Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các tác nhân ăn mòn CO2 và H2S đến quá trình ăn mòn trong công nghiệp dầu khí

- Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các tác nhân ăn mòn CO2 và H2S đến quá trình ăn mòn trong công nghiệp Dầu khí” là công trình do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng.
- Hà Nội, ngày 29 tháng 09 năm 2016 Học viên Lê Thị Hồng Giang Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 2 LỜI CÁM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- KHÁI QUÁT VỀ DẦU KHÍ.
- Dầu khí Thế giới.
- Dầu khí Việt Nam.
- Bản chất quá trình ăn mòn bên trong các đường ống dẫn dầu khí.
- Ảnh hưởng của các tác nhân gây ăn mòn bên trong đường ống.
- Các công trình nghiên cứu về ăn mòn kim loại trong CO2 và H2S.
- Phương pháp loại khí ăn mòn.
- 51 Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 4 2.2.2.
- Thử nghiệm ăn mòn nứt ứng suất.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến pH và tốc độ ăn mòn thép trong pha lỏng chứa CO2.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến pH và tốc độ ăn mòn thép trong pha lỏng chứa H2S.
- Ảnh hưởng đồng thời của cả CO2 và H2S đến tốc độ ăn mòn thép trong pha lỏng.
- Nghiên cứu ăn mòn ứng suất của thép trong môi trường chứa H2S.
- 92 Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 6 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1.
- Các khu vực dầu khí của Việt Nam 14 Hình 1.3.
- Hệ thống đường ống dẫn khí phía Nam 15 Hı̀nh 1-4.
- Sơ đồ bên trong đường ống dẫn dầu 17 Hı̀nh 1-5.
- Sơ đồ mô phỏng tổng quát quá trình ăn mòn điện hóa của thép 18 Hı̀nh 1-6.
- Mối quan hệ giữa tốc độ ăn mòn của thép và áp suất riêng phần của CO2 22 Hình 1-7.
- Đồ thị DeWaard-Milliams đánh giá tốc độ ăn mòn do CO2 23 Hı̀nh 1-8.
- Cơ chế quá trình ăn mòn thép trong môi trường có chứa H2S 24 Hı̀nh 1-9.
- Cấu trúc tinh thể của mackinawite 25 Hı̀nh 1-10.
- Cơ chế ăn mòn nứt ứng suất SCC và ăn mòn do thẩm thấu hiđrô vào kim loại (HIC) trong môi trường H2S 26 Hı̀nh 1-11.
- Dạng ăn mòn H2S điển hình 27 Hı̀nh 1-12.
- Sự ảnh hưởng của áp suất riêng phần của H2S đến SSC trong hệ khí 29 Hı̀nh 1-13.
- Quá trình ăn mòn do tích tụ nước tại đáy ống 35 Hình 1-15.
- Cơ chế ăn mòn tại đỉnh ống trong đường ống 36 Hı̀nh 1-16.
- Hình ảnh mẫu đo điện hoá (điện cực làm việc) 48 Hı̀nh 2-2.
- Hình ảnh mẫu thép đo ăn mòn bằng phương pháp tổn hao khối lượng 49 Hı̀nh 2-3.
- Hình ảnh mẫu thử nghiệm gia công theo tiêu chuẩn NACE TM 0284 49 Hı̀nh 2-4.
- Hệ thiết bị đo điện hóa 52 Hı̀nh 2-5.
- Hình ảnh mẫu thử nghiệm trong thiết bị Autoclave (a) và đo kiểm tra pH của dung dịch thử nghiệm (b) 54 Hı̀nh 2-7.
- Dạng đường cong Tafel cuả thép trong dung dịch NaCl 3,5% 55 Hı̀nh 2-8.
- Kính hiển vi kim tương 58 Hı̀nh 3-1.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến pH dung dịch NaCl 3,5%, PCO2=370psi 60 Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 7 Hı̀nh 3-2.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn của thép cacbon trong NaCl 3,5%, PCO2=370 psi 62 Hı̀nh 3-4.
- Đường cong phân của thép cacbon trong dung dịch tương ứng với PH2S=3,4 psi tại các nhiệt độ khác nhau 63 Hı̀nh 3-5.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn của thép cacbon trong NaCl 3,5%, PH2S=3,4 psi 64 Hı̀nh 3-6.
- 66 Hı̀nh 3-7.
- So sánh tốc độ ăn mòn đo bằng phương pháp điện hóa tại các điều kiện khác nhau 67 Hình 3-8.
- So sánh tốc độ ăn mòn đo bằng phương pháp tổn hao khối lượng tại các điều kiện khác nhau 69 Hı̀nh 3-9.
- Hình thái học bề mặt mẫu sau thử nghiệm trong môi trường lỏng NaCl 3,5% chứa PCO2 = 370 psi, có và không có PH2S = 3,4 psi tại nhiệt độ 80oC , trước và sau khi làm sạch bề mặt 71 Hı̀nh 3-10.
- Hình thái học bề mặt và thành phần của sản phẩm ăn mòn trên bề mặt mẫu thép trong nước muối NaCl chứa CO2 có và không có H2S 72 Hı̀nh 3-11.
- Cơ chế ăn mòn do CO2 73 Hı̀nh 3-12.
- Cơ chế ăn mòn do H2S 74 Hình 3-13.
- Hình ảnh mẫu thép sau thử nghiệm ăn mòn nứt/giòn do H2S 75 Hı̀nh 3-14.
- Bề mặt mẫu thép API 5L X65 qua kính hiển vi với độ phóng đại 100 lần 75 Hı̀nh 3-15.
- So sánh sự ảnh hưởng của H2S đến ăn mòn thép cacbon trong môi trường khí có PCO2=370psi 77 Hı̀nh 3-16.
- Hình thái hoc bề mặt các mẫu thép sau thử nghiệm ăn mòn trong điều kiện PCO2=370 psi, PH2S=3,4 psi, tại các nhiệt độ khác nhau 78 Hı̀nh 3-17.
- Hình thái học bề mặt mẫu sau thử nghiệm trong môi trường khí chứa CO2 và H2S được quan sát bằng kính hiển vi kim tương 79 Hı̀nh 3-18.
- Hình thái học bề mặt mẫu tại các vị trí ăn mòn cục bộ trong pha khí chứa CO2, có và không có H2S được quan sát bằng kính hiển vi kim tương.
- 80 Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 8 Hình 3-19.
- Hình thái học bề mặt sản phẩm ăn mòn trên mẫu coupon được thử nghiệm trong môi trường khí có CO2 81 Hình 3-20.
- Hình thái học bề mặt sản phẩm ăn mòn trên mẫu coupon được thử nghiệm trong môi trường khí có CO2 và H2S 81 Hình 3-21 Thành phần sản phẩm ăn mòn của mẫu thép sau thử nghiệm trong nước muối chứa CO2 được phân tích bằng phổ EDX 82 Hình 3-22 Hình thái học bề mặt và thành phần sản phẩm ăn mòn của mẫu thép sau thử nghiệm trong nước muối chứa H2S và CO2.
- 83 Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 9 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1.
- Mác thép khuyến cáo sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí 41 Bảng 2-1.
- Bảng biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến tốc độ ăn mòn 61 Bảng 3-2.
- Bảng biểu diễn sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn 64 Bảng 3-3.
- Kết quả tốc độ ăn mòn bằng phương pháp điện hóa 66 Bảng 3-4.
- Tốc độ ăn mòn thép X65 trong pha lỏng NaCl 3,5% chứa PCO2 = 370 psi và PH2S = 3,4 psi được xác định bằng phương pháp tổn hao khối lượng 69 Bảng 3-5.
- Tốc độ ăn mòn trung bình trong môi trường có khí ăn mòn CO2 và H2S bằng phương pháp tổn hao khối lượng 76 Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 10 MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí bao gồm các hoạt động khai thác, chiết tách, lọc, vận chuyển (thường bằng các tàu dầu và đường ống), và tiếp thị các sản phẩm dầu mỏ.
- Vận chuyển trong công nghiệp dầu khí là một mạng lưới phức tạp các hệ thống đường ống vận chuyển dầu thô, khí tự nhiên, các sản phẩm dầu khí từ các khu chế biến, nhà máy lọc dầu.
- Hệ thống này đóng vai trò vô cùng quan trọng và là sự sống của nền công nghiệp dầu khí.
- Trong đó, hư hỏng do ăn mòn kim loại chiếm 20 - 25% những hư hỏng được ghi nhận, và thường rất nguy hiểm.
- Trong đường ống khai thác, thu gom, và vận chuyển dầu khí, các tác nhân chính gây ăn mòn kim loại như sau: các khí hòa tan (H2S, CO2, O2.
- nhiệt độ, chất rắn hòa tan, phân tán, muối NaCl, MgCl2, tốc độ dòng chảy, pH của nước… Trong đó, ăn mòn kim loại trong môi trường có CO2 và H2S là một trong những vấn đề lớn trong ngành công nghiệp dầu khí kể từ năm 1940.
- Sự có mặt của carbon dioxide (CO2), hydrogen sulphide (H2S) và nước tự do có thể gây ra vấn đề ăn mòn nghiêm trọng trong đường ống dẫn dầu và khí đốt.
- Trên thế giới và trong nước đã có nhiều nghiên cứu ăn mòn bên trong đường ống do CO2 và H2S.
- Ngoài ra, chưa có tài liệu đề cập đến ăn mòn do cả hai tác nhân này ở điều kiện 30% CO2 và 2800ppm H2S tại dải nhiệt độ khác nhau.
- Chính vì thế, mục đích của luận văn này là nghiên cứu sâu hơn, một cách có hệ thống về quá trình ăn mòn trong môi trường có sự hiện diện đồng thời cả CO2 và H2S, đồng thời khái quát hóa mối nguy cơ ăn mòn do hai Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 11 tác nhân này tại điều kiện khắc nghiệt của các đường ống dẫn dầu và khí của Việt Nam.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 12 CHƯƠNG 1.
- KHÁI QUÁT VỀ DẦU KHÍ 1.1.1.
- Dầu khí Thế giới Dầu mỏ được khai thác từ rất nhiều mỏ khác nhau, chúng phân bố ở những nơi rất khác nhau về đặc điểm địa lý tự nhiên, bởi vậy mỗi loại dầu thô ở mỗi mỏ đều có sự khác biệt nhất định.
- Hı̀nh 1-1.
- Dầu khí Việt Nam Theo số liệu thống kê [19], Việt Nam là quốc gia đứng thứ 28 trên tổng số 52 nước trên thế giới có tài nguyên dầu khí.
- Tiềm năng dầu khí của Việt Nam nằm chủ yếu ở 7 bể: Cửu Long, Côn Sơn, Sông Hồng, Malay Thổ Chu, bể Phú Khánh, Hoàng Sa và Trường Sa.
- Các bể dầu khí của Việt Nam chủ yếu nằm ở phía Nam Việt Nam là trầm tích và có đặc điểm phức tạp.
- Hı̀nh 1-2.
- Các khu vực dầu khí của Việt Nam [19] Việt Nam có 7 loại dầu thô được sản xuất từ các mỏ dầu khác nhau: Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, Rạng Đông, BungaKekwa/Cái Nước và Sư Tử Đen.
- Mỏ khí Lô B-Ô Môn của bể Malay- Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Hı̀nh 1-3.
- Từ trước đến nay, do hàm lượng CO2 và H2S trong dầu và khí được khai thác bởi PVN không cao, nên các nghiên cứu về ăn mòn do CO2 và H2S chưa được quan tâm nhiều.
- Đây là hàm Luận văn Thạc sỹ KTHH GVHD: PGS.TS.
- Mai Thanh Tùng HVTH: Lê Thị Hồng Giang – 14BKTHH Trang 16 lượng khá cao trong các mỏ dầu khai thác bởi Vietsovpetro.
- Đặc biệt, hiện nay Tổng công ty Dầu khí Việt Nam đang dự tính đưa vào khai thác một số mỏ khí thuộc miền Trung biển Việt Nam có hàm lượng CO2 và H2S khá cao.
- Vị trí Hàm lượng CO2 max.
- Hàm lượng H2S max, ppm Áp suất tổng, Psi Khí đầu vào 30 (~370 psi psi) 1200 Để kịp thời đưa ra những giải pháp cho hệ thống ống khai thác và các đường ống vận chuyển tại những mỏ dầu khí có hàm lượng khí ăn mòn cao, cần có nghiên cứu kỹ càng về cơ chế cũng như bản chất ăn mòn đồng thời của cả CO2 và H2S tại điều kiện nhiệt độ, áp suất của mỏ.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt