ماده بازدارنده خوردگی اسیدی: نقش آن در کاهش خوردگی
خوردگی یک چالش دائمی و پرهزینه در صنایع مختلف، به ویژه در بخش نفت و گاز است که در آن محیط‌های اسیدی شایع هستند. برای مقابله با این مشکل، مواد بازدارنده خوردگی به بخشی جدایی‌ناپذیر از تجهیزات صنعت تبدیل شده‌اند. یکی از این بازدارنده‌ها، ماده بازدارنده خوردگی اسیدی است که نقش مهمی در کاهش خوردگی در طول فرآیندهای تمیزکاری و خنثی‌سازی دارد.
فرآیند تحریک چاه نفت و گاز، بازده و جریان هیدروکربن‌ها را در چاه‌های قدیمی افزایش میدهد. این روش شامل تزریق انواع مختلف اسیدهای معدنی، مانند اسید هیدروکلریک، اسید هیدروفلوئوریک، اسید سولفوریک یا اسیدهای آلی مانند اسید استیک و اسید سیتریک است تا حفره‌ها و کانال‌های جدیدی در مخزن چاه نفت ایجاد کند. این مسیرهای جدید راه را برای رسیدن نفت به محفظه چاه هموار می‌کنند و در نتیجه راندمان تولید را افزایش می‌دهند. این فرآیند در هر دو نوع چاه‌های تزریق آب و چاه‌های تولید برای افزایش کارایی تولید اجرا می‌شود.
از نظر نوع مخازن نفت و گاز، با بررسی مواد معدنی موجود، حدود ۵۰٪ از سنگ‌های مخزن از مواد معدنی کربناته (مانند سنگ آهک، دولومیت و غیره) و ۵۰٪ باقی‌مانده از ماسه‌سنگ‌ها (مانند کوارتز، فلدسپار و غیره) تشکیل شده‌اند.
ترک‌ها و حفره‌های ایجاد شده توسط فشار و اسیدها باعث افزایش نرخ جریان مایعات در چاه خواهند شد. به دلیل نیاز جهانی به افزایش استخراج نفت و گاز، فرآیند اسیدی به طور گسترده‌ای در مناطق مختلف میدان‌های نفتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:
– چاه‌های حوضه زاگرس، از جمله خوزستان
– چاه‌های خلیج فارس
– چاه‌های گاز
– روسیه
– قزاقستان
– آذربایجان
– کشورهای حوزه خلیج فارس
– عراق (اربیل و بصره)
– کشورهای عربی
هنگام انتخاب محصول مناسب، کارشناسان شرکت شیمیایی تصفیه به چندین عامل کلیدی توجه می‌کنند، از جمله:
– نوع تشکیل کربناته یا سیلیکاته
– نوع اسید خاص استفاده شده
– دمای اسیدی کردن (بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ فارنهایت)
– عمر چاه
– غلظت اسید
در شرکت شیمیایی تصفیه، ما مواد مؤثر و ایمنی را برای افزایش عملکرد و سودآوری مشتری سنتز کرده‌ایم در حالی که ایمنی را برای اپراتورهای همکار خود در میدان‌های نفتی تضمین می‌کنیم.
در فرایندهای تحریک چاه دو نوع اصلی اسید کاری وجود دارد:
- اسیدکاری ماتریسی (matrix Acidizing): این فرایند شامل تزریق اسید با فشار کم برای حل کردن ماتریکس سنگ اطراف چاه و افزایش نفوذپذیری است.
- اسیدکاری شکست (fracture acidizing): شامل تزریق اسید با فشار بالا برای ایجاد شکستگی در تشکیل سنگ است که امکان نفوذ بیشتر اسید و انحلال گسترده تر سنگ را فراهم می‌کند.
در اسیدکاری چاه، حفره‌ها و کانال‌های جدیدی ایجاد می‌شود. در نتیجه، جریان نفت از طریق این کانال‌ها افزایش می‌یابد. زمانی که نفت و سایر هیدروکربن‌ها با اسیدها واکنش می‌دهند، ممکن است برخی محصولات جانبی و مشکلات ناخواسته به وجود آید.
چالش‌های رایج شامل موارد زیر است:
– خوردگی، به ویژه در چاه‌های با دمای بالا.
– انباشت لجن، مانند قیر و موم.
– وجود یون‌های آهن.
– وجود گاز H۲S.
– تشکیل امولسیون‌های نفت-اسید-آب.
برای مقابله با این مسائل، استفاده از بازدارنده‌های خوردگی، مانند بازدارنده‌های خوردگی اسیدی، بسیار حیاتی است.
اهمیت بازدارنده‌های خوردگی اسیدی
خوردگی می‌تواند عواقب شدیدی به همراه داشته باشد، مانند آسیب به یکپارچگی اجزا، ترکیدن لوله‌ها و نشت سیالات که می‌تواند به طور قابل توجهی بر کارایی تولید نفت تأثیر بگذارد و خطرات ایمنی ایجاد کند. بازدارنده‌های خوردگی معدنی سنتی، مانند کرومات، نیتریت و نمک جیوه، به دلیل سمیت بالا و تأثیرات زیست‌محیطی‌شان محدود یا ممنوع شده‌اند. به همین دلیل، تمرکز به سمت توسعه بازدارنده‌های خوردگی آلی مؤثر و دوستدار محیط زیست تغییر کرده است.
باور بر این است که بازدارنده‌های خوردگی اسیدی با جذب بر روی سطح فلز و تشکیل یک فیلم محافظ که با فرآیندهای الکتروشیمیایی در سطح مشترک فلز-محلول تداخل می‌کند، نرخ خوردگی را کاهش می‌دهند. معروف‌ترین گروه‌های بازدارنده خوردگی ترکیبات کواترنری هستند که دارای یک اتم نیتروژن با بار مثبت هستند و همچنین ترکیبات آلی با هترو اتم مانند نیتروژن، اکسیژن و گوگرد.
مکانیسم جذب بازدارنده‌های خوردگی اسیدی
جذب بازدارنده‌های خوردگی بر روی سطح فلز یک فرآیند پیچیده است که هنوز به طور کامل درک نشده است. با این حال، مطالعات نشان داده‌اند که ساختار شیمیایی و الکترونیکی مولکول‌های بازدارنده نقش مهمی در تعیین فرآیند جذب و کارایی جلوگیری از خوردگی ایفا می‌کند. مولکول‌هایی که دارای اتم‌های غیرمعمول مانند نیتروژن، اکسیژن و گوگرد هستند، به دلیل وجود جفت الکترون‌های تنها که می‌توانند پیوندهای کوئوردینه با سطح فلز تشکیل دهند، تأثیر خوبی در جلوگیری از خوردگی دارند. علاوه بر این، قطبش پذیری و اندازه مولکول‌های بازدارنده نیز می‌تواند بر رفتار جذب و جلوگیری از خوردگی آن‌ها تأثیر بگذارد.
بازدارنده‌های خوردگی می‌توانند به عنوان بازدارنده‌های کاتدی یا آندی عمل کنند، بسته به تأثیر غالب آن‌ها بر فرآیندهای الکتروشیمیایی در سطح مشترک فلز-محلول. بازدارنده‌های کاتدی واکنش کاتدی را سرکوب می‌کنند در حالی که بازدارنده‌های آندی واکنش آندی را سرکوب می‌کنند. جذب بازدارنده‌ها بر روی سطح فلز همچنین می‌تواند شیمی سطح را تغییر دهد که منجر به تغییراتی در مکانیسم فرآیندهای الکتروشیمیایی می‌شود.
یک جنبه کلیدی از بازدارنده‌های خوردگی اسیدی توانایی آن‌ها در حفظ حلالیت بالا در محلول اسیدی است که توزیع یکنواخت آن‌ها و جلوگیری مؤثر از خوردگی را در طول فرآیندهای اسیدشویی تضمین می‌کند. با این حال، برخی از بازدارنده‌های آلی ممکن است حلالیت در آب ضعیفی داشته باشند که می‌تواند کارایی آن‌ها را محدود کند.
اگرچه خوردگی یک مسئله پیچیده و چالش برانگیز است، توسعه و استفاده از بازدارنده‌های خوردگی اسیدی نقش مهمی در کاهش تأثیر آن داشته‌اند، به ویژه در صنعت نفت و گاز.
شرکت شیمیایی تصفیه
شرکت شیمیایی تصفیه از پیشروان ارائه‌دهنده بازدارنده‌های خوردگی و سایر مواد شیمیایی میادین نفتی است که به حل این چالش‌ها در صنعت کمک می‌کند. شرکت شیمیایی تصفیه یک تولیدکننده و تأمین کننده برجسته بازدارنده‌های خوردگی با کیفیت بالا، از جمله بازدارنده‌های خوردگی اسیدی است که در بخش نفت و گاز برای کاهش خوردگی و حفظ یکپارچگی زیرساخت‌های حیاتی استفاده می‌شود.
بازدارنده‌های خوردگی اسیدی تولید شده در شرکت شیمیایی تصفیه نقش حیاتی در اسیدکاری و تحریک چاه ایفا می‌کنند. این بازدارنده‌ها برای مقابله با تأثیر مخرب مایعات با اسیدیته بالا که می‌توانند منجر به خوردگی شدید شوند ضروری هستند. شرکت شیمیایی تصفیه پیشتاز در ارائه مجموعه‌ای جامع از بازدارنده‌های خورندگی با کیفیت بالا است که برای محافظت از اجزای فلزی درون چاه، عمق چاه و لوله کشی طراحی شده‌اند.
کارایی بازدارنده‌های خوردگی بستگی به توانایی آن‌ها در کاهش خوردگی در انواع مختلف فولاد دارد. هدف نهایی تضمین حفاظت از تجهیزات و زیرساخت‌ها حتی تحت فشار و غلظت بالای اسیدها و شرایط سخت دماهای بالای مخزن است.
شرکت شیمیایی تصفیه با محصول ضدخوردگی اسیدی خود موفقیت‌هایی کسب کرده است. این فرمولاسیون های نوآورانه به دلیل عملکرد عالی خود بین سایرین برجسته است.
این محصولات تحت شرایط دمایی مختلف آزمایش شده و ثابت شده است که جلوگیری از خوردگی فوق‌العاده‌ای را ارائه میدهد. به عنوان مثال میزان نرخ خوردگی در فرمولاسیون TCOR 2500 که مربوط به اسید کلریدریک ۱۵ درصد در دمای ۹۳ درجه سانتی گراد روی کوپن N80 است، حدودا برابر ۰.۰۳ lb/ft می باشد. قابل توجه است که این محصول تا دماهای ۲۳۰ درجه فارنهایت قبل از تجزیه یکپارچگی خود را حفظ می‌کند. این ویژگی آن را به یک فرمولاسیون قوی و قابل اعتماد برای شرایط چالش برانگیز اسیدکاری تبدیل کرده است.
برای شرایط شدیدتر که ممکن است شامل غلظت بالاتر اسید یا دماهای تا ۳۰۰ درجه فارنهایت باشد، تقویت‌کننده‌ها (intensifier) گزینه‌ای مناسب هستند. این تقویت‌کننده‌ها می‌توانند با بازدارنده‌های خورندگی مخلوط شوند و شدت محیط خورنده را کاهش دهند. این رویکرد پیشگیرانه حفاظت مداوم از تجهیزات را حتی در شرایط سخت مانند دماهای تا ۳۰۰ درجه فارنهایت و غلظت اسید تا ۲۸٪ تضمین می‌کند.
در دمای بالاتر از ۳۰۰ درجه فارنهایت، تیم ما می‌تواند راه‌حل‌های سفارشی برای برآورده کردن نیازهای خاص ارائه دهد.
استفاده از تقویت‌کننده‌ها در کنار بازدارنده‌های خوردگی با عملکرد بالا به صاحبان صنایع این امکان را میدهد که عمر تجهیزات میادین نفتی را حداکثر کرده و خطر خرابی زودرس حین اسیدکاری را به حداقل برسانند.
مواد شیمیایی رایج در اسیدکاری
رایج‌ترین مواد شیمیایی مورد استفاده در عملیات اسیدکاری شامل اسید هیدروکلریک، اسید هیدروفلوئوریک، اسید استیک، اسید فرمیک و اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک و اسید لاکتیک هستند. این اسیدها بسیار خورنده بوده و می‌توانند به شدت اجزای فلزی مانند لوله‌ها، پوشش‌ها و ابزارهای زیرزمینی را در صورت عدم مدیریت مناسب تخریب کنند.
برای مقابله با اثرات خورندگی این اسیدها، معمولاً بازدارنده‌های خوردگی تخصصی به سیال اسیدکاری اضافه می‌شوند.
بازدارنده‌های خوردگی رایج برای عملیات اسیدکاری شامل ترکیبات آلی حاوی اتم‌های نیتروژن، گوگرد و اکسیژن هستند، مانند ایمیدازولین‌ها، ترکیبات آمونیوم کواترنری و تیو اوره. این بازدارنده‌ها با جذب روی سطح فلز، یک لایه حفاظتی تشکیل می‌دهند که از تماس مستقیم بین فلز و اسید خورنده جلوگیری می‌کند.
اثربخشی این بازدارنده‌های خوردگی تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد، از جمله غلظت آن‌ها، نوع و غلظت اسید، دما و فلز خاصی که باید محافظت شود. این بازدارنده‌ها می‌توانند به عنوان بازدارنده‌های کاتدی یا آندی عمل کنند.
باتوجه به اهمیت عملکرد بهینه مواد ضد خوردگی و محافظت از لوله‌های چاه و تجهیزات در طول فرآیند اسیدکاری عواملی که بر عملکرد مواد ضد خوردگی تأثیر می گذارند شامل:
- نوع و غلظت اسید مورد استفاده:
اسیدهای مختلف (HCl، HF، اسید فرمیک) دارای خواص خورندگی متفاوتی هستند. از همین رو مواد ضد خوردگی اسیدکاری باید با اسید خاص مورد استفاده سازگار و مؤثر باشند. و همچنین غلظت های بالاتر اسید مورد استفاده معمولاً باعث افزایش خورندگی می شود و به بازدارنده با عملکرد قوی تری نیاز دارد.
- دما:
نرخ خوردگی به طور قابل توجهی با افزایش دما افزایش می یابد. در نتیجه لازم است بازدارنده های انتخاب شده در دماهای بالا پایدار و موثر باشند. گاهی دما در محیط های پایین چاه نفت به ۳۵۰ درجه فارنهایت نیز میرسد. همچنین از نگاه دیگر، نوسانات دما در طول اسیدی شدن می تواند بر عملکرد بازدارنده تأثیر بگذارد. بازدارنده ها باید اثربخشی خود را در طیف وسیعی از دماها حفظ کنند.
- مدت زمان تماس :
زمان تماس طولانی بین اسید و فلز، پتانسیل خوردگی را افزایش می دهد. بازدارنده ها نیاز به محافظت طولانی مدت دارند. از همین رو قرار دادن و پوشش موثر بازدارنده روی سطوح فلزی برای محافظت طولانی مدت بسیار مهم است.
- جنس فلزات (عوامل متالورژیک):
با توجه به ساختارها و ترکیبات مختلف فولاد ها، هر فولاد مقاومت در برابر خوردگی متفاوتی از خود در شرایط اسید کاری نشان میدهد. بازدارنده ها باید بر اساس متالورژی خاص لوله های چاه طراحی شوند. وجود رسوب، زنگ زدگی یا عوامل دیگر می تواند بر جذب و عملکرد بازدارنده تأثیر بگذارد. ممکن است pretreatment لازم باشد.
- وجود عوامل خورنده H۲S و CO۲:
سولفید هیدروژن (H۲S) و دی اکسید کربن (CO۲) خوردگی اسید را افزایش می دهند. از همین جهت با توجه به میزان گاز های خورنده و فشار H۲Sو CO۲ موجود، بازدارنده های تخصصی باید طراحی گردند تا تمام نیاز فرایندی اسید کاری را برطرف نماید.
- نوع جریان:
سرعت جریان بالا می تواند حمل و نقل و توزیع بازدارنده را افزایش دهد اما ممکن است سرعت کاهش وزن فلز را نیز افزایش دهد. همچنین ممکن است باعث از بین رفتن فیلم تشکیل شده بر روی سطح نیز بشود. از طرف دیگر در مناطق راکد، اثر بازدارنده ممکن است به دلیل عدم شارژ مجدد ضد خوردگی کاهش یابد.
- مکانیزم عملکرد هر بازدارنده:
بازدارنده ها یک لایه محافظ روی سطح فلز تشکیل می دهند. استحکام و پایداری این فیلم برای محافظت در برابر خوردگی بسیار مهم است. از همین رو مهمترین عامل، غلظت بهینه برای تشکیل فیلم موثر میباشد. غلظت ناکافی ممکن است منجر به محافظت ناکافی شود، در حالی که غلظت بیش از حد می تواند اتلاف مواد شیمیایی باشد و حتی ممکن است در برخی موارد باعث افزایش خوردگی شود. همچنین ترکیب انواع مختلف بازدارنده های اسید کاری می تواند عملکرد کلی را از طریق اثر هم افزایی افزایش دهد.
در نتیجه، بازدارنده‌های خوردگی اسیدکاری یک جزء حیاتی در مبارزه با خوردگی، به‌ویژه در صنعت نفت و گاز هستند. توانایی آن‌ها در جذب روی سطوح فلزی و تداخل با فرآیندهای الکتروشیمیایی، آن‌ها را به ابزاری ضروری برای حفظ یکپارچگی خطوط لوله، مخازن و سایر اجزای فلزی تبدیل کرده است. در حالی که مکانیزم‌های جذب به‌طور کامل درک نشده‌اند، تحقیقات جاری در شرکت شیمیایی تصفیه در حال کار بر روی توسعه بازدارنده‌های مؤثرتر و دوستدار محیط زیست است.