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Tesis

Estudio por espectroscopía Mossbauer de productos de corrosión formados sobre aceros de aplicación en yacimientos de petróleo y gas

1999



Título Estudio por espectroscopía Mossbauer de productos de corrosión formados sobre aceros de aplicación en yacimientos de petróleo y gas
Nombre Chung, Eduardo Edgardo
Licenciado en Física Universidad de Panamá Panamá
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Dra. Saragovi Celia. CNEA
Dra. Raspini Isabel.
. CNEA Centro Atómico Constituyentes
Fecha Defensa 15/06/1999
Jurado

Código Código IT IT/T--42/99

Resumen

Los tubos de aceros utilizados en los yacimientos de gas y petróleo están sometidos a ambientes severos que reducen su vida útil, ocasionando grandes pérdidas a las industrias dedicadas a la extracción. Resulta pues, de gran importancia el estudio de la resistencia a la corrosión de estos aceros. Una forma de estudiar la resistencia a la corrosión es mediante la caracterización de los productos de corrosión que se forman sobre estos aceros. La caracterización de estos productos permite conocer sus cualidades protectoras y de esta forma establecer diferencias relativas entre los materiales estudiados. En este trabajo se analizaron los productos de corrosión formados sobre dos aceros, uno sin cromo [SJ-1] y otro con 1 por ciento de cromo [S1-1]. Se aplicaron técnicas electroquímicas para simular el proceso de corrosión que se tiene en el fondo de los pozos (medio agresivo y turbulencia), generando de esta forma los productos de corrosión sobre estos aceros. La formación de estos productos dependen de la composición y características del material base y de las condiciones del medio. Se identificaron los productos de corrosión con una técnica poco utilizada en este tipo de estudio: Espectroscopía Mössbauer. La información es complementada con diffracción de Rayos X y curvas potenciostáticas.
Todo esto permitió detectar diferencias cualitativas y morfológicas en estos productos. La espectroscopía Mössbauer del 57Fe analiza los entornos microscópicos alrededor de cada átomo de hierro por lo que permite identificar compuestos de hierro con una precisión mayor que cualquier otra técnica. Esta espectroscopía permitió identificar las distintas fases presentes en los productos de corrosión. En los productos de corrosión analizados, se determinó la formación de la cementita (Fe3C), el carbonato ferroso (FeCO3) y un carburo del tipo Fe-C que no había sido reportado anteriormente en ensayos de este tipo.
En el [SJ-1] fue identificada únicamente la Fe3C, ésta contiene aleantes de la forma (Fe,M)3C (M=Metal) y/o mayor cantidad de carbonos Fe3-xC1+x. En el [S1-1] fue identificado el FeCO3 y el carburo Fe-C. De la forma como fue extraído el FeCO3 se sugiere que éste es un constituyente adherido y vinculado firmemente a la película de corrosión. El carburo Fe-C encontrado en este trabajo posiblemente incluye otros iones metálicos en su estructura y sea un carburo de la forma (Fe,M)x-Cy (M=Metal). La formación del FeCO3 es el S1-1 y no en el SJ-1 indica que la formación de éste no depende exclusivamente de las condiciones iniciales de la solución ya que ambas fueron ensayadas bajo las mismas condiciones.

Complete Title

Abstract

Oil and gas well line pipe steels are exposed to highly corrosive CO2 containing water phases, reducing their lifetime, and causing a great loss to industry. Therefore, the understanding of this particular type of corrosion is important. Characterization of corrosion products formed on the surface must be made for a better understanding of their corrosion resistance. Information about their protective qualities is important to establish differences between steels. Corrosion products formed on two steels, one without chromium [SJ-1] and another with 1per cent chromium [S1-1]. An electrochemical process was applied to simulate a corrosion process at the bottom of an oil well [turbulence and aggressive environment] to obtain corrosion products. Their formation depends on composition of steels and environmental conditions. A method which is not frequently used to identify corrosion products is applied: Transmission Mossbauer Spectroscopy [TMS]. X-ray diffraction and potentiostatic curves were also used to complement the information obtained. Through TMS, morphological and qualitative differences were detected on the corrosion products. 57Fe Mossbauer Spectroscopy analyses the microscopic surroundings of each iron atom; it identifies iron compounds with higher accuracy than any other method. Any possible Fe containing phase in corrosion products can be identified. The formation of cementite (Fe3C), ferrous carbonate (FeCO3) and Fe-C carbide, which was not reported before in this kind of test, were found on the corrosion products. On the [SJ-1] probes only the so called "Fe3C" was found which is an alloyed cementite (Fe,M)3C (M=Metal) and/or cementite with more carbon atom Fe3-xC1+x. Two phases were identified on the [S1-1]: FeCO3 and Fe-C carbide. From the extraction method used it was suggested that FeCO3 is more adherent constituent, firmly tied to the corrosion film. The identified Fe-C carbide could probably include another metallic ion in its composition, being a carbide of type (Fe,M)x-Cy (M=Metal). Since both probes were tested under the same conditions, formation of FeCO3 on [S1-1] and not on [SJ-1] indicates that its formation does not depend only on the initial conditions of the solutions (that is, Fe2+ concentration and neutralizing agents). Furthermore, it is suggested that the FeCO3 formation could also be due to the alloying elements on the steel and/or to the microstructure. This compound might very well be the cause of a better corrosion resistance in CO2 containing waters. The better performance of the 1 per cent Cr containing steel can be related to the "joint formation" of Fe-C carbide and FeCO3, in accordance with TMS results, thus confirming previous electrochemical evaluations

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