zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-9-35-41zldm-1747Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование продуктов углекислотной коррозии методом рентгеновской дифракцииStudy of carbon dioxide corrosion products by the X-ray diffraction methodВагаповР. К.VagapovR. K.

Руслан Кизитович Вагапов

142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый проезд № 5537, вл. 15, стр. 1

Ruslan K. Vagapov

Proektiruemy proezd 5537, vl. 15, str. 1, Razvilka, s.p. Razvilkovskoe, Leninsky r-n, Moscovskaya obl., 142717

R_Vagapov@vniigaz.gazprom.ruМихалкинаО. Г.MikhalkinaO. G.

Ольга Геннадьевна Михалкина

142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый проезд № 5537, вл. 15, стр. 1

Olga G. Mikhalkina

Proektiruemy proezd 5537, vl. 15, str. 1, Razvilka, s.p. Razvilkovskoe, Leninsky r-n, Moscovskaya obl., 142717

Газпром ВНИИГАЗРоссияGazprom VNIIGAZRussian Federation2022210920228893541Copyright © Вагапов Р.К., Михалкина О.Г., 20222022Вагапов Р.К., Михалкина О.Г.Vagapov R.K., Mikhalkina O.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1747

Один из наиболее распространенных видов коррозии при освоении газовых месторождений — внутренняя углекислотная коррозия. В работе представлены результаты исследования состава продуктов углекислотной коррозии методом рентгеновской дифракции. При углекислотной коррозии в ходе растворения стали основной продукт — FeCO3. Для сидерита характерно явление изоморфизма в кристаллической структуре (изменение химического состава фазы при сохранении ее кристаллической структуры). При этом часть ионов железа в FeCO3 может замещаться ионами марганца, кальция, магния. Установлено, что фазы образующихся осадков нестехиометрического состава (CaxMgyMnzFe)CO3 плохо окристаллизованы. Это связано с наличием дефектов в кристаллической структуре. Они будут иметь худшие защитные свойства по сравнению со стехиометрическим FeCO3, пленка которого упакована, равномерно распределена и плотно прилегает к поверхности стали. Анализ дифрактограмм свидетельствует о хорошей окристаллизованности FeCO3, форма частиц которого стремится к правильному гексагональному габитусу. Полученные результаты могут быть использованы при исследовании стойкости продуктов коррозии, образующихся на внутренних поверхностях оборудования газодобычи в агрессивных условиях присутствия CO2 в добываемых и транспортируемых углеводородах.

The internal carbon dioxide corrosion is one of the most common types of corrosion in the gas fields development. The results of studying the composition of carbon dioxide corrosion products by X-ray diffraction method are presented. FeCO3 is the main product resulting from dissolution of steel upon carbon dioxide corrosion. Siderite is characterized by the phenomenon of isomorphism in the crystal structure (a change in the chemical composition of the phase at the same crystal structure). In this case, some of the iron ions in FeCO3 can be replaced by manganese, calcium, and magnesium ions. It is shown that phases of the precipitates of non-stoichiometric composition (CaxMgyMnzFe)CO3 thus formed are poorly crystallized which is attributed to the presence of defects in the crystal structure. They will exhibit inferior protective properties compared to stoichiometric FeCO3. The film of FeCO3 is packed, uniformly distributed and tightly adhering to the steel surface. An analysis of the diffraction patterns revealed a good crystallization of FeCO3. The shape of FeCO3 particles tends to a regular hexagonal habitus. The results obtained can be used in studying the resistance of corrosion products formed on the internal surfaces of gas production equipment under aggressive conditions in the presence of CO2 in produced and transported hydrocarbons.

рентгеновская дифракцияпродукты коррозииуглекислотная коррозиякарбонат железаX-ray diffractioncorrosion productscarbon dioxide corrosioniron carbonateReferencesKantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vagapov R. K. Media corrosiveness and materials resistance at presence of aggressive carbon dioxide / Izv. Vuzov. Ferrous Metallurgy. 2021. Vol. 64. N 11. P. 793 – 801. DOI: 10.17073/0368-0797-2021-11-793-801Kantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vagapov R. K. Media corrosiveness and materials resistance at presence of aggressive carbon dioxide / Izv. Vuzov. Ferrous Metallurgy. 2021. Vol. 64. N 11. P. 793 – 801. DOI: 10.17073/0368-0797-2021-11-793-801Вагапов Р. К. Стойкость сталей в эксплуатационных условиях газовых месторождений, содержащих в добываемых средах агрессивный CO2 / Материаловедение. 2021. № 8. С. 41 – 47. DOI: 10.31044/1684-579X-2021-0-8-41-47Vagapov R. K. Resistance of Steels under Operating Conditions of Gas Fields Containing Aggressive CO2 in the Produced Media / Inorg. Mater. Appl. Res. 2022. Vol. 13. N 1. P. 240 – 245. DOI: 10.1134/S2075113322010397Запевалов Д. Н., Вагапов Р. К., Михалкина О. Г. Влияние пластовых условий на коррозионную агрессивность среды и защиту от внутренней коррозии на объектах добычи газа / Вести газовой науки. 2021. № 2(47). С. 177 – 189.Zapevalov D. N., Vagapov R. K., Mikhalkina O. G. Influence of reservoir conditions on the corrosiveness of environment and protection against internal corrosion at gas production facilities/ Vesti Gazovoy Nauki. 2021. Vol. 47. N 2. P. 177 – 189 [in Russian].Barker R., Burkle D., Charpentier T., et al. A review of iron carbonate (FeCO3) formation in the oil and gas industry / Corrosion Science. 2018. Vol. 142. P. 312 – 341. DOI: 10.1016/j.corsci.2018.07.021Barker R., Burkle D., Charpentier T., et al. A review of iron carbonate (FeCO3) formation in the oil and gas industry / Corrosion Science. 2018. Vol. 142. P. 312 – 341. DOI: 10.1016/j.corsci.2018.07.021Sun W., Nešić S. Kinetics of Corrosion Layer Formation. Part 1. Iron Carbonate Layers in Carbon Dioxide Corrosion / Corrosion. 2008. Vol. 64. P. 334 – 346. DOI: 10.5006/1.3278477Sun W., Nešić S. Kinetics of Corrosion Layer Formation. Part 1. Iron Carbonate Layers in Carbon Dioxide Corrosion / Corrosion. 2008. Vol. 64. P. 334 – 346. DOI: 10.5006/1.3278477Вагапов Р. К., Михалкина О. Г., Запевалов Д. Н. Использование методов рентгеновской дифракции и хроматомасс-спектрометрии при оценке коррозии и ингибиторной защиты на объектах газовых месторождений / Коррозия: материалы, защита. 2022. № 1. С. 37 – 48. DOI: 10.31044/1813-7016-2022-0-1-37-48Vagapov R. K., Mikhalkina O. G., Zapevalov D. N. Use of X-ray diffraction and chromatomass spectrometry for assessment of corrosion and inhibitor protection at facilities of gas fields / Korroziya Mater. Zashchita. 2022. N 1. P. 37 – 48 [in Russian]. DOI: 10.31044/1813-7016-2022-0-1-37-48Rizzo R., Baier S., Rogowska M., Ambat R. An electrochemical and X-ray computed tomography investigation of the effect of temperature on CO2 corrosion of 1Cr carbon steel / Corrosion Science. 2020. Vol. 166. Art. 108471. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108471Rizzo R., Baier S., Rogowska M., Ambat R. An electrochemical and X-ray computed tomography investigation of the effect of temperature on CO2 corrosion of 1Cr carbon steel / Corrosion Science. 2020. Vol. 166. Art. 108471. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108471Вагапов Р. К., Запевалов Д. Н., Ибатуллин К. А. Исследование коррозии объектов инфраструктуры газодобычи в присутствии CO2 аналитическими методами контроля / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. № 10. С. 23 – 30. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-10-23-30Vagapov R. K., Zapevalov D. N., Ibatullin K. A. Study of corrosion of gas production infrastructure objects in the presence of CO2 by the methods of analytical control / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2020. Vol. 86. N 10. P. 23 – 30 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-10-23-30Shayegani M., Ghorbani M., Afshar A., et al. Modelling of carbon dioxide corrosion of steel with iron carbonate precipitation / Corrosion Eng. Sci. Technol. 2009. Vol. 44. P. 128 – 136. DOI: 10.1179/174327808X286338Shayegani M., Ghorbani M., Afshar A., et al. Modelling of carbon dioxide corrosion of steel with iron carbonate precipitation / Corrosion Eng. Sci. Technol. 2009. Vol. 44. P. 128 – 136. DOI: 10.1179/174327808X286338Rizzo R., Gupta S., Rogowska M., et al. Corrosion of carbon steel under CO2 conditions: Effect of CaCO3 precipitation on the stability of the FeCO3 protective layer / Corrosion Science. 2020. Vol. 162. Art. 108214. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108214Rizzo R., Gupta S., Rogowska M., et al. Corrosion of carbon steel under CO2 conditions: Effect of CaCO3 precipitation on the stability of the FeCO3 protective layer / Corrosion Science. 2020. Vol. 162. Art. 108214. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.108214Wu M., Zhang S., Hou L., et al. Corrosion behavior of carbon steel in chloride and bicarbonate ion-enriched and CO2-saturated solutions / Materials and Corrosion. 2020. Vol. 71. P. 1533 – 1546. DOI: 10.1002/maco.202011587Wu M., Zhang S., Hou L., et al. Corrosion behavior of carbon steel in chloride and bicarbonate ion-enriched and CO2-saturated solutions / Materials and Corrosion. 2020. Vol. 71. P. 1533 – 1546. DOI: 10.1002/maco.202011587Zhang S., Hou L., Du H., et al. A study on the interaction between chloride ions and CO2 towards carbon steel corrosion / Corrosion Science. 2020. Vol. 167. Art. 108531. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108531Zhang S., Hou L., Du H., et al. A study on the interaction between chloride ions and CO2 towards carbon steel corrosion / Corrosion Science. 2020. Vol. 167. Art. 108531. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108531Santos B. A. F., Souza R. C., Serenario M. E. D., et al. The role of acetic acid in FeCO3 scale deposition on CO2 corrosion of API X65 carbon steel under high temperatures / Corrosion Eng. Sci. Technol. 2021. Vol. 56. P. 553 – 564. DOI: 10.1080/1478422X.2021.1920171Santos B. A. F., Souza R. C., Serenario M. E. D., et al. The role of acetic acid in FeCO3 scale deposition on CO2 corrosion of API X65 carbon steel under high temperatures / Corrosion Eng. Sci. Technol. 2021. Vol. 56. P. 553 – 564. DOI: 10.1080/1478422X.2021.1920171Вагапов Р. К., Прокопенко А. Ю., Томский И. С. Оценка зависимости скорости коррозии стали на объектах инфраструктуры углеводородных месторождений от минерализации и температуры / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 6. С. 41 – 44. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-41-44Vagapov R. K., Prokopenko A. Yu., Tomsky I. S. Assessment of the steel corrosion rate at the infrastructure facilities of hydrocarbon deposits as a function of the mineralization and temperature / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2021. Vol. 87. N 6. P. 41 – 44 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-6-41-44Вагапов Р. К., Запевалов Д. Н. Коррозионная агрессивность эксплуатационных условий по отношению к стальному оборудованию и трубопроводам на объектах добычи газа, содержащего CO2 / Металлург. 2021. № 1. С. 46 – 55.Vagapov R. K., Zapevalov D. N. Corrosion Activity of Operating Conditions for the Steel Equipment and Pipelines in the Plants Extracting CO2-Containing Gases / Metallurgist. 2021. Vol. 65. N 1 – 2. P. 50 – 61. DOI: 10.1007/s11015-021-01132-xFajardo V., Eslami M., Choi Y.-S., et al. Influence of Acetic Acid on the Integrity and Protectiveness by an Iron Carbonate (FeCO3) Corrosion Product Layer / Corrosion. 2021. Vol. 77. P. 97 – 111. DOI: 10.5006/3659Fajardo V., Eslami M., Choi Y.-S., et al. Influence of Acetic Acid on the Integrity and Protectiveness by an Iron Carbonate (FeCO3) Corrosion Product Layer / Corrosion. 2021. Vol. 77. P. 97 – 111. DOI: 10.5006/3659Esmaeely S., Young D., Brown B., et al. Effect of Incorporation of Calcium into Iron Carbonate Protective Layers in CO2 Corrosion of Mild Steel / Corrosion. 2017. Vol. 73. P. 238 – 246. DOI: 10.5006/2261Esmaeely S., Young D., Brown B., et al. Effect of Incorporation of Calcium into Iron Carbonate Protective Layers in CO2 Corrosion of Mild Steel / Corrosion. 2017. Vol. 73. P. 238 – 246. DOI: 10.5006/2261Rizzo R., Palencsár A., Ambat R. A flow loop study on the effect of Ca2+ ions on the CO2 corrosion of 1Cr carbon steel in a CaCO3-saturated solution / Corrosion Eng. Sci. Technol. 2021. Vol. 56. P. 787 – 795. DOI: 10.1080/1478422X.2021.1973175Rizzo R., Palencsár A., Ambat R. A flow loop study on the effect of Ca2+ ions on the CO2 corrosion of 1Cr carbon steel in a CaCO3-saturated solution / Corrosion Eng. Sci. Technol. 2021. Vol. 56. P. 787 – 795. DOI: 10.1080/1478422X.2021.1973175Rizzo R., Ambat R. Effect of initial CaCO3 saturation levels on the CO2 corrosion of 1Cr carbon steel / Materials and Corrosion. 2021. Vol. 72. P. 1076 – 1090. DOI: 10.1002/maco.202011822Rizzo R., Ambat R. Effect of initial CaCO3 saturation levels on the CO2 corrosion of 1Cr carbon steel / Materials and Corrosion. 2021. Vol. 72. P. 1076 – 1090. DOI: 10.1002/maco.202011822Mansoori H., Young D., Brown B., et al. CO2 Corrosion of Mild Steel Exposed to CaCO3-Saturated Aqueous Solutions / Corrosion. 2019. Vol. 75. P. 1281 – 1284. DOI: 10.5006/3310Mansoori H., Young D., Brown B., et al. CO2 Corrosion of Mild Steel Exposed to CaCO3-Saturated Aqueous Solutions / Corrosion. 2019. Vol. 75. P. 1281 – 1284. DOI: 10.5006/3310Wang C., Hua Y., Nadimi S., et al. Anti-corrosion characteristics of FeCO3 and FexCayMgzCO3 scales on carbon steel in high-PT CO2 environments / Chem. Eng. J. 2022. Vol. 431. Art. 133484. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133484Wang C., Hua Y., Nadimi S., et al. Anti-corrosion characteristics of FeCO3 and FexCayMgzCO3 scales on carbon steel in high-PT CO2 environments / Chem. Eng. J. 2022. Vol. 431. Art. 133484. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133484Mohammed S., Hua Y., Barker R., et al. Effect of calcium on X65 carbon steel pitting in saturated CO2 environment / Electrochimica Acta. 2022. Vol. 407. Art. 139899. DOI: 10.1016/j.electacta.2022.139899Mohammed S., Hua Y., Barker R., et al. Effect of calcium on X65 carbon steel pitting in saturated CO2 environment / Electrochimica Acta. 2022. Vol. 407. Art. 139899. DOI: 10.1016/j.electacta.2022.139899Mansoori H., Young D., Brown B., et al. Influence of calcium and magnesium ions on CO2 corrosion of carbon steel in oil and gas production systems (review) / J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018. Vol. 59. P. 287 – 296. DOI: 10.1016/j.jngse.2018.08.025Mansoori H., Young D., Brown B., et al. Influence of calcium and magnesium ions on CO2 corrosion of carbon steel in oil and gas production systems (review) / J. Nat. Gas Sci. Eng. 2018. Vol. 59. P. 287 – 296. DOI: 10.1016/j.jngse.2018.08.025Ding C., Gao K., Chen C. Effect of Ca2+ on CO2 corrosion properties of X65 pipeline steel / International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2009. Vol. 16. P. 661 – 666. DOI: 10.1016/S1674-4799(10)60009-XDing C., Gao K., Chen C. Effect of Ca2+ on CO2 corrosion properties of X65 pipeline steel / International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2009. Vol. 16. P. 661 – 666. DOI: 10.1016/S1674-4799(10)60009-XShamsa A., Barker R., Hua Y., et al. The role of Ca2+ ions on Ca/Fe carbonate products on X65 carbon steel in CO2 corrosion environments at 80 and 150 °C / Corrosion Science. 2019. Vol. 156. P. 58 – 70. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.05.006Shamsa A., Barker R., Hua Y., et al. The role of Ca2+ ions on Ca/Fe carbonate products on X65 carbon steel in CO2 corrosion environments at 80 and 150 °C / Corrosion Science. 2019. Vol. 156. P. 58 – 70. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.05.006Hua Y., Shamsa A., Barker R., et al. Protectiveness, morphology and composition of corrosion products formed on carbon steel in the presence of Cl–, Ca2+ and Mg2+ in high pressure CO2 environments / Appl. Surface Sci. 2018. Vol. 455. P. 667 – 682. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.05.140Hua Y., Shamsa A., Barker R., et al. Protectiveness, morphology and composition of corrosion products formed on carbon steel in the presence of Cl–, Ca2+ and Mg2+ in high pressure CO2 environments / Appl. Surface Sci. 2018. Vol. 455. P. 667 – 682. DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.05.140Mansoori H., Young D., Brown B., et al. Effect of CaCO3-saturated solution on CO2 corrosion of mild steel explored in a system with controlled water chemistry and well-defined mass transfer conditions / Corrosion Science. 2019. Vol. 158. Art. 108078. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.07.004Mansoori H., Young D., Brown B., et al. Effect of CaCO3-saturated solution on CO2 corrosion of mild steel explored in a system with controlled water chemistry and well-defined mass transfer conditions / Corrosion Science. 2019. Vol. 158. Art. 108078. DOI: 10.1016/j.corsci.2019.07.004Mansoori H., Brown B., Young D., et al. Effect of FexCayCO3 and CaCO3 scales on the CO2 corrosion of mild steel / Corrosion. 2019. Vol. 75. P. 1434 – 1449. DOI: 10.5006/3290Mansoori H., Brown B., Young D., et al. Effect of FexCayCO3 and CaCO3 scales on the CO2 corrosion of mild steel / Corrosion. 2019. Vol. 75. P. 1434 – 1449. DOI: 10.5006/3290

The authors declare that there are no conflicts of interest present.