Contribution à l’étude des phénomènes de corrosion des pipes APIN80 en présence d’un gradient de température et en milieu eau de l’albien

Abstract

La région de Haoud Berkaoui, objet de cette étude, se situe à 100Km au sud de Hassi Messaoud, l’extraction du pétrole des gisements de cette région nécessite l’injection, sous grande pression, d’eau dans les formations géologiques. L’eau est extraite de la nappe albienne qui se situe à une profondeur de 2000m. Les équipements de surface et de fond du dispositif de maintien de pression par injection d’eau doivent être protégés contre la corrosion. Le dispositif de maintien de pression comporte des puits sources, constitués de tubes de production, et d’une garniture de traitement appelée concentriques ou pipes, de nuance API5 CT N80, à travers lesquels sont acheminés les produits de traitement de l’eau contre la corrosion. La durée de vie de ces derniers, prévue pour 5 années, a été fortement réduite, c’est au bout de seulement 2 années que ces pipes se sont complètement corrodés. La cause de leur dégradation est en rapport avec la température de l’eau qui circule à travers leurs parois. L’objectif principal de ce travail est l’étude de l’action combinée de la température et du traitement de revenu sur la tenue à la corrosion des pipes API N 80 en milieu eau de l’Albien. Différentes techniques expérimentales d’investigation sont employées. Il s’agit des traitements thermiques de revenu, des mesures de microdureté, des observations métallographiques, de la diffraction des rayons X, de la calorimétrie différentiel à balayage et de la Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR). Les méthodes électrochimiques sont employées pour étudier l’efficacité de différents inhibiteurs de corrosion; les composés testés sont le dichromate de potassium (K2Cr2O7) et le 5-methyl-1H- benzotriazol (5MBT) avec des additifs de KI pour améliorer l'efficacité de ce dernier grâce aux effets synergiques. L’analyse des spectres de diffraction des rayons X de l’acier API N80 brut de livraison et celui revenu à différentes températures révèle la présence de quatre pics prononcés relatifs à la ferrite cubique centrée de paramètre de maille a= 2,867Å. Aucun pic relatif à la cémentite n’a pu être observé. Les diagrammes (DSC) montrent l’existence de deux pics endothermiques, l’un entre 200 à 400 °C attribué à la dissolution de la cémentite (Fe3C), l’autre vers 720°C lié à la dissolution de la ferrite et la formation complète de la phase γ; le pic exothermique à 630°C est du à la transformation perlitique, au dépend de la phase ferritique α. La dureté de l’acier diminue au fur et à mesure que la température de revenu augmente entrainant un adoucissement de l’acier. Une baisse légère de la déformation pour les basses températures de revenu a été enregistrée, elle s’accentue pour les plus hautes températures, le revenu entraine la suppression complète ou partielle des contraintes internes, elle est d’autant plus complète que la température de revenu est plus élevée. Le dépôts de corrosion recueillis sur un pipe après deux années d’exploitation est hétérogène, il est constitué des produits cristallins suivants : Fe2O3, Fe3O4, FeO(OH), FeCO3, CaSO4, CaMg(CO3)2/CaCO3 et SiO2 . Les résultats des analyses électrochimiques montrent que la vitesse de corrosion croit à mesure que le gradient de température augmente et que le revenu agit comme protecteur anodique, il semble améliorer la résistance à la corrosion des pipes. L’efficacité des deux inhibiteurs de corrosion testés a été évaluée par les courbes de polarisation et la spectroscopie d’impédance électrochimique, les deux inhibiteurs agissent comme des inhibiteurs anodiques, l’augmentation du gradient de température conduit à une diminution de l’efficacité inhibitrice.

The Haoud Berkaoui region, which is the subject of this study, is located 100 km south of Hassi Messaoud, the extraction of oil from the deposits of this region requires the injection of water under high pressure in the geological formations . The water is extracted from the Albian aquifer which is situated at a depth of 2000 m. The surface and bottom equipment of the water injection pressure maintaining device must be protected against corrosion. The pressure maintaining device comprises source wells, consisting of production tubes, and drilling string called concentric or pipes, which are made of grade API 5 CT N80 steel , through which the water treatment products against the corrosion are conveyed. The span life of these the last planned for 5 years, has been greatly decreased, whereas it is after only 2 years that these pipes have completely corroded. The cause of their degradation is related to the temperature of the water flowing through their walls. The main objective of this work is the study of the combined action of the temperature of water and the heat treatment of tempering on the API N 80 pipes corrosion resistance , in Albian water medium. Different experimental investigative techniques have been employed. such as thermal heat treatments, microhardness measurements, metallographic observations, X-ray diffraction, differential scanning calorimetry and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Electrochemical methods have been used to study the effectiveness of different corrosion inhibitors; the compounds tested are potassium dichromate (K2Cr2O7) and 5-methyl-1H-benzotriazol (5MBT) with KI additives to improve the effectiveness of the latter through synergistic effects. The analysis of the X-ray diffraction spectra of the API N80 steel delivered and the temperature at different temperatures has reveal the presence of four pronounced peaks relative to the cubic ferrite centered with a parameter of mesh = 2,867Å. No peaks related to cementite could be observed. The diagrams (DSC) show the existence of two endothermic peaks, one between 200 to 400 ° C attributed to the dissolution of cementite (Fe3C), the other around 720 ° C related to the dissolution of ferrite and the complete formation of the γ phase; the exothermic peak at 630 ° C is due to the pearlitic transformation, at the expense of the ferritic phase α. The hardness of the steel decreases as the tempering temperature increases resulting in softening of the steel. A slight decrease of the deformation for the low temperature of tempering has been recorded, it is accentuated for the highest temperatures, the tempering causes the complete or partial suppression of the internal stresses, it is more complete for the higher tempering temperature.

The corrosion deposits collected on a pipe after two years of operation is heterogeneous, it consists of the following crystalline products: Fe2O3, Fe3O4, FeO(OH), FeCO3, CaSO4, CaMg (CO3) 2 / CaCO3 and SiO2. The results of the electrochemical analyzes show that the corrosion rate increases as the temperature gradient increases and the tempering acts as anodic protector, it seems to improve the corrosion resistance of the pipes. The effectiveness of the two corrosion inhibitors tested was evaluated by the polarization curves and the electrochemical impedance spectroscopy, the two inhibitors act as anodic inhibitors, the increase of the temperature gradient leads to a decrease of the inhibitory efficiency .

قع منطقة حوض بركاوي ، والتي هي موضوع هذه الدراسة ، على بعد 100 كم جنوب حاسي مسعود ، ويتطلب استخراج النفط من هذه المنطقة عن طريق الحقن تحت ضغط كبير للمياه في التكوينات الجيولوجية. يتم استخراج المياه من طبقة المياه الجوفية البيان التي على عمق 2000م. يجب حماية المعدات السطحية والسفلية لجهاز الصيانة من التآكل. يتكون جهاز صيانة الضغط من آبار المنبع ، التي تتكون من أنابيب الإنتاج ، وانبوب المعالجة تسمى متحدة المركز ، من فئة API5 CT N80 ، يتم من خلالها نقل منتجات معالجة المياه ضد التآكل. عمر هذه الانابيب 5 سنوات ، و لكن وبعد عامين فقط تآكلت تمامًا. ويرتبط سبب تدهورها إلى درجة حرارة المياه التي تتدفق عبر جدرانها.الهدف الرئيسي من هذا العمل هو دراسة العمل المشترك لدرجات الحرارة ومعالجة الحرارية على مقاومة تآكل الأنابيب API5 CT N80 في وسط الماء ألبيان وتستخدم عدة تقنيات في التحقيق التجريبية وتشمل المعالجة الحرارية ، وقياسات الصلادة ، والملاحظات المجهرية، حيود الأشعة السينية (DRX)، وتقنيات التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء(FTIR) ، و تحليل (DSC) تستخدم الطرق الكهروكيميائية لدراسة فعالية مثبطات التآكل المختلفة ؛ المركبات التي تم اختبارها هي ثاني كرومات البوتاسيوم (K2Cr2O7) و 5-ميثيل 1-بينزوتريول (5MBT) مع إضافات KI لتحسين فعالية الأخير من خلال الآثار التآزرية. يكشف تحليل أطياف حيود الأشعة السينية للفولاذ API N80للعينات الخام والمعالجة حراريا في درجات حرارة مختلفة عن وجود أربعة قمم واضحة بالنسبة إلى الفريت المكعب الممركزالجسم بثابت الشبكة a =2,867Å درجة مئوية. لا يمكن ملاحظة القمم المتعلقة بالسمنتيت. توضح الرسوم البيانية (DSC) وجود ذروتين ماص للحرارة ، واحدة بين °C 200 إلى°C 400 تعزى إلى انحلال السمنتيت (Fe3C) ، والآخر حوالي°C 720 تتعلق بانحلال الفريت و التشكيل الكامل للطور الاوستنيت γ ؛ الذروة الطاردة للحرارة عند°C 630 و التي ترجع إلى التحول البارليت . تنخفض صلابة الفولاذ مع زيادة درجة حرارة المعالجة الحرارية مما يؤدي إلى تليين الفولاذ. لقد تم تسجيل انخفاض طفيف في التشوه بزيادة درجة حرارة المعالجة الحرارية. رواسب التآكل التي يتم جمعها على الأنابيب بعد عامين من التشغيل غير متجانسة ، وتتكون من المنتجات البلورية التالية : Fe2O3 ، Fe3O4 ، FeO (OH) ، FeCO3 ، CaSO4، CaMg ، (CO3) 2 / CaCO3 و SiO2 . تظهر نتائج التحليلات الكهروكيميائية أن معدل التآكل يزداد كلما زاد تدرج درجة الحرارة وتعمل المعالجة الحرارية كحامي انودي ، ويبدو أنه يحسن من مقاومة التآكل للأنابيب. تم تقييم فعالية مثبطات التآكل التي تم اختبارها بواسطة منحنيات الاستقطاب وطيف الممانعة الكهروكيميائية ، ويعمل مثبطان كمثبطات انودية ، وزيادة التدرج في درجة حرارة تؤدي إلى انخفاض في كفاءة المثبطة