RESUMEN. En este documento se destaca uno de los problemas más importantes que ocurren dentro de la industria, en especial, la petrolera. Primero se desarrollará una parte conceptual sin profundizar mucho en esta, abarcando temas de gran interés que se deben tener en cuenta al momento de planificar controles sobre la corrosión. Por último, se mostrará de forma general los equipos y acciones que afectan o son afectados por la corrosión, y también los posibles controles que se usan día a día para tratar de corregir este problema.
PALABRAS CLAVES. Electrolito, ánodo de sacrificio, inhibidores de corrosión.
1. Introducción
Los efectos corrosivos en las instalaciones y equipos industriales, generan pérdidas que llegan a ser cifras muy alarmantes, esto se debe a las complejas y exigentes técnicas para prevenir la corrosión durante la vida útil del pozo, además, si esta amenaza no es controlada se pueden generar efectos adversos sobre el medio ambiente.
La corrosión (deterioro del metal o sus propiedades) se produce a lo largo de toda la vida del pozo, ya sea éste de gas o de petróleo. Los principales causantes son:
El oxigeno inyectado durante la perforación.
Los fluidos de perforación
los ácidos inyectados en el proceso de estimulación o en el lavado de pozo
el agua y CO2 producidos de forma natural o inyectada para hacer recuperación secundaria.
Además de las causantes ya mencionadas que afectan los
revestimientos y la tubería de producción, existen otros factores tales como la erosión producto de las altas tasas de flujo, la erosión causada por la arena en suspensión; las cuales aumentan la velocidad de corrosión en especial en las zonas con alto contenido de fisuras y turbulencia. Pero, este problema se agrava mucho más cuando hay condiciones de altas temperaturas, presión, y esfuerzos en la tubería.
2. La Corrosión y su mecanismo
La corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales, este mecanismo es parecido al funcionamiento de una batería. Se genera una corriente de electrones entre dos metales con una diferencia de potencial, que se encuentran sumergidos en un electrolito (por esta razón, también se suele llamar corrosión húmeda, aunque el electrolito también puede ser sólido), formando así un circuito eléctrico. Uno de los metales corroe al otro, el metal que causa la corrosión es el ánodo (polo negativo) y el metal que esta sufriendo corrosión es el cátodo (polo positivo). Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
Las formas más conocidas de corrosión en la industria petrolera son: ataque uniforme, corrosión en puntos pequeños, por ataque selectivo, agrietamiento, corrosión galvánica, corrosión por altas temperaturas y pitting.
En la corrosión uno de los metales se oxida y el otro se reduce. La primera consiste en la emisión de electrones y la segunda recepción de electrones, disminuyendo y aumentando su estado de oxidación respectivamente, formando compuestos iónicos. La reducción la sufre el cátodo, y la oxidación el ánodo. El ánodo puede sufrir corrosión, tanto como el circuito eléctrico es mantenido esto implica que los iones metálicos son removidos de la solución por combinación con otros elementos, formando nuevos compuestos conocidos como óxidos.
De todas las fallas que ocurren en las operaciones de la industria del gas y del petróleo la más importante es la corrosión con el 33% de los casos como puede verse en las tablas siguientes de un trabajo de Kermany y Harrop de BP.
FALLAS EN LA INDUSTRIA PETROLERA
A su vez, el tipo de corrosión que ocurre se distribuye aproximadamente de la siguiente forma
CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA
3. Métodos de protección contra la corrosión
Elección del material. La selección del material juega un papel importante en el diseño, se debe escoger un material que no se corroa fácilmente en el ambiente considerado. Además, el material seleccionado en el diseño de la pieza no es el único parámetro a considerar, la forma de la pieza y los tratamientos a los que se la somete (conformación, soldadura, atornillado) juegan un papel primordial.
Aislamiento del medio. Existen diversos medios que impiden que ocurra la reacción química. Como primera medida de protección se puede aislar la pieza del ambiente, dándole una mano de pintura, cubriendo la pieza de plástico, haciendo un tratamiento de superficie (nitruración, cromatación, proyección plasma).
Geometría. Se debe evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general. Hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general.
Dominio del ambiente. Cuando se trabaja en ambientes cerrados y se pueden dominar los parámetros que influyen en la corrosión; acidez, temperatura, presión, es posible agregar productos llamados "inhibidores de corrosión". Un inhibidor de corrosión es una sustancia que, añadida a un determinado medio, reduce de manera significativa la velocidad de corrosión. Las sustancias utilizadas dependen tanto del metal a proteger como del medio, y un inhibidor que funciona bien en un determinado sistema puede incluso acelerar la corrosión en otro sistema. Sin embargo, este tipo de solución es inaplicable cuando se trabaja en medios abierto (atmósfera, mar, cuenca en contacto con el medio natural, circuito abierto, etc.)
Exposición a soluciones reductoras. La superficie se expone a elementos químicos disueltos en una solución con bajas concentraciones, dichas especies son pares reductores que se oxidan ellos mismos a cambio de la pieza y además contribuyen con la pasivación o inactivación de la superficie formando micropelículas químicas estables. Estas especies se encuentran comúnmente en anticongelantes, pinturas base acuosa y otras aplicaciones.
Protección catódica. Se puede introducir otra pieza para perturbar la reacción; es el principio del "ánodo de sacrificio" o "protección galvánica" (protección catódica). Se coloca una pieza de aleaciones de zinc, aleaciones de magnesio y aleaciones de aluminio, que se van a corroer en lugar de la pieza que se quiere proteger; la reacción química entre el ambiente y la pieza sacrificada impide la reacción entre el ambiente y la pieza útil. En medio acuoso, basta con atornillar el ánodo de sacrificio a la pieza que se debe proteger. Al aire, hay que recubrir totalmente la pieza; es el principio de la galvanización. Este método se usa ampliamente en la industria petrolera.
4. Corrosión en la industria petrolera
Debido a las condiciones de trabajo en la industria del petróleo, los equipos y métodos que se usan, pueden favorecer en gran medida el surgimiento de los problemas corrosivos, en esta parte, se identificará algunos de los equipos que generalmente están en mayor riesgo, además, algunas de las actividades que pueden favorecer el proceso corrosivo y como controlarlas.
Estructuras Offshore. En las estructuras costa afuera una de las formas más adecuadas para evitar la corrosión es proteger las estructuras con una película de zinc, con el fin de evitar la corrosión por la lluvia y por las inclemencias del mar. Esta película actúa como una barrera física y química; en esta última actúa como un ánodo de sacrificio el cual es oxidado por los iones disueltos en el mar solo cuando esta ha sido traspasada. Otra forma de protegerla es usando revestimientos de metales más gruesos donde la corrosión es más fuerte, tal es el caso de la zona superior a la marea, donde predomina la presencia de oxigeno y agua.
Las estructuras offshore están también sometidas a la corrosión por “stress”, la cual es causada por el aumento de peso en el fondo de la plataforma, esto es debido a las algas y crustáceos que se incrustan y al fuerte oleaje. Este mecanismo de corrosión ocurre cuando las grietas de corrosión y de estrés se propagan a lo largo de todas las dimensiones. Una de las formas para evitar esta corrosión, es modelar y contabilizar la tensión producida sobre la estructura. Para el caso backup la parte que se entierra en fondo del mar es atacada por el H2S, producto de actividad bacteriana (biocorrosion), pero el daño producido en este caso no es de gran importancia, pues no hay presencia de O2.
Tubería de perforación. En la tubería de perforación la corrosión es más grave porque esta expuesta:
A los fluidos de perforación y a los productos de la formación
Al oxigeno
Al stress aplicado durante la perforación
A la erosión producida por los cortes.
Para evitar el ataque a la tubería de perforación ésta es recubierta internamente, al horno con resinas para contrarrestar la corrosión, pero una vez que este recubrimiento ha desaparecido la corrosión empieza atacar, en especial en la zona donde se encuentra las conexiones de la tubería, es decir, en la rosca.
Lodos de Perforación. El principal problema de corrosión producido por los lodos de perforación es el contenido de gases disueltos en estos, como son: CO2, S2H, O2. El CO2 y el H2S son las especies corrosivas más importantes y contra las cuales es necesario actuar, las condiciones de corrosividad de estas especies marcan límites que deben tenerse en cuenta para formarse una expectativa de la corrosivdad del medio. En el caso del H2S este puede producir corrosión por stress, por lo cual se hace necesario utilizar aditivos para evitar corrosión tanto para este gas como para los otros. Otra forma de reducir las grietas por tensión producidas por el sulfito es aprovechando las altas temperaturas.
Para disminuir la corrosión se hace necesario utilizar lodos con altos pH (lodos base agua y polímeros con alto pH) para que neutralizar estos gases ácidos. También se puede evitar agregando inhibidores al lodo para disminuir el pH de estos.
Completación. El diseño de la completación juega un papel muy importante en la prevención de la corrosión interna. Entre ellos se puede destacar:
El control del flujo de partículas suspendidas, a través del uso de una empaquetadura en el fondo del pozo.
La Cementación provee protección primaria en la parte externa del casing, en especial, en la zona superficial donde hay abundancia de acuíferos ricos en oxigeno, pero este tipo de protección también depende del tipo de cemento y de los aditivos utilizados.
Corrosión durante la producción. Como se dijo antes esta es producida por el agua, condensados, y gases ácidos como el CO2. Otro factor a tener en cuenta son las altas temperaturas. Además, esta se incrementa a medida que la salinidad de la formación aumenta. Pero, si esta aumenta por encima del 5%, su rata corrosiva se ve disminuida debido a que la solubilidad del oxigeno en el agua también lo hace. Se han propuesto varias formas de proteger la tubería con inhibidores, en la parte interna y en la parte externa con sistemas catódicos alimentados con energía.
5. Herramientas de registro de corrosión
Debido a los graves efectos que causa la corrosión en la industria, existen en el mercado diversos dispositivos que nos permiten monitorear el avance de esta a lo largo de todo el componente estructural y tener una idea de la vida útil de los equipos. El tipo de equipo y su ubicación en el campo, no permitirá decidir que tipo de herramienta a usar (por ejemplo, es muy común usar unos anillos removibles dentro de la tubería para mirar el avance de la corrosión dentro de esta o controlar las propiedades químicas del lodo). Algunas de las herramientas más comunes que se utilizan en campo son:
Dispositivos Mecánicos (multifinger caliper, TGS)
Dispositivos de rata corrosiva (CPET)
Dispositivos eletromagnéticos (METT, CIT, PAL, FACT)
Dispositivos sónicos (CET, PET)
Dispositivos ultrasónicos (USIT, BHTV,CAST, UBI, ATS)
Es importante también hacer hincapié en la importancia de los registros de temperatura, que dan un buen indicativo del efecto de identificar zonas deterioradas. Esto puede hacerse en forma estática, pudiendo ver los efectos hasta después de 24 hr de haberse detenido el conjunto electro-sumergible, También se puede tomar registros en forma dinámica empleando para esto las herramientas “Y” con lo cual la identificación de zonas altamente dañadas es mucho más sencilla. La interpretación de este tipo de registros con las variaciones en las lecturas del registro gamma ray que identifica zonas donde se han efectuado movimiento de sales radioactivas también es preciso para identificar zonas con problemas potenciales de corrosión
6. Conclusión
Es casi imposible impedir que ocurra la corrosión, debido a que esta es una tendencia natural de los materiales, los factores de diseño juegan un papel importante para su control. Las opciones más efectivas son el monitoreo y control de la corrosión, pues son la solución más económica contra este problema.
7. Referencias
[1] http://www.bp.com
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