Ингибитор для защиты строительных сталей от коррозионно- механического разрушения в сероводородсодержащих минерализованных средах

 

Изобретение относится к защите металлов от коррозионно-механического разрушения в сероводородсодержащих минерализованных средах. Предложен ингибитор следующего состава, об. %: комплекс 1,2,4-бистриазолилметан-NiС1₂ 5-15, бутанол 45-60, вода остальное. Степень защиты строительной стали (сталь 20) ингибитором в сероводородсодержащей среде при концентрации 100 мг/л составляет: 97,9% от общей коррозии, 90,6% от сероводородного растрескивания и 37,4% от коррозионной усталости. Ингибитор обладает повышенной эффективностью, снижается трудоемкость его получения. 3 табл.

Изобретение относится к защите металлов от коррозионно-механического разрушения (КМР) в сероводородсодержащих минерализованных средах.

Среди наиболее близких по назначению ингибиторов известно, например, применение 5-метил-5-ацетил-1,3-диоксана в качестве ингибитора КМР низколегированных сталей в сероводородсодержащих минерализованных средах [патент РФ N 2082714 от 27.06.97].

Недостатком данного ингибитора является трудоемкость его получения по сравнению с предлагаемым ингибитором.

К заявляемому ингибитору близок по составу (прототип) ингибитор сероводородной коррозии и наводороживания металлов, включающий, мас.%: хлорсодержащую четвертичную соль аммония общей формулы [R_C8-С₁₅N⁺(CH₃)₂R₁]Cl^-, где R₁= CH₂-CHCl, или -CH₂ - CCl = CH₂, или смесь указанных хлорсодержащих радикалов, - 1,00 - 20,73; соль третичного амина формулы [R_С8-_С15N⁺(CH₃)₂H]Cl^- - 1,62 - 47,40 и воду - остальное до 100 [патент РФ N 2064021 от 25.08.92]. Данный ингибитор получают конденсацией хлорсодержащих органических соединений (1,2 - дихлорпропана, или 2,3 - дихлорпропена, или их смеси) с третичным амином формулы R_С8-_С15-N(CH₃)₂ при их мольном соотношении 1: (1,0-2,5) соответственно, температуре 90-175^oC в течение 1,5 - 7,5 часов до исчезновения расслоения реакционной смеси. Указанный третичный амин получают гидрохлорированием первичного спирта C₈ - C₁₅ в присутствии ZnCl₂ с последующим аминированием полученного алкилхлорида диметиламином.

Недостатками прототипа являются: 1) трудоемкость получения по сравнению с предлагаемым ингибитором; 2) невозможность эффективной защиты строительных сталей от КМР.

Изобретение решает техническую задачу: 1) повышения эффективности ингибиторов КМР; 2) снижения трудоемкости получения по сравнению с прототипом; 3) расширения ассортимента ингибиторов.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно изобретению в отличие от известного ингибитора КМР строительных сталей в сероводородсодержащих минерализованных средах, включающего комплексы на основе азотсодержащего соединения и воду, предлагаемый ингибитор в качестве азотсодержащего комплекса содержит комплекс 1,2,4-бистриазолилметан - NiCl₂ вида: и дополнительно содержит бутанол при следующем соотношении компонентов, об.%: Комплекс 1,2,4-бистриазолилметан - NiCl₂ - 5-15 Бутанол - 45-60
Вода - Остальное
Предлагаемый ингибитор получают в нормальных условиях смешиванием компонентов в указанном соотношении.

Комплекс 1,2,4 - бистриазолилметан - NiCl₂ получают в нормальных условиях компаундированием компонентов при их массовом соотношении (1,0-1,3):1 соответственно.

Определение ингибирующей эффективности композиций проводили на образцах из стали 20, широко используемой при строительстве газонефтепроводов.

В качестве коррозионной среды (КС) применяли модель пластовой воды месторождения "Чекмагушнефть" АНК "Башнефть" состава, г/л: NaCl - 100; CaCl₂ - 63; MgCl₃ - 2,4; FeCl₃ - 0,01; CaSO₄ - 6,6; Na₂SO₄ - 0,06; H₂S - 0,037.

Эффективность защиты стали ингибитором от общей коррозии (ОК) оценивали по поляризационным кривым следующим образом [РД 39-141-96 "Ингибиторы коррозионно-механического разрушения металлов", Уфа, 1996, далее - РД].

Экстраполяцией тафелевых участков анодных и катодных ветвей поляризационных кривых, снятых в неингибированной и ингибированной КС, до значений потенциалов коррозии получали величины плотностей токов коррозии i₀ и i соответственно.

Степень защиты стали от ОК определяли по формуле:
Z = (i₀-i)/i₀•100%
Результаты измерений приведены в табл. 1.

Далее проводили коррозионно-механические испытания образцов [РД] на разрывной машине типа МР-5-8В на воздухе, в модельной среде месторождения "Чекмагушнефть" и в той же среде с добавлением ингибитора. Для испытания образцов в КС применяли герметичную ячейку. Скорость деформирования металла составляла 7,2•10^-8 м/с, что соответствует динамике развития деформаций в металле действующего нефтегазового оборудования.

Затем определяли влияние ингибитора на относительное сужение образцов ψ при испытаниях на разрыв в неингибированной и ингибированной КС. Параметр ψ характеризует запас пластичности стали [РД], резко уменьшающийся при ее коррозии в сероводородсодержащих средах, и, таким образом, свидетельствует о степени наводороживания металла, которое является одной из основных причин КМР в этих условиях.

В табл. 2 приведены результаты этой серии испытаний.

Степень защиты стали ингибитором в данном случае определяли по формуле:

где ψ_к, ψ_и и ψ_в - относительные сужения образцов, разрушенных в неингибированной и ингибированной КС, а также на воздухе соответственно.

Степень защиты стали ингибитором в условиях коррозионно-усталостного (КУ) нагружения, заключающегося в воздействии на сталь суммарных циклических знакопеременных напряжений, характерных для газонефтепроводов, определяли следующим образом [РД).

Плоские стальные образцы подвергали консольному изгибу с размахом упруго-пластической деформации 0,74% при частоте симметричного цикла нагружения 0,6 Гц, что соответствует реальным условиям эксплуатации нефтегазового оборудования. Нагружение проводили на воздухе, а также в герметичной накладной ячейке в КС и в КС с добавлением ингибитора. Определяли число циклов до полного разрушения образцов.

Степень защиты стали ингибитором от КУ рассчитывали по формуле:

где N_в, N_к и N_и - усталостные долговечности образцов в циклах до разрушения при испытаниях на воздухе, в неингибированной и ингибированной КС соответственно.

В табл. 3 приведены результаты данной серии испытаний.

Из данных, приведенных в табл. 1 - 3, следует, что разработанный ингибитор КМР строительных сталей СПМ-1 обладает высокой степенью защиты как от ОК, так и от СР и КУ в рассмотренных КС. Ингибитор может найти применение в нефтедобывающей промышленности для защиты от коррозии оборудования систем нефтесбора и поддержания пластового давления. Использование предлагаемого состава ингибитора позволит увеличить степень защиты по сравнению с прототипом и, тем самым, значительно повысить эффективность защиты оборудования от ОК и КМР.

Формула изобретения

Ингибитор для защиты строительных сталей от коррозионно-механического разрушения в сероводородсодержащих минерализованных средах, включающий комплекс на основе азотсодержащего соединения и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бутанол, а в качестве комплекса на основе азотсодержащего соединения - комплекс 1,2,4-бистриазолилметан-NiСl₂ вида

при следующем соотношении компонентов, об.%:
Комплекс 1,2,4-бистриазолилметан-NiСl₂ - 5 - 15
Бутанол - 45 - 60
Вода - Остальноео

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5