Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ • 8.1 Khái niệm về dầu mỏ và mỏ dầu a) Nguồn gốc dầu mỏ tự nhiên • Thuyết vô cơ: Carbon và hydro phản ứng ở nhiệt độ và áp suất cao tạo thành dầu và khí, sau đó chúng thấm qua các đá xốp và tích tụ lại dưới đất. • Thuyết hữu cơ: Xác chết của các sinh vật trên mặt đất và trong biển bị phân hủy tạo ra các nhiên liệu hóa thạch. Theo thuyết hữu cơ thì lượng dầu mỏ được tạo thành trong 50 triệu năm gần đây gần như bằng lượng dầu mỏ tạo thành trong 450 triệu năm trước đó. Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ b) Tính chất của dầu mỏ • Dầu mỏ là hỗn hợp tự nhiên của các loại hydrocarbon với các hợp chất của lưu huỳnh,ni tơ, oxy. • Nhìn bề ngoài, dầu mỏ là chất lỏng có màu nâu. • Độ nhớt của dầu mỏ khác nhau phụ thuộc vào thành phần của dầu mỏ. • Dầu mỏ có thể cháy, tỏa ra đến 10.000 calo/kg. • Dầu mỏ nằm trong các đá xốp (trong cát, đá vôi, đá sét). • Dầu mỏ không hòa tan trong nước và có trọng lượng riêng nhỏ hơn nước. Vì thế, trong các mỏ dầu nước luôn chiếm phần dưới, còn khí chiếm phần trên cùng của mỏ dầu. Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ c) Nhiệt độ và áp suất khí trong mỏ dầu: Khoan sâu xuống lòng đất thì thấy nhiệt độ tăng dần: trung bình đi sâu vào lòng đất cứ khoảng 30 mét thì nhiệt độ tăng lên 1oC. Đối với các mỏ dầu thì cứ xuống sâu chừng 20m thì nhiệt độ tăng lên 1oC. Ở độ sâu mỏ dầu 2.000m, nhiệt độ đạt tới khoảng 110oC. Ở độ sâu mỏ dầu 10.000m, nhiệt độ đạt tới khoảng 500oC. - Áp suất khí trong các mỏ dầu dao động trong giới hạn rộng, từ vài atmosphe tới hơn 120 atmosphe. Thay đổi về nhiệt độ và áp suất trong giếng như hàm số của độ sâu Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ d) Các tính chất vật lý của dầu mỏ - Trọng lượng riêng của dầu mỏ 0,82- 0,90g/cm3. - Trọng lượng phân tử các phần chiết của dầu mỏ phụ thuộc vào nhiệt độ sôi: Giới hạn nhiệt độ sôi, oC Trọng lượng phân tử 50-100 90 100-150 110 150-200 130 200 -250 155 500 -550 412 550 - 600 480 Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.2 Thành phần hóa học của dầu mỏ * Thành phần nguyên tố: Dầu mỏ chứa khoảng 1-2% oxy; ni tơ ≤ 0,2%; lưu huỳnh tới vài phần trăm; carbon 83-87%; hydro 12-14%. • Hàm lượng alkan trong dầu mỏ và trong khí đồng hành: • Alkan là các chất dạng khí, lỏng hoặc rắn. Các hợp chất dạng khí chứa trong mạch 1-4 nguyên tử carbon (C1- C4); các chất lỏng là C5 – C15; bắt đầu từ C16 là chất rắn ở nhiệt độ thường, gồm parafin và xerezin. Khi nhiệt độ cao hơn 40oC, các chất rắn này bị hòa tan hoàn toàn trong dầu mỏ. * Hydrocarbon thơm (Aren) chứa trong dầu 10-20% khối lượng. Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.3 Thành phần khí tự nhiên Metan CH4 Etan C2H6 Propan C3H8 n- Butan C4H10 Carbon dioxyt (Anhydric carbonic, Khí carbonic) CO2 Hydrosunfua H2S Ni tơ N2 Phân tích khí ở một giếng khai thác Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.4 Các chất ăn mòn chủ yếu trong hệ thống khai thác dầu khí: • Hydro sunfua (H2S) - Chất khí độc, có mùi trứng thối, hòa tan nhiều trong nước tạo thành axit sunfuhydric (H2S). Ăn mòn do H2S gây ra gọi là ăn mòn chua (sour corrosion); • Carbon dioxyt (CO2) tạo thành axit carbonic (H2CO3) trong nước. Ăn mòn do CO2 gây ra gọi là ăn mòn ngọt (sweet corrosion); • Oxy (O2): Thậm chí lượng rất nhỏ khí oxy cũng làm tăng đột ngột tốc độ các phản ứng ăn mòn điện hóa kim loại ; * Các vi khuẩn (Bacteria - MIC):sinh ra các sản phẩm phụ là các chất ăn mòn kim loại. Tốc độ ăn mòn thép phụ thuộc vào nồng độ các khí hòa tan trong nước: O2 ăn mòn 80 lần hơn CO2 và 400 lần hơn H2S. [...]... của khí CO2 : P CO2 < 4psi thép không bị ăn mòn; P CO2 = 4 -10 psi thép bị ăn mòn nhẹ; P CO2 > 10psi ăn mòn thép xảy ra Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ b) Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ đến sự ăn mòn ngọt: • Tăng áp suất làm tăng nồng độ của các khí ăn mòn (CO2, H2S) trong nước, dẫn đến làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại; • Tăng nhiệt độ làm tăng hoạt độ và tốc độ vận chuyển của các. .. MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.7 Ăn mòn kim loại trong các bồn chứa hydrocarbon lỏng (dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ) *Ăn mòn mạnh các thiết bị của mỏ dầu – khí thường xảy ra trên ranh giới phân chia 2 pha không trộn lẫn: Hydrocarbon – Chất điện ly; • Ăn mòn nhanh ở phần đáy của bồn chứa dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ, của các đường ống dẫn dầu và khí, của thiết bị khử nhũ tương dầu mỏ *Tốc độ ăn mòn. . .Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.5 Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến ăn mòn kim loại : * Các chất rắn hòa tan hoàn toàn: Độ dẫn điện của dung dịch tăng theo nồng độ các ion hòa tan • Nhiệt độ: Nhiệt tăng lên làm cho các phân tử chuyển động nhanh hơn; * Áp suất: Độ hòa tan của các khí tăng lên với sự tăng của áp suất • Kết luận: Nói chung, tốc độ ăn mòn kim loại tăng lên khi: - Tăng... chứa nhiều khí oxy hòa tan) Ăn mòn thép bởi H2S trong chất lỏng 2 pha không trộn lẫn: 1,2,3 –Thay đổi theo thời gian của mặt khum 2 chất lỏng không trộn lẫn trên ranh giới với kim loại; 4 -Mặt phân chia trong thể tích; 5- FeS;6- Giọt ẩm trên bề mặt gỉ; 7- Mẫu thép Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.8 Ăn mòn mặt trong đường ống dẫn khí (gas) và hydrocarbon lỏng (gas condensate) Trong thành... các muối; Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ * Vận tốc khí trên bề mặt đường ống: - Vận tốc tới hạn là < 3m/s (10ft/s); - Hư hỏng nhiều nhất xảy ra với chế độ chảy bị phân tầng; - Nếu muốn tăng vận tốc cao hơn 3m/s thì phải tăng đường kính ống; - Phải thận trọng hơn khi sử dụng vận tốc 5m/s (15ft/s); - Cần phải phân tán đều chất ức chế ăn mòn bên trong đường ống Chương VIII ĂN MÒN MẶT... của dầu khí cũng có ảnh hưởng đến cấu trúc của FeS tạo thành 8.10.2 Ăn mòn chua bởi hỗn hợp khí H2S và CO2 *Tỉ lệ của H2S đối với CO2 có ảnh hưởng đến loại cơ chế ăn mòn và sản phẩm ăn mòn tạo thành trên bề mặt kim loại Ví dụ, nếu nồng độ H2S lớn hơn 1% và tỉ lệ (H2S : CO2 ) = (1:2) đến (1:9) thì sản phẩm ăn mòn tạo thành chủ yếu là dạng FeS Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ • Các. .. mòn kim loại tăng lên khi: - Tăng nồng độ các chất rắn hòa tan; - Tăng nhiệt độ; - Tăng áp suất; - Giảm độ pH dung dịch Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.6 Môi trường trong đường ống dẫn khí và condensate có ảnh hưởng đến thế năng ăn mòn kim loại: • Các loại hydrocarbon trơ (metan, etan,propan, n-butan ); * Sự thay đổi nồng độ của các chất ăn mòn (H2S và/hoặc CO2); • Pha hydrocarbon... KHÍ • Các dạng ăn mòn thép carbon phụ thuộc vào sự có mặt của H2S và CO2 như sau: - Chỉ có mặt H2S: - Chỉ có mặt H2S: thép bị ăn mòn nứt dưới ứng suất; thép bị giòn do khí hydro chui vào thép; - Có mặt H2S và CO2 : thép bị ăn mòn cục bộ hoặc pitting 8.10.3 Ăn mòn do nguyên tố lưu huỳnh (sulfua) S • Khí chua H2S ướt kết hợp với nguyên tố S tạo ra môi trường ăn mòn rất mạnh, tốc độ ăn mòn cục bộ thép... FeCO3 Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ a) Ảnh hưởng của áp suất riêng phần CO2 *Áp suất riêng phần của một khí có thể xác định theo công thức: Áp suất riêng phần của khí = Áp suất tổng x (% khí) Ví dụ: Đáy giếng khoan dầu khí có áp suất tổng là 4000psi và nồng độ khí CO2 là 2%, thì áp suất riêng phần của khí CO2 trong giếng khoan là: P CO2 = 4000psi x 2% = 80 psi *Mức độ ăn mòn thép... (hình 1) Chiều dày của màng nước bị giảm khi tăng tốc độ của dòng chảy và của áp suất (hình 2) Hình 1: Cấu tạo của dòng chảy 3 pha (khí –condensate – nước): 1- Thành ống; 2- Nước; 3- Condensate; 4 -Các giọt nước; 5 -Các giọt condensate Hình 2 :Mặt cắt ngang của dòng 2 pha khí – chất lỏng” với các giọt chất lỏng lơ lửng Chương VIII ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8. 9Ăn mòn ngọt bởi CO2 Carbon dioxyt . ống. Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.7 Ăn mòn kim loại trong các bồn chứa hydrocarbon lỏng (dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ) *Ăn mòn mạnh các thiết bị của mỏ dầu – khí thường xảy. Vì thế, trong các mỏ dầu nước luôn chiếm phần dưới, còn khí chiếm phần trên cùng của mỏ dầu. Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ c) Nhiệt độ và áp suất khí trong mỏ dầu: Khoan. carbonic, Khí carbonic) CO2 Hydrosunfua H2S Ni tơ N2 Phân tích khí ở một giếng khai thác Chương VIII. ĂN MÒN MẶT TRONG CÁC THIẾT BỊ DẦU KHÍ 8.4 Các chất ăn mòn chủ yếu trong hệ thống khai thác dầu