CORROSIÓN, IDENTIFICACIÓN Y TRATAMIENTO Indice 1.- Antecedentes 2.- Ciclo termodinámico 3.- Ambiente electroquímico 4.- Factores que afectan 5.- Tipos de corrosión 6.- Corrosión en tuberias 7.- Prevención y monitoreo 8.- Identificación de agentes corrosivos 9.- Evaluación Corrosión - Historia • Primeros Indicios en Armas e Utensillos Corrosión Ciclo termodinámico Corrosión – Definición • Corrosión es la principal forma por la cual los metales se deterioran Corrosión en perforación • La mayoria de los fluidos de perforación y / o completación son corrosivos, OBMs y formiatos son los menos corrosivos • Las elevadas temperaturas y presiones encontradas en el fondo del pozo promueven las condiciones corrosivas • Electrolitos y materiales inorgánicos son mas corrosivos que los materiales orgánicos Corrosión – Ambiente Electroquímico • Representación de una estructura molecular de acero perfecta Fe3C Fe Limite Granula r Cada grano es una estructura conformada por diferentes aleaciones entre los limites de grano que se precipitan al enfriarse el acero. Corrosión – Proceso Acero Corrosión – Proceso Gota de Agua Acero Corrosión – Proceso Gota de Agua O2 OH OH - O2 Acción Catódica reduce el Oxigeno del aire, formando iones de Hidróxido e- - ee Acero e- ee- Corrosión – Proceso El Hidróxido Rápidamente se Oxida en forma de herrumbre O2 OH Fe 2+ Fe 2+ OH - O2 Acción Catódica reduce el Oxigeno del aire, formando iones de Hidróxido e- - ee e- ee- Acción Anódica causa la picadura del hierro Corrosión – Proceso El Hidróxido Rápidamente se Oxida en forma de herrumbre O2 OH Fe 2+ Fe 2+ OH - O2 Hidróxido de Hierro se forma y precipita Acción Catódica reduce el Oxigeno del aire, formando iones de Hidróxido e- - ee e- ee- Acción Anódica causa la picadura del hierro La Celda Electroquimica alimentada por la energia de la oxidación continua el proceso de corrosión Factores de Corrosión Favorecen la generación de un ambiente corrosivo - pH Temperatura Velocidad de flujo Contenido de Gases ácidos (pH) - Metalurgia pH • Relacion de iones de Hidrogeno vs Oxidrilos - Mas H+ = acido - Mas OH- = Alcalino ( Base) pH • Corrosion alta Acido • Corrosion Significativa • Corrosion Moderada • Corrosion Poco Probable Base • Corrosion Improbable Temperatura • Provee la energia para la aceleracion de la oxidación/reducción • Directamente proporcional a la corrosión Velocidad de Flujo • Influye directamente en la tasa de corrosión - Baja velocidad facilita deposición de agua - Alta velocidad genera erosion + corrosion • El efecto depende de los agentes corrosivos presentes en el fluido Gases ácidos • Oxígeno • Dióxido de carbono • Sulfuro de hidrógeno • Mezclas ( Oxígeno – dioxido de carbono ) • MICRO ORGANISMOS Metalurgia • Ataques por picaduras tambien pueden ser favorecidos por - Incrustaciones de laminación - Inclusión de escoria - Tratamiento térmico incorrecto - Soldadura inadecuada Tipos de Corrosión • Corrosion uniforme • Corrosión Intergranular • Corrosión en picaduras • Corrosion con Fracturas por fatiga ( SCC) • Corrosión por contacto ( Crevice) Corrosión Uniforme • Producida cuando toda una superficie está expuesta a un ambiente corrosivo. Espesor del Material Reducido Uniformemente Corrosión Intergranular • Producida generalmente en aleaciones de metales entre las uniones de los granos del metal. Corrosión a través de Los granos del Metal Corrosión en Picaduras • Producida localmente en el metal mientras que el resto permanece intacto Corrosión en Picaduras localizadas Corrosión en Fracturas por Fatiga ( SCC) • Fracturas generadas por la fatiga del material entre los granulos favorecen el proceso de corrosión. Fracturas Intergranulares o Transgranulares Corrosión Bimetálica • Generadas por la influencia del contacto con otro material de diferente tipo y/o geometria. Espesor es reducido localmente Debido al contacto irregular Corrosión en Tuberias Corrosión en Tuberias • Son la parte mas critica de la cadena de producción • Son la parte mas facilmente afectada por la corrosión • Su extension hace necesario el monitoreo constante • La corrosión por picaduras es el tipo mas comun • Externamente son efectivamente revestidas • Internamente esta expuestas a los fluidos transportados Factores de Corrosión • Soldadura Inapropiada: - Material de soldadura incorrecto - Choque térmico • Velocidad de Flujo - Demasiado alta: erosión-corrosión - Demasiado baja: deposición-corrosión • Limpieza Inadecuada - Acumulación de incrustaciones - Acumulación de Líquidos - Crecimiento de Microorganismos • Protección Inadecuada - Protección catódica/anódica - Inhibidor de Corrosión • • Tipo incorrecto Dosificación insuficiente Prevención y Monitoreo Materiales metálicos :tanques, separadores Tuberias prod – perf. , valvulas, codos Accesorios en general • La vida util de las instalaciones depende del programa de monitoreo y mantenimiento Debemos tratarlo Continuamente..... Tuberias Planta Valvulas Tanques Estructuras Costos Reactores Prevención Existen 4 elementos • Ánodo, • Cátodo, • condutor y • electrolito que no pueden ser eliminados, pero si modificados • Para prevenir la corrosión usamos 3 sistemas: - Revestir la superficie para evitar el contacto - Utilizar protección Catódica/Anódica - Utilizar inhibidores de Corrosión Prevención - Revestimiento La tuberia es revestida para aislarla de los agentes corrosivos externos El fluido transportado determina si se puede aislar internamente En la industria del petroleo no se puede Prevención – Protección Catódica Se utiliza el principio de la celda voltaica para que la corrosión ataque preferencialmente un Barra de metal Magnesio de Cable Metálico conectando el anodo de Zinc y el Cátodo de hierro Reacción de Oxidación el en Catodo Reacción de Oxidación el en anodo Sacrificio Tuberia Electrolito HCL Electrolito HCL Burbujas de H2 Conectar la tuberia de acero a un metal mas activo como el magnesio convierte el sistema en una celda voltaica que oxida el magnesio en vez del Acero, Reemplazar la barra de magnesio es mas facil que la tuberia Prevención – Inhibidores de Corrosión Moleculas diseñadas para formar un film adherido a las superficies metálicas y aislarlas del medio corrosivo Moleculas de Inhibidor Metal Prevención – Inhibidores de Corrosión •Los inhibidores pueden ser - Orgánicos - Inorgánicos. •Los inhibidores orgánicos pueden ser - Anódicos, - Catódicos - Mixtos. La selección depende de su reacción en la superficie metálica y en como es afectado el potencial del metal Prevención – Inhibidores de Corrosión •Mecanismo de Inhibición - Formación de un film de espesor considerable - Formación de un film por reacción con el metal - Formación de un film por adsorción superficial sin reaccionar •Tipos de Adsorción - Interacción entre órbitas atómicas - Adsorción Electrostática - Quimisorción Prevención – Inhibidores de Corrosión •Proceso de Selección a) b) c) d) e) Determinación de las causas de corrosión Selección del Inhibidor Evaluación In Situ Prueba de campo para corroborar resultados Uso normal M-I SWACO recomienda los inhibidores fílmicos orgánicos, cuya estructura presenta gran solubilidad o dispersabilidad en el medio, siendo efectivos a minima saturación superficial y pequenãs concentraciones . Monitoreo • La vida util de las instalaciones depende del programa de monitoreo y mantenimiento Instalaciones sin protección pueden tener su vida util reducida a solo 3 años, generando un potencial de accidentes Monitoreo Consiste en la medición de la tasa de desgaste del material mediante el uso de testigos expuestos a las condiciones del medio Los testigos pueden ser : Mecánicos Electricos Electroquímicos Algunos miden la perdida de masa o tasa de corrosión, otros miden la corrosividad del medio Monitoreo Existen varias formas de monitoreo : Cupones de corrosión Resistencia electrica Testigos de resistencia inductiva Resistencia de polaridad Emisión acústica Identificacion • Oxígeno al reaccionar con el hierro Fe ( OH ) 3 color marrón • Dióxido de carbono al reaccionar con el hierro Fe ( HCO 2 ) 3 color marrón obscuro • Sulfuro de hidrógeno Fe x S y color negro • MICRO ORGANISMOS ( SBR ) Fe S y Fe ( OH ) 2 color negro musilaginoso Identificacion visual • Oxígeno Pit pequeños y profundos asimétricos • Dióxido de carbono al reaccionar con el hierro Pits pequeños simétricos, se asemejan a corrosión uniforme • Sulfuro de hidrógeno Pits simétricos perceptibles de forma discontínua • MICRO ORGANISMOS ( SBR ) Picadura simétrica profunda ( forma de clavo ) + secreción musilaginosa Tasas de corrosion Por oxígeno Por dióxido de carbono Tasas de corrosion Por sulfuro de hidrógeno Por BSR Corrosion por H2S Corrosion por H2S Picaduda por Oxigeno Picaduda por Oxigeno Corrosion por CO2 Corrosion por Micro organismos Corrosion intergranular Monitoreo Existen varias formas de monitoreo : Cupones de corrosión Resistencia electrica Testigos de resistencia inductiva Resistencia de polaridad Emisión acústica Evaluación Tasas de corrosion Todos los fluidos son corrosivos y la importancia es saber cuanto afectan al material ( tasa de corrosión ). Para minimizar esta tasa de corrosion podemos usar aditivos La tasa de corrosion se puede medir Mils penetration per year ( mpy ) Pound / square ft / year (Lbs / ft2 / year) La tasa de corrosión expresada en mpy se calcula como : W mpy = 543 ---------------ρAT W perdida de peso mg ρ densidad del cupón g / cc A área del cupón sq inc T tiempo de exposición hrs Tasas de corrosion Anillos de corrosión Tienen un tamaño tal para calzar en la ranura de la caja en la unión de la herramienta ( sarta de perforación ) La tasa de corrosion se puede medir Pound / square ft / year (Lbs / ft2 / year) Mils penetration per year ( mpy ) La tasa de corrosión expresada en Lbs / ft2 / year se calcula como : perdida de peso en gr Lbs / ft2 / year = K ----------------------------------------- tiempo de exposición en hrs Tasas de corrosion El factor K es la constante para el área del anillo expuesta y para la densidad del metal del anillo : 1000 K= -------------------------------------------------------------------------SG del metal x densidad del metal x Area anillo x año Tambien se puede expresar como mpy mpy = Lbs / ft2 / year x 24,6 Tasas de corrosion El análisis determina : perdida de peso, tipo de corrosión , por los productos de corrosión presentes : Valores standard para determinar severidad de corrosión son : Tasa Baja Lbs / ft2 / year 0–2 mpy 0 – 50 Moderada Alta Severa 2–4 4–6 mas de 6 50 – 100 100 – 150 mas de 150 El anillo debe estar perféctamente ajustado en el box para evitar erosión hidráulica o deterioro mecánico que interfiera su evaluación