Estudio del proceso y propuesta del mecanismo de corrosión para acero API 5L X52 en agua producida de yacimiento petrolero

Abstract

RESUMEN: Entre los problemas actuales que enfrenta la Industria petrolera se encuentran los yacimientos de petróleo que al estar en una fase avanzada de explotación, así como incrementándose el contenido de agua en el crudo extraído, la misma contiene mayores concentraciones de contaminantes orgánicos e inorgánicos; Estos compuestos promueven la corrosión interna de las líneas de transporte. Esto ha originado que la industria petrolera, tenga la necesidad de conocer el mecanismo de corrosión del acero API 5L X52, que está en contacto con el agua de producción natural proveniente del yacimiento petrolero; Para lograr este objetivo, se tomó una muestra de un campo petrolero mexicano, el cual produce fluidos ligeros de 20 a 35° API y altos volúmenes de agua de producción (40%) durante la extracción de petróleo. Dentro del presente trabajo de investigación se utilizaron dos técnicas de caracterización del agua de producción, como primera técnica se utilizó Emisión de Plasma, la cual mostró un alto contenido en sales; posteriormente se analizó a través de Stiff and Davis la dureza del agua de producción, dando como resultado que ésta tiene un índice de estabilidad de 1.24, lo que indica una tendencia a formar incrustaciones y a ser corrosiva al mismo tiempo. Dichos análisis fueron proporcionados por el Instituto Mexica del Petróleo (IMP). El proceso de corrosión se determinó usando diferentes técnicas electroquímicas: Resistencia a la Polarización (Rp), polarización de Tafel y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica. Las evaluaciones se realizaron con tiempos de exposición de 90, 180 y 270 días a temperaturas de 25 y 45°C, en presencia y ausencia de oxígeno; Los resultados mostraron que existe mayor daño de la superficie metálica en las muestras expuestas en un medio sin presencia oxígeno, encontrándose que el proceso de corrosión está en función del tiempo. La composición de la superficie metálica del acero API 5L X52 expuesta por 90,180 y 270 días en un medio agresivo, fue analizada a través de las técnicas de Microscopia Electrónica de Barrido y Espectroscopia de Fotoelectrones Emitidos por Rayos X; Los resultados de estos análisis reafirmaron la formación de depósitos sobre la superficie de metal, en forma de sales como cloruro de sodio, calcio y hierro donde las cantidades de hierro y oxígeno, en la muestra de acero expuesta en agua de producción sin oxígeno son menores, comparando con la muestra obtenida en la presencia de oxígeno; Esto se debe principalmente a una menor formación de oxihidroxidos de 𝐹𝑒3+;debido a que este tipo de productos se forman en la zona interfacial de la superficie sólida y medio acuoso, sin embargo, esto no influye en la velocidad de la corrosión, pero si en el tipo de productos de corrosión, en la parte exterior de la capa formada. Estos productos de corrosión fueron removidos de la superficie metálica y del medio acuoso, analizados por técnicas de Mössbauer, Difracción de Rayos X y Espectroscopia Ultravioleta-Visible (UV-VIS), en el rango 200-800 nm, con la técnica de Reflectanica Difusa; Los análisis confirmaron la formación de lepidocrocita, lo que respalda la información obtenida por previas técnicas de caracterización. ABSTRACT: Nowadays, the Oil Industry is facing new challenges due to the fact that most oil wells are at an advanced exploitation stage, where oil is being extracted along with water, which contains high concentrations of organic and inorganic pollutants. These compounds, when in contact with other aggressive media, promote the corrosion of the metallic parts of the transport pipelines. This situation has triggered the necessity of eliciting the corrosion mechanism of the API 5L X52 steel that is contact with natural production water coming from the oil well so that the Oil Industry can act accordingly. In order to accomplish this aim, a sample from a Mexican Oil Well, which produces light fluids (20 to 35° API) and high production water volumes (40%) during oil production, was taken. The production water was characterized by means of the plasma emission technique, which showed its high salt content; afterwards, it was analyzed by Stiff and David in order to know its hardness, yielding a stability index of 1.24, which indicates that it is prone to both form incrustations and be corrosive. The corrosion process was studied by using different electrochemical techniques: polarization resistance (Rp), Tafel slopes and electrochemical impedance spectroscopy. The evaluations were carried out with exposure times of 90, 180 and 270 days at 25 °C and 45 °C with and without oxygen. The results show that there is more damage of the metal surface of the samples exposed to the oxygen-free medium; in addition, it was found that the corrosion process is a function of time. The composition of the metal surface of the API 5L X52 steel exposed to the aggressive medium for 90, 180 and 270 days was analyzed by using scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The corresponding results confirmed the formation of deposits on the metal surface in the form of salts such as sodium chloride, calcium and iron, where the iron and oxygen quantities in the steel sample without oxygen are lower than those obtained for the oxygen-exposed sample. The aforementioned is due mainly to a lower formation of 𝐹𝑒3+ oxyhydroxides, which are produced in the interfacial zone of the solid surface and the aqueous medium; however, this does not affect the corrosion velocity, but the type of corrosion products in the external part of the formed layer. The corrosion products were removed from the metal surface and aqueous medium in order to be analyzed by the Mössbauer technique, X-ray diffraction and ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis) within the 200-800 nm range by means of the diffuse reflectance technique. The corresponding results confirmed the formation of lepidocrocite, which supports the information obtained from previous characterization techniques.