Полный текст

Введение

 

Коррозия трубопроводов и оборудования нефтегазовой промышленности остаётся одной из наиболее значимых проблем, определяющих 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, так как на территории страны эксплуатируется более 15 000 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 электрического сопротивления (ЭС) и линейной поляризационной сопротивляемости (LPR), 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 НГКМ была внедрена система, включающая гравиметрию, ЭС-датчики, ультразвуковую толщинометрию 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/год), 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 ультразвукового контроля и радиографические исследования, то сегодня активно внедряются цифровые сенсорные системы, обеспечивающие высокочастотные и статистически достоверные данные [6].

Постоянно установленные ультразвуковые 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 месторождении 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 месторождении А и Б:

• коллектор 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.

Фоновая скорость коррозии до начала испытаний составила больше 0,1 мм/год, 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 электрического сопротивления и ультразвуковой толщинометрии, а также образцы-свидетели для гравиметрического контроля. 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.

 

Обсуждение по ЦППН «А»

 

Мониторинг методом электрического сопротивления (ЭС) на ЦППН «А»

На коллекторе АГЗУ-3 ЦППН «А» средняя скорость коррозии по данным системы электрического сопротивления составила 0,6677 мм/год. 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 традиционным периодическим способам контроля.

Рис. 1 Тренд потери металла ЭС-системы.

 

Мониторинг ультразвуковым методом (УЗ) на ЦППН «А»

Для дополнительного контроля применялась система УЗ с тремя стационарными ультразвуковыми датчиками, установленными в позициях «5», «6» и «7 часов» с частотой измерений 4 раза в сутки. Результаты, представленные в таблице 1 показали существенные различия в скорости потери металла по зонам трубы. На позиции «6 часов» 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. Ультразвуковая система продемонстрировала высокую чувствительность к локальным условиям эксплуатации.

 

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

№ датчика	Нач. толщина (19.12.2024 г.), мм	Кон. толщина (18.01.2025 г.), мм	Утонение металла, мм
УЗ-1 (зав № 2632) уст. на «5 часов»	9,091	9,086	0,005
УЗ-2 (зав № 2515) уст. на «6 часов»	9,065	9,055	0,01
УЗ-3 (зав № 2509)  уст. на «7 часов»	9,373	9,369	0,004

 

Рис.2 Тренд по потере металла датчика УЗ-1 на ЦППН «А»

 

Рис.3 Тренд по потере металла датчика УЗ-2 на ЦППН «А»

Рис.4 Тренд по потере металла датчика УЗ-3 на ЦППН «А»

 

Мониторинг гравиметрическим методом (ОСК) на ЦППН «А»

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

 

а) до испытания	б) после испытания

Рис.5 а,б Внешний вид АГЗУ-3 до и после установки на ЦППН «А»

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

Номер образца ОСК	№ 171	№ 172
Начальная масса, г	10,9910	10,9317
Масса образца после экспозиции, г	9,8466	9,9777
Потеря массы, г	1,1444	0,9540
Площадь образца, мм2	2097,1	2097,1
Время экспозиции, дней	32	32
Плотность материала образца, г/см3	7,86	7,86
Средняя скорость коррозии, мм/год	0,7260

 

Результат по ЦППН «А»

Результаты мониторинга на ЦППН «А» показали, что средняя скорость коррозии по данным метода электрического сопротивления составила 0,6677 мм/год, а по гравиметрическому методу — 0,7260 мм/год. Расхождение между двумя методами достигло 8,73 %, что соответствует диапазону воспроизводимости (≤10 %) и подтверждает воспроизводимость результатов. Ультразвуковой контроль позволил дополнительно оценить локальное состояние стенки трубопровода: измеренная толщина составила 9,086 мм, тогда как при ручном контроле получено значение 9,34 мм.

 

Обсуждение по УПН «Б»

 

Мониторинг на УПН «Б»

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

 

Рис.6 Тренд потери металла ЭС-системы

 

Данные ультразвуковой системы УЗ (таблица 3) показали выраженную неоднородность коррозионного износа по сечению трубы. Максимальные скорости зафиксированы в нижней зоне («6 часов»), что связано с накоплением водной фазы и абразивных частиц. В верхней и боковой частях трубы («3» и «9 часов») коррозия развивалась значительно медленнее. Тренды по каждому датчику (рис. 7–9) подтверждают локальный характер эрозионно-коррозионного износа. В отличие от методов ЭС и ОСК, ультразвуковой 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»

№ датчика	Нач. толщина (21.01.2025 г.), мм	Кон. толщина (18.03.2025 г.), мм	Утонение металла, мм
УЗ-1           (зав № 2632) уст. на «3 часа»	6,723	6,671	0,052
УЗ-2 (зав № 2515) уст. на «6 часов»	6,704	6,654	0,05
УЗ-3 (зав № 2509)  уст. на «9 часов»	6,418	6,401	0,017

 

Рис.7 Тренд по потере металла датчика УЗ-1 на УПН «Б»

Рис.8 Тренд по потере металла датчика УЗ-2 на УПН «Б»

Рис.9 Тренд по потере металла датчика УЗ-3 на УПН «Б»

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

 

 

а) до установки	б) после установки

Рис.10 а, б Внешний вид ОСК до и после установки на УПН «Б»

 

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

Номер образца ОСК	№ 164	№ 169
Начальная масса, г	11,0764	10,9769
Масса образца после экспозиции, г	10,4661	10,2591
Потеря массы, г	0,6103	0,7178
Площадь образца, мм2	2097,1	2097,1
Время экспозиции, дней	56	56
Плотность материала образца, г/см3	7,86	7,86
Средняя скорость коррозии	0,2626

 

Результат по месторождению «Б»

На УПН «Б» зафиксирована высокая сходимость результатов: средняя скорость коррозии по данным метода электрического сопротивления составила 0,2607 мм/год, по гравиметрическому методу — 0,2626 мм/год. Разница между ними не превысила 0,68 % (табл. 6). Ультразвуковая система позволила выявить неравномерный характер износа: максимальная потеря металла зафиксирована в нижней части трубы («6 часов»), где происходит накопление водной фазы и абразивных частиц, тогда как в боковых зонах («3» и «9 часов») толщина стенки снижалась менее интенсивно. Ультразвуковой 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 гравиметрическому). 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»

ЦППН «А»
Метод проведения испытания	Скорость коррозии, мм/г	Разница между показаниями, %
ЭС система	0,6677	8,73
Гравиметрический метод	0,7260

 

Таблица 6 Результаты ОПИ на УПН «Б»

УПН «Б»
Метод проведения испытания	Скорость коррозии, мм/г	Разница между показаниями, %
ЭС система	0,2607	0,68
Гравиметрический метод	0,2626

 

Заключение

 

Впервые в условиях Южно-Тургайского нефтегазоносного бассейна проведены опытно-промысловые испытания технологии «Система коррозионного мониторинга» с одновременным применением трёх методов — электрического сопротивления (ЭС), ультразвуковой толщинометрии (УЗ) и гравиметрического контроля (ОСК).

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

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 ультразвукового контроля показали, что метод обладает большей чувствительностью к локальным зонам: например, на позиции «6 часов» 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.

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.

 

Об авторах

Перизат Аскаркызы Калымова

Атырауский филиал ТОО "КМГ Инжиниринг"

Автор, ответственный за переписку.
Email: perizatkalymova25@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-2187-1739

Старший инженер управления по борьбе с осложнениями при разработке месторождений

Казахстан, Казахстан, г. Атырау, мкр. Нурсая, пр. Елорда, 10

Сагат Ерланулы Турмаганбет

Атырауский филиал ТОО "КМГ Инжиниринг"

Email: s.turmaganbet@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0004-5209-2127

Эксперт управления по борьбе с осложнениями при разработке месторождений

Казахстан, г. Атырау, мкр. Нурсая, пр. Елорда, 10

Юлия Валерьевна Чечина

Атырауский филиал ТОО "КМГ Инжиниринг"

Email: Y.Chechina@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0006-2654-5561

Ведущий инженер управления системы сбора, транспортировки и подготовки продукции

Казахстан, г. Атырау, мкр. Нурсая, пр. Елорда, 10

Санжар Ержанулы Байменов

Атырауский филиал ТОО "КМГ Инжиниринг"

Email: S.Baimenov@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0004-7165-4180

Старший инженер управления техники и технологии добычи нефти и газа

Казахстан, г. Атырау, мкр. Нурсая, пр. Елорда, 10

Талгат Сайнович Джаксылыков

Атырауский филиал КМГ Инжиниринг

Email: t.jaxylykov@kmge.kz
ORCID iD: 0000-0002-1530-3974

Первый заместитель директора филиала по геологии и разработке

Казахстан, Атырау

Алтынбек Сүлейменулы Марданов

Атырауский филиал КМГ Инжиниринг

Email: a.mardanov@kmge.kz
ORCID iD: 0000-0002-8342-3046

Директор Филиала

Казахстан, Атырау

Список литературы

Дополнительные файлы