Коррозия и защита нефтепромыслового оборудования

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА 
НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ  
Учебное пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2022 

УДК 620.197:622.276.05(075) 
ББК 30.82:33.131я7 
К68 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
канд. техн. наук, доц. С. Ю. Ситников 
канд. хим. наук, доц. А. В. Желовицкая 
К68 
Авторы: А. Н. Маркин, В. Э. Ткачева, А. Ф. Дресвянников, 
А. Н. Ахметова 
Коррозия и защита нефтепромыслового оборудования : учебное пособие / А. Н. Маркин, В. Э. Ткачева, А. Ф. Дресвянников, А. Н. Ахметова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2022. – 188 с. 
ISBN 978-5-7882-3262-1 
Рассмотрены проблемы локальной углекислотной и сероводородной коррозии 
углеродистых и низколегированных сталей в нефтепромысловых системах. Описаны применяемые в отрасли технологии противокоррозионной защиты, основанные на современном комплексном подходе (использование рационального конструирования, изоляции поверхности металла от агрессивной среды, ингибиторов коррозии и электрохимической защиты). 
Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлениям подготовки 18.04.01 «Химическая технология», 15.04.02 «Технологические машины 
и оборудование», 18.04.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 22.04.01 «Материаловедение 
и технология материалов». 
Подготовлено на кафедре технологии электрохимических производств. 
УДК 620.197:622.276.05(075) 
ББК 30.82:33.131я7 
ISBN 978-5-7882-3262-1 
© Маркин А. Н., Ткачева В. Э., 
Дресвянников А. Ф., Ахметова А. Н., 2022 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2022 
2

НЕ УЧИТЕ МНОГО, НЕ УЧИТЕ МАЛО, 
А УЧИТЕ СРЕДСТВЕННО 
А. Н. Крылов, академик АН СССР 
3

С О Д Е Р Ж А Н И Е
Условные обозначения .................................................................................................7
Введение 
. ...................................................................................................................... 9
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ .................... 10
Основные выводы ............................................................................................... 24
Контрольные вопросы ........................................................................................ 25
Глава 2. ПРИМЕРЫ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ: КОРРОЗИОННЫЙ 
РАСХОД И СКОРОСТЬ ЛОКАЛЬНОЙ КОРРОЗИИ . ............................................26
Основные выводы ............................................................................................... 37
Контрольные вопросы . ...................................................................................... 37
Глава 3. МЕХАНИЗМЫ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОРРОЗИИ СТАЛИ .................... 38
3.1. Коррозионный расход 
. .................................................................................38
3.2. Локальная коррозия . ....................................................................................45
3.3. Влияние низших жирных кислот на коррозионный расход и скорость 
локальной коррозии ............................................................................................51
3.4. Прогнозирование скорости локальной коррозии .....................................52
Основные выводы ...............................................................................................53
Контрольные вопросы ........................................................................................54
Глава 4. УГЛЕКИСЛОТНАЯ КОРРОЗИЯ ПОДЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 
ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН И ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ СБОРА  
НЕФТИ .........................................................................................................................55
4.1. Влияние микроструктуры стали на локальную коррозию НКТ .............56
4.2. Локальная коррозия НКТ из cтали с 13 % хрома .....................................57
4.3. Углекислотная коррозия трубопроводов систем сбора нефти 
. ..............59
Основные выводы ...............................................................................................61
Контрольные вопросы ........................................................................................62
Глава 5. ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ .......................................................................64
5.1. Классификация ингибиторов коррозии .....................................................65
5.2. Коэффициент распределения ингибиторов коррозии между нефтью 
и водой 
. .................................................................................................................66
5.3. Защитный эффект ингибирования ............................................................. 68
5.4. Вещества, проявляющие свойства ингибиторов коррозии ..................... 71
4

Основные выводы ............................................................................................... 72 
Контрольные вопросы ........................................................................................ 74 
Глава 6. ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ ПОДЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 
ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН И ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ СБОРА 
НЕФТИ ......................................................................................................................... 75 
6.1. Защита от коррозии подземного оборудования добывающих 
скважин ................................................................................................................ 75 
6.2. Защита трубопроводов ингибиторами коррозии ...................................... 83 
Основные выводы ............................................................................................... 86 
Контрольные вопросы ........................................................................................ 89 
Глава 7. СЕРОВОДОРОДНАЯ КОРРОЗИЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ ...................................................................................................... 90 
7.1. Физико-химическая характеристика водных растворов H2S .................. 91 
7.2. Механизмы сероводородной коррозии стали ........................................... 94 
7.3. Сероводородное растрескивание под напряжением ................................ 97 
7.4. Биогенный сероводород ............................................................................ 103 
7.5. Смешанная H2S + CO2 коррозия 
. .............................................................. 106 
7.6. Защита от сероводородной коррозии нефтепромыслового 
оборудования 
. .................................................................................................... 106 
Основные выводы ............................................................................................. 107 
Контрольные вопросы ...................................................................................... 108 
Глава 8. ПРИМЕРЫ СЕРОВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ ..................................... 109 
Глава 9. МЕТОДЫ КОРРОЗИОННОГО МОНИТОРИНГА 
. ................................ 114 
9.1. Физико-химический анализ коррозивной среды .................................... 114 
9.2. Метод линейного поляризационного сопротивления ............................ 115 
9.3. Весовой метод (образцы контроля коррозии) 
. ........................................ 116 
9.4. Метод электрического сопротивления .................................................... 119 
9.5. Метод внутритрубной диагностики ......................................................... 120 
9.6. Коррозионный мониторинг глубинного оборудования добывающих 
и нагнетательных скважин 
. .............................................................................. 124 
9.7. Интерпретация данных коррозионного мониторинга 
. ........................... 124 
9.8. Методы выбора ингибиторов коррозии 
. .................................................. 128 
Основные выводы ...............................................................................................131 
Контрольные вопросы . .......................................................................................133 
5

Глава 10. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ ........................................................................ 134
10.1. Электрохимическая катодная защита .................................................... 134
10.2. Коррозия обсадных колонн скважин ..................................................... 135
10.3. Катодная защита наружной поверхности обсадных колонн скважин..137
10.4. Схемы катодной защиты наружной поверхности обсадных колонн 
скважин ............................................................................................................... 139
10.5. Электрохимическая защита резервуаров 
. .............................................. 142
10.6. Схемы протекторной защиты внутренней поверхности резервуаров..143
10.7. Катодная защита внутренней поверхности резервуаров . .....................146
Основные выводы ..............................................................................................149
Контрольные вопросы . ......................................................................................150
Тестовые задания итогового контроля 
.  ...................................................................151
Практические задачи 
. .................................................................................................174
Ответы к тестовым заданиям . ...................................................................................182
Ответы к практическим задачам 
. ..............................................................................184
Список литературы .....................................................................................................185
6

У с л о в н ы е  о б о з н а ч е н и я
ВСО – внутрискважинное оборудование 
ВСН – ведомственные строительные нормы 
ВТД – внутритрубная диагностика 
ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография 
ВЭЖХ-МС – ВЭЖХ с масс-спектрометрическими детекторами 
ГЗУ – групповая замерная установка 
ГК – глубина коррозии 
ДУ – дозировочная установка 
ИК – ингибитор коррозии 
КЗ – катодная защита 
КМ – коррозионный мониторинг 
КР – коррозионный расход 
КРН – коррозионное растрескивание под напряжением 
КС – коррозивная среда 
КСС – коррозионно-стойкие стали 
НЖК – низшие жирные кислоты 
НКТ – насосно-компрессорные трубы 
ОКК – образцы контроля коррозии весовым методом 
ОКР – остаточный коррозионный расход 
ОПИ – опытно-промышленные испытания 
ОСК – остаточная скорость коррозии 
ПАВ – поверхностно-активное вещество 
ПВХ – поливинилхлорид 
ПЗ – протекторная защита 
ППД – поддержание пластового давления 
ПЭД – погружной электродвигатель 
ПЭС – полиэфирные смолы 
СВА – сульфатвосстанавливающие археи 
СВБ – сульфатвосстанавливающие бактерии 
СРН – сероводородное растрескивание под напряжением 
СНО – время средней наработки на отказ сбора нефти 
СПЛК – стойкость к питтингу и локальной коррозии легированных сталей 
ССН – система сбора нефти нефтяных месторождений 
ТКМ – точка коррозионного мониторинга 
ТССН – трубопроводы систем сбора нефти  
ТУ – технические условия 
УЭЦН – установка погружного электрического центробежного 
насоса для добычи нефти механизированным способом 
7

ФФС – фенолформальдегидные смолы 
ФХА – физико-химический анализ 
ЧАС – четвертичные аммониевые соли 
ШГН – штанговый глубинный насос для добычи нефти механизированным способом 
ЭС – эпоксидные смолы 
ЭХЗ – электрохимическая защита 
ЭЦН – электроцентробежный насос 
ASTM – стандарты, разработанные Американским обществом по испытанию материалов (ASTM – American Society for Testing and Materials) 
ANSI – стандарты, разработанные Американским национальным институтом стандартов (ANSI – American National Standards Institute) 
API – стандарты, разработанные Американским институтом нефти 
(API – American Petroleum Institute) 
ER – метод электрического сопротивления измерения коррозионного расхода 
LPR – метод линейного поляризационного сопротивления измерения 
коррозионного расхода 
NACE – стандарты, разработанные Национальной ассоциацией инженеров-коррозионистов США (National Association of Corrosion Engineers) 
8

В В Е Д Е Н И Е
Коррозия относится к одному из видов осложняющих факторов, 
среди которых выделяют следующие:   
– солеотложение;
– коррозивность среды;
– эрозионная агрессивность;
– механические примеси;
– асфальтосмолопарафиновые отложения;
– газогидратные отложения;
– высоковязкие нефти;
– эмульсия;
– высокая температура пласта;
– высокий газовый фактор.
Осложнения, связанные с коррозивностью среды, входят в число
превалирующих на объектах нефтегазодобычи, что определяет актуальность данного учебного пособия.  
По типу воздействия коррозивной среды в нефтепромысловой 
практике различают два основных типа коррозии: 
– углекислотная;
– сероводородная.
Оба этих типа коррозии подробно рассмотрены нами в данном
издании. Приведены также практические примеры коррозионных разрушений различного характера с представлением данных по физикохимическому анализу эксплуатационной среды и кинетическим параметрам – коррозионному расходу и скорости локальной коррозии. 
Предлагаемое пособие включает в себя тестовые задания и практические задачи для итогового контроля знаний. 
9 

Г л а в а  1 .  О С Н О В Н Ы Е  П О Н Я Т И Я ,  Т Е Р М И Н Ы
И  О П Р Е Д Е Л Е Н И Я  
Коррозия нефтепромыслового оборудования является одним из 
главных факторов, осложняющих добычу нефти. В качестве примера на 
рис. 1.1 показана структура осложненного механизированного фонда 
скважин четырех регионов России (Западная Сибирь, Урало-Поволжский регион, Восточная Сибирь и Дальний Восток) по типам осложняющих факторов по состоянию на 01.01.2020. 
Коррозивность среды
12 %
Эрозионная 
Механические 
агрессивность
примеси
3%
13%
Эмульсия
3%
Высокий газовый 
фактор
АСПО
3%
16%
Газогидратные 
отложения
3%
Высокая температура 
Солеотложение
пласта
17 %
1%
Высоковязкие нефти
0,3 %
Рис. 1.1. Структура осложненного механизированного фонда  
скважин по типам осложняющих факторов по состоянию  
на 01.01.2020 (по данным информационной системы «Мехфонд», 
ПАО «НК “Роснефть”») 
Коррозия – переход компонентов материала из его собственной 
системы связей в состояние связи с компонентами среды (что ведет 
к нарушению системы). 
Это определение было предложено В. М. Новаковским. В действующем ГОСТ 5272-68 дано другое определение: «коррозия металлов – разрушение металлов вследствие химического или электрохимического 
10