Коррозионное разрушение металлического оборудования является одной из основных проблем
в нефтегазодобыче. Помимо потерь металла (либо в целом, либо локально), последствиями химической и электрохимической коррозии также часто бывают охрупчивание и растрескивание. Оборудование в процессе эксплуатации контактирует с разнообразными коррозионно-активными средами как гомогенными, так и гетерогенными. Наиболее агрессивны по отношению к металлу водные растворы. Агрессивность водной фазы зависит от ее химического состава (содержание растворенных солей, рН, наличие кислорода, углекислого газа и сероводорода), парциального давления газов, температуры, скорости и характера потока [1].

Одним из основных факторов разрушения металла наземного и внутрискважинного оборудования является свободная углекислота (СО₂), содержащаяся в пластовых водах. Отмечено, что при одинаковом рН коррозия в углекислотной среде протекает более интенсивно, чем в растворах сильных кислот [2]. Поэтому в такой системе необходимы мероприятия по предотвращению коррозии. Наиболее распространено применение ингибиторной защиты.

Поиск водорастворимых ингибиторов, обладающих более низкой способностью к биоаккумуляции по сравнению с маслорастворимыми, при этом эффективно снижающих скорость углекислотной коррозии при высоких скоростях потока, является важной практической задачей, что предопределяет актуальность исследований в данном направлении.

Целью исследований являлась оценка защитных свойств водорастворимых ингибиторов углекислотной коррозии, состоящих из неионогенного азотсодержащего поверхностно-активного вещества (ПАВ), анионного фосфорсодержащего ПАВ и катионного азотсодержащего ПАВ, гравиметрическим методом в динамических условиях при скоростях потока 0,5 и 2 м/с.

В работе для сравнительной оценки защитной способности ингибиторов использовалась модель пластовой воды (МПВ), содержащая 1,88 г/л СаCl₂, 2,5 г/л MgCl₂, 2,5 г/л NaHCO3, 46,6 г/л NaCl,
1,46 г/л KCl. Модель готовилась из двух частей (анионной и катионной) на дистиллированной воде
с использованием солей квалификации не ниже ч.д.а. Вода перед испытанием деаэрировалась азотом в течение 30 мин, затем насыщалась углекислым газом в течение 30 мин. Пластины, изготовленные из стали 20, шлифовались до шероховатости Ra не более 1,6 мкм и обезжиривались ацетоном.

Определение защитной способности неионогенного азотсодержащего ПАВ предварительно осуществлялось пузырьковым методом, при небольшой скорости сдвига (0,5 м/с). Для этого в плоскодонную колбу вместимостью 500 см³ помещались подготовленные зачищенные образцы пластинок, колба заполнялась испытуемой средой, затем создавалось перемешивание магнитной мешалкой.

Защитная способность при высокой скорости потока оценивалась на стендовой установке «Моникор Стенд-1» (рис. 1), позволяющей задать циркуляцию потока со скоростью от 0,5 до 4,7 м/с. Для испытания была выбрана скорость 2 м/с. Объем испытуемой среды 12 дм³.

Скорость коррозии оценивалась гравиметрическим методом и рассчитывалась по потере массы образцов металла при постоянном барботаже СО₂ (1–2 пузырька в секунду). Температура испытания составляла 30 °С, продолжительность 6 часов. В каждом режиме проводилось два параллельных испытания на трех пластинках металла.

Предварительно было протестировано на совместимость с минерализованной водой более 50 композиций, имеющих в основе промышленно выпускаемые азотсодержащие ПАВ и их смеси (амиды, амидоамины, соли линейных и разветвленных четвертичных аминов, производные имидазолинов, алкилпиридины, жирные кислоты таллового масла, аминооксиды), из которых для дальнейших исследований были выбраны водорастворимые реагенты, наиболее эффективно снижающие скорость коррозии. Было выявлено, что дозировка, при которой достигается максимальное защитное действие при содержании активной основы не менее 30 %,
составила 25 мг/л.
Для дальнейших исследований были отобраны вещества, имеющие наиболее приемлемые экологические характеристики. Использовались:

• неионогенное ПАВ (НПАВ), азотсодержащее, модифицированное с целью повышения растворимости в воде, с концентрацией активного вещества 98 %;
• катионное ПАВ (КПАВ), азотсодержащее, с концентрацией активного вещества 80 %, остальное — растворитель;
• анионное ПАВ (АПАВ), фосфорсодержащее, с концентрацией активного вещества 95 %.

Концентрация активной основы во всех композициях составляла 40 % мас. В качестве растворителя применялся низкомолекулярный спирт. Дозировка ингибитора 25 мг/л.
На первом этапе проверялась защитная способность ингибитора на основе азотсодержащего НПАВ при низкой скорости потока (пузырьковым методом). Результаты (табл. 1) показали, что скорость коррозии модели пластовой воды без ингибитора достаточно низкая — 0,12 г/м², добавление ингибитора (25 мг/л) приводит к снижению до 0,02 г/м² ч.

При высокой скорости потока (2 м/с) коррозионная активность среды значительно возрастает, добавление ингибиторов (25 мг/л) оказывает различное воздействие (табл. 2, рис. 2).