Үш тәуелсіз өлшеу әдісін қолдана отырып, Оңтүстік Торғай мұнай-газ бассейнінің кен орындарында коррозиялық мониторингтің интеграцияланған жүйесін практикалық тұрғыда іске асыру

Толық мәтін

Введение

Коррозия трубопроводов и оборудования нефтегазовой промышленности остаётся одной из наиболее значимых проблем, влияющих на надёжность и безопасность производственных объектов. По оценкам, ежегодные потери металла вследствие коррозионного износа достигают 10% от мирового производства стали [1]. Для Казахстана эта проблема особенно актуальна, т.к. на территории страны эксплуатируется более 15000 км газопроводов и около 8000 км нефтепроводов. Масштабные коррозионные повреждения несут не только экономические, но и экологические риски, проявляющиеся в утечках углеводородов и загрязнении окружающей среды. Несмотря на остроту проблемы, исследования в области мониторинга коррозии в реальных условиях отечественных месторождений остаются ограниченными.

Контроль внутренней коррозии осложнён недоступностью внутренних поверхностей трубопроводов при плановом обслуживании. С точки зрения термодинамики, процессы коррозии неизбежны, однако их развитие может быть замедлено посредством химических и технических методов защиты. Для этого в мировой практике широко применяются различные методы и датчики, регистрирующие как фоновые процессы, так и ускоренные формы разрушения металла [2]. Наиболее распространённым и традиционно используемым является гравиметрический метод, основанный на применении образцов-свидетелей. Его преимущества – простота и надёжность, что подтверждено практикой внедрения на объектах добычи и подготовки газа [2]. Однако метод фиксирует лишь усреднённые показатели за длительный период, что ограничивает его информативность.

В последние десятилетия получили развитие методы ЭС и линейной поляризационной сопротивляемости (далее – LPR, англ. Linear Polarization Resistance), позволяющие в режиме реального времени отслеживать изменение характеристик металлического элемента при воздействии агрессивной среды [3]. Применение комбинации различных методов обеспечивает более полное представление о динамике коррозионного износа. Мировая практика демонстрирует эффективность комплексных решений. Так, на объектах Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения была внедрена система, включающая гравиметрию, ЭС-датчики, УЗ и физико-химический анализ флюидов. Результаты показали снижение скорости углекислотной коррозии после подачи ингибитора, что подтвердило эффективность интеграции мониторинга и методов химической защиты [4]. Однако исследования указывают, что отдельные методы не учитывают эрозионный фактор, искажая реальную картину процессов разрушения металла. Особое внимание уделяется коррозии при высоких парциальных давлениях CO₂. В ачимовских отложениях зафиксированы скорости разрушения, превышающие проектные значения (0,1 мм/г.), при которых ингибиторные технологии обеспечивают лишь частичное снижение агрессивности среды [5]. Это подтверждает необходимость внедрения систем непрерывного мониторинга, способных выявлять локальные очаги ускоренной коррозии.

Современные тенденции связаны с переходом от периодических инспекций к непрерывному контролю состояния оборудования. Если ранее преобладали ручные методы УЗ-контроля и радиографические исследования, то сегодня активно внедряются цифровые сенсорные системы, обеспечивающие высокочастотные и статистически достоверные данные [6].

Постоянно установленные УЗ-датчики позволяют фиксировать толщину стенок трубопроводов в реальном времени, исключая субъективный фактор оператора и увеличивая точность мониторинга [7].

Исследования подтверждают высокую чувствительность ЭС- и УЗ-датчиков при работе в газожидкостных потоках, однако комплексных апробаций этих методов именно в условиях Южно-Тургайского нефтегазоносного бассейна практически нет, что и определяет научную новизну данного исследования.

Таким образом, развитие технологий мониторинга коррозии характеризуется цифровизацией, интеграцией методов ЭС и УЗ, а также их связью с системами предиктивного управления. В условиях Казахстана подобные работы единичны. Настоящее исследование восполняет данный пробел и направлено на оценку эффективности комплексной технологии «Система коррозионного мониторинга» в промысловых условиях месторождений А и Б с одновременным применением двух независимых методов – ЭС и УЗ.

Материалы и методы

В качестве объектов опытно-промысловых испытаний технологии «Система коррозионного мониторинга» были выбраны участки промысловых трубопроводов месторождений А и Б:

• коллектор автоматизированной замерной установки (далее – АГЗУ-3) на ЦППН «А»;
• коллектор дожимной насосной станции «Север» УПН «Б».

Оба трубопровода эксплуатируются в условиях транспорта газожидкостной смеси, содержащей коррозионно-активные компоненты и абразивные частицы, что повышает риск развития эрозионно-коррозионных процессов.

Химический состав пластовых вод ЦППН «А» и УПН «Б» был определён на основе результатов лабораторных анализов и характеризуется значительной минерализацией и преобладанием хлорид-ионов. Для ЦППН «А» значения pH варьировались в диапазоне 5,1–8,7, при этом основным типом воды являлся хлоридно-кальциевый, в отдельных пробах зафиксированы гидрокарбонатно-натриевые воды. Концентрация хлорид-ионов достигала 120–145 г/дм³, общая минерализация изменялась от 215 до 235 г/дм³, а общая жёсткость – от 550 до 700 мг-экв/дм³, что указывает на высокую ионную насыщенность среды.

Для УПН «Б» характерны схожие гидрохимические условия: значения pH находились преимущественно в диапазоне 6,4–7,5 при доминировании хлоридно-кальциевого типа воды по классификации Сулина. Концентрация хлорид-ионов составляла, как правило, 35–55 г/дм³, при общей минерализации порядка 58–88 г/дм³ и жёсткости 260–390 мг-экв/дм³. Наличие высокоминерализованных хлоридных вод с повышенным содержанием ионов кальция и магния формирует потенциально коррозионно-активную среду, что было учтено при интерпретации результатов коррозионного мониторинга и анализе скорости утонения металла трубопроводов.

Фоновая скорость коррозии до начала испытаний составила больше 0,1 мм/г., что превышает нормативные значения для подобных объектов и подтверждает необходимость комплексного контроля. Выбор именно коллекторов «А» и «Б» обусловлен различиями в их гидродинамических режимах, что позволило не только исследовать применимость различных методов мониторинга, но и оценить влияние эрозионного фактора на скорость деградации металла.

На обоих объектах были установлены системы ЭС и УЗ, а также образцы-свидетели для ОСК. Программа мониторинга включала:

• регистрацию фоновой скорости коррозии;
• оценку эффективности постоянного дозирования ингибитора;
• серию испытаний с варьированием дозировок реагента;
• сопоставление результатов трёх независимых методов контроля.

Применение данной методики позволило выполнить комплексную оценку динамики коррозионного износа и определить возможности интеграции ЭС и УЗ методов для оптимизации антикоррозионной защиты трубопроводных систем.

С физической точки зрения, процесс коррозионного износа трубопроводов может быть описан через изменение толщины стенки (h(t)) во времени в соответствии с выражением (1):

$h\left(t\right)=h_0-{\int }_0^t{v}_{corr}\left(\tau \right)d\tau$ (1)

где h₀ – начальная толщина стенки, мм; vcorr – скорость коррозии, определяемая методами ЭС, УЗ и ОСК, мм/г.; τ – переменная интегрирования, год; t – время эксплуатации, г.

При условии квазистационарного режима данное выражение упрощается до линейной зависимости (2):

$h\left(t\right)=h_0-v_{corr}\cdot t$ (2)

Таким образом, непрерывная регистрация скорости коррозии позволяет количественно описывать динамику утонения металла и формирует физически обоснованную основу для последующей оценки остаточного ресурса трубопроводов. В рамках настоящей работы указанный подход рассматривается как предпосылка для развития предиктивных методов управления коррозионными рисками без реализации полноценных прогнозных алгоритмов.

Результаты и обсуждение

ЦППН «А»

Мониторинг методом ЭС

Согласно данным системы ЭС, средняя скорость коррозии коллектора АГЗУ-3 ЦППН «А» составила 0,6677 мм/г. При этом непрерывная регистрация (рис. 1) выявила колебания скорости износа, обусловленные влиянием эрозионного фактора в газожидкостном потоке. Сигнал формируется за счёт изменения электрического сопротивления чувствительного элемента: при потере металла его сечение уменьшается, что фиксируется системой в виде тренда скорости коррозии. Эти данные демонстрируют ключевое преимущество ЭС-метода – возможность фиксировать динамику коррозионного процесса в реальном времени, что недоступно при традиционных периодических способах контроля.

 

Рисунок 1. Тренд потери металла ЭС-системы на ЦППН «А»

Figure 1. Metal Loss Trend of the ER System at OPPS “A”

 

Мониторинг методом УЗ

Для дополнительного контроля применялась система УЗ с тремя стационарными УЗ-датчиками, установленными в позициях «5 ч», «6 ч» и «7 ч», с частотой измерений 4 раза в сутки. Результаты показали существенные различия в скорости потери металла по зонам трубы (табл. 1). На позиции «6 ч» зафиксированы максимальные скорости коррозии, что связано с направлением потока и эрозионным износом нижней части трубы, где концентрируются твёрдые частицы и водная фаза. Тренды изменения скорости коррозии по каждому датчику приведены на рис. 2–4. УЗ-система продемонстрировала высокую чувствительность к локальным условиям эксплуатации.

 

Таблица 1. Данные по потере металла в месте установки УЗ-датчиков на ЦППН «А»

Table 1. Metal loss data at the UT sensor installation locations at OPPS “A”

№ датчика Sensor No.	Начальная толщина (19.12.2024 г.), мм Initial Thickness (19.12.2024), mm	Конечная толщина (18.01.2025 г.), мм Final Thickness (18.01.2025), mm	Утонение металла, мм Metal Loss, mm
УЗ-1 (№2632), «5 ч» UT-1 (No. 2632), “5 o’clock”	9,091	9,086	0,005
УЗ-2 (№2515), «6 ч» UT-1 (No. 2632), “6 o’clock”	9,065	9,055	0,01
УЗ-3 (№2509), «7 ч» UT-1 (No. 2632), “7 o’clock”	9,373	9,369	0,004

 

Рисунок 2. Тренд потери металла по данным датчика УЗ-1 на ЦППН «А»

Figure 2. Metal Loss Trend Based on UT-1 Sensor Data at OPPS “A”

 

Рисунок 3. Тренд потери металла по данным датчика УЗ-2 на ЦППН «А»

Figure 3. Metal Loss Trend Based on UT-2 Sensor Data at OPPS “A”

 

Рисунок 4. Тренд потери металла по данным датчика УЗ-3 на ЦППН «А»

Figure 4. Metal Loss Trend Based on UT-3 Sensor Data at OPPS “A”

 

Мониторинг методом ОСК

ОСК проводился с использованием образцов-свидетелей, экспонированных в течение 32 сут. Анализ потери массы показал среднюю скорость коррозии 0,7260 мм/г. (табл. 2). Это значение сопоставимо с результатами ЭС-системы (0,6677 мм/г.); расхождение между ОСК и ЭС-методами составило 8,73%, что укладывается в диапазон воспроизводимости (≤10%). Внешний вид образцов до и после экспозиции представлен на рис. 5.

 

Таблица 2. Расчётная скорость фоновой коррозии, зафиксированная на ОСК на ЦППН «А»

Table 2. Calculated baseline corrosion rate determined by coupon testing at OPPS “A”

Параметр Parameter	Номер образца ОСК / Corrosion Coupon No.
	№ 171	№ 172
Начальная масса, г / Initial mass, g	10,9910	10,9317
Масса образца после экспозиции, г / Mass after exposure, g	9,8466	9,9777
Потеря массы, г / Mass loss, g	1,1444	0,9540
Площадь образца, мм2 / Sample area, mm²	2097,1	2097,1
Время экспозиции, дней / Exposure time, days	32	32
Плотность материала образца, г/см3 / Sample material density, g/cm³	7,86	7,86
Средняя скорость коррозии, мм/г. / Average corrosion rate, mm/g	0,7260

 

Рисунок 5. Внешний вид ОСК до и после установки на ЦППН «А»

Figure 5. Appearance of corrosion coupons before and after installation at OPPS “A”

а) до испытания / before testing; б) после испытания / after testing

 

По результатам мониторинга на ЦППН «А» средняя скорость коррозии, определённая методом ЭС, составила 0,6677 мм/г., тогда как по данным ОСК – 0,7260 мм/г. Расхождение между двумя методами достигло 8,73%, что соответствует диапазону воспроизводимости (≤10%) и подтверждает воспроизводимость результатов. УЗ-контроль позволил дополнительно оценить локальное состояние стенки трубопровода: измеренная толщина составила 9,086 мм, тогда как при ручном контроле получено значение 9,34 мм.

УПН «Б»

На коллекторе УПН «Б» средняя скорость коррозии по данным ЭС-метода составила 0,2607 мм/г. (рис. 6). Полученные результаты свидетельствуют о значительном влиянии эксплуатационных параметров на интенсивность коррозионных процессов и подтверждают необходимость их учёта при разработке программ антикоррозионной защиты.

 

Рисунок 6. Тренд потери металла ЭС-системы на УПН «Б»

Figure 6. Metal Loss Trend of the ER System at OTP “B”

 

По данным УЗ-системы (табл. 3) установлена выраженная неоднородность коррозионного износа по сечению трубопровода, при этом наибольшие значения наблюдаются в нижней зоне («6 ч»). В верхней и боковой частях трубы («3 ч» и «9 ч») коррозия развивалась значительно медленнее. Тренды по каждому датчику (рис. 7–9) подтверждают локальный характер эрозионно-коррозионного износа. В отличие от методов ЭС и ОСК, УЗ-мониторинг позволяет выявлять критические зоны ускоренного разрушения металла, что имеет практическое значение при разработке программ антикоррозионной защиты.

 

Таблица 3. Данные по потере металла в месте установки УЗ-датчиков на УПН «Б»

Table 3. Metal loss data at the UT sensor installation locations at OTP “B”

№ датчика Sensor No.	Начальная толщина (21.01.2025 г.), мм Initial thickness (21.01.2025), mm	Конечная толщина (18.03.2025 г.), мм Final thickness (18.03.2025), mm	Утонение металла, мм Metal thinning, mm
УЗ-1 (№2632), «3 ч» UT-1 (No. 2632), “3 o’clock”	6,723	6,671	0,052
УЗ-2 (№2515), «6 ч» UT-2 (No. 2515), “6 o’clock”	6,704	6,651	0,053
УЗ-3 (№2509), «9 ч» UT-3 (No. 2509), “9 o’clock”	6,418	6,401	0,017

 

Рисунок 7. Тренд потери металла по данным датчика УЗ-1 на УПН «Б»

Figure 7. Metal Loss Trend Based on UT-1 Sensor Data at OTP “B”

 

Рисунок 8. Тренд потери металла по данным датчика УЗ-2 на УПН «Б»

Figure 8. Metal Loss Trend Based on UT-2 Sensor Data at OTP “B”

 

Рисунок 9. Тренд потери металла по данным датчика УЗ-3 на УПН «Б»

Figure 9. Metal Loss Trend Based on UT-3 Sensor Data at OTP “B”

 

ОСК-метод подтвердил данные электрического сопротивления: средняя скорость коррозии по образцам-свидетелям составила 0,2626 мм/г. (табл. 4). Визуальное состояние купонов до и после экспозиции отражено на рис. 10 и демонстрирует характер поверхностного износа.

 

Таблица 4. Расчётная скорость фоновой коррозии, зафиксированная на ОСК на УПН «Б»

Table 4. Calculated baseline corrosion rate determined by coupon testing at OTP “B”

Параметр Parameter	Номер образца ОСК / …Corrosion Coupon No.
	№ 164	№ 169
Начальная масса, г / Initial mass, g	11,0764	10,9769
Масса образца после экспозиции, г / Mass after exposure, g	10,4661	10,2591
Потеря массы, г / Mass loss, g	0,6103	0,7178
Площадь образца, мм2 / Coupon area, mm²	2097,1	2097,1
Время экспозиции, дней / Exposure time, days	56	56
Плотность материала образца, г/см3 / Coupon material density, g/cm³	7,86	7,86
Средняя скорость коррозии, мм/г. / Average corrosion rate, mm/year	0,2626

 

Рисунок 10. Внешний вид ОСК до и после установки на УПН «Б»

Figure 10. Corrosion coupons before and after installation at OTP “B”

а) до испытания / before testing; б) после испытания / after testing

 

На УПН «Б» зафиксирована высокая сходимость результатов: средняя скорость коррозии по данным метода электрического сопротивления составила 0,2607 мм/г., по гравиметрическому методу – 0,2626 мм/г. Разница между ними не превысила 0,68% (табл. 5). УЗ-система позволила выявить неравномерный характер износа: максимальная потеря металла зафиксирована в нижней части трубы («6 ч»), где происходит накопление водной фазы и абразивных частиц, тогда как в боковых зонах («3 ч» и «9 ч») толщина стенки снижалась менее интенсивно. УЗ-мониторинг обеспечивает более детальную диагностику за счёт возможности непрерывного контроля распределения износа по сечению трубы и выявления локальных зон ускоренной коррозии, недоступных усреднённым методам (ЭС и ОСК). Таким образом, совмещение ЭС и УЗ-методов обеспечивает комплексную оценку состояния трубопровода: от усреднённых значений скорости коррозии до выявления локальных очагов износа. Это создаёт основу для корректировки дозировок ингибиторов и снижения риска аварийных отказов.

 

Таблица 5. Результаты ОПИ на ЦППН «А» и УПН «Б»

Table 5. Results of pilot industrial trials at OPTF “A” and OTP “B”

Метод проведения испытания Test method	ЦППН «А» / OPPS “A”		УПН «Б» / OTP “B”
	скорость коррозии, мм/г. corrosion rate, mm/year	разница между показаниями,% difference between readings, %	скорость коррозии, мм/г. corrosion rate, mm/year	разница между показаниями,% difference between readings, %
ЭС система ER system	0,6677	8,73	0,2607	0,68
Гравиметрический метод Gravimetric method	0,7260		0,2626

 

Заключение

Впервые в условиях Южно-Тургайского нефтегазоносного бассейна проведены опытно-промысловые испытания технологии «Система коррозионного мониторинга» с одновременным применением методов ЭС, УЗ и ОСК.

На ЦППН «А» зафиксированы скорости коррозии 0,6677–0,7260 мм/г., тогда как на УПН «Б» – всего 0,2607–0,2625 мм/г.

Разница результатов ЭС и ОСК составила 8,73% на ЦППН «А» и 0,68% на УПН «Б», что укладывается в диапазон воспроизводимости (≤10%) и подтверждает достоверность измерений. Вместе с тем данные УЗ-контроля показали, что метод обладает большей чувствительностью к локальным зонам: например, на позиции «6 ч» фиксировалась максимальная потеря металла из-за накопления водной фазы и твёрдых частиц, тогда как в других зонах толщина стенки снижалась значительно медленнее. УЗ-мониторинг позволяет детально отслеживать неравномерность износа по сечению трубы и выявлять очаги ускоренной коррозии.

Полученные результаты подтверждают, что только их совместное использование обеспечивает всестороннюю оценку – от усреднённых значений скорости коррозии до локальных проявлений эрозионного износа.

Мировая практика внедрения систем непрерывного коррозионного мониторинга показывает, что их основное назначение связано прежде всего с повышением промышленной и экологической безопасности за счёт раннего выявления локальных зон ускоренного коррозионного и эрозионно-коррозионного износа и предотвращения аварийных отказов трубопроводных систем. Одновременно такие системы демонстрируют экономическую эффективность: переход от периодических инспекций к непрерывному контролю позволяет снизить внеплановые простои и затраты на аварийные ремонты, увеличить межремонтные интервалы и продлить ресурс трубопроводов. Таким образом, интегрированный коррозионный мониторинг следует рассматривать как элемент обеспечения надёжной и устойчивой эксплуатации нефтегазовых объектов, где экономический эффект является следствием повышения уровня безопасности.

Внедрение комплексного мониторинга позволит оптимизировать дозировки ингибиторов, учитывать эрозионный фактор, снизить вероятность аварийных отказов и продлить срок службы трубопроводных систем, что имеет важное значение для устойчивого развития нефтегазовой отрасли страны.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Калымова П.А. – сбор и анализ данных, проведение исследования, написание статьи; Тұрмағанбет С.Е., Бердыев А.Ж. – концепция работы, корректировка направления при проведении исследования; Чечина Ю.В. – анализ полученных результатов, участие в обсуждении и формулировке выводов; Байменов С.Е. – редактирование рукописи, предоставление консультаций; Джаксылыков Т.С. – формирование методики, проверка результатов; Марданов А.С. – контроль за выполнением работы.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. The greatest contribution is distributed as follows: Perizat A. Kalymova – collecting and analyzing data, conducting the study, writing the article; Sagat Ye. Turmaganbet, Arslanbek Zh. Berdyev – conceptualization of the study, adjusting the direction when conducting the study; Yuliya V. Chechina – analysis of the obtained results, participation in the discussion and formulation of conclusion; Sanzhar Ye. Baimenov – manuscript editing, providing consultations; Talgat S. Jaksylykov – methodology development, verification of results; Altynbek S. Mardanov – supervision of the study implementation.

Авторлар туралы

Перизат Асқарқызы Қалымова

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: p.kalymova@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0006-2187-1739
Қазақстан, Атырау қаласы

Сағат Ерланұлы Тұрмағанбет

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Email: s.turmaganbet@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0004-5209-2127
Қазақстан, Атырау қаласы

Юлия Валерьевна Чечина

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Email: y.chechina@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0006-2654-5561
Қазақстан, Атырау қаласы

Санжар Ержанұлы Байменов

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Email: s.baimenov@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0004-7165-4180
Қазақстан, Атырау қаласы

Арсланбек Жарылгасынович Бердыев

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Email: a.berdyev@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0000-3521-0700
Қазақстан, Атырау қаласы

Талгат Сайнович Жақсылықов

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Email: t.jaxylykov@kmge.kz
ORCID iD: 0000-0002-1530-3974
Қазақстан, Атырау қаласы

Алтынбек Сүлейменұлы Марданов

ҚМГ Инжиниринг Атыраулық филиалы

Email: a.mardanov@kmge.kz
ORCID iD: 0000-0002-8342-3046
Қазақстан, Атырау қаласы

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар