد. بدیهی است که  تحت چنین شرایطی ، خوردگیهای شدیدی در خطوط لوله ،  رخ خواهد داد. خوردگیهای میکروبی ، بطور معمول بصورت خوردگی موضعی ( حفره)  بروز می کنند.