Mecanismo de corrosión por picado en cañerías de conducción de agua coproducida

Abstract

El acero al carbono es el material más utilizado para las cañerías en la industria petrolera debido a su resistencia y disponibilidad. Sin embargo, estas cañerías pueden sufrir ataques corrosivos, ya sea uniformes o localizados, influenciados por la composición química del medio agresivo, las condiciones de flujo y otras variables operativas. En particular, el agua de formación en la industria del petróleo suele contener altas concentraciones de iones Na+, Cl-, Ca2+ y Mg2+, que son precursores en la formación de precipitados y pueden afectar la morfología del ataque corrosivo. La bibliografía reporta estudios que evaluaron el comportamiento de la corrosión bajo CO₂ en presencia de iones calcio, los cuales pueden añadirse al medio mediante diversas sales, como cloruros, carbonatos y sulfatos, cuya presencia podría modificar la corrosión de la superficie. En el presente trabajo se estudia la velocidad de corrosión de un acero al carbono sometido al ataque de medios electrolíticos saturados con CO2 a 65°C, bajo condiciones dinámicas y estáticas. Se evalúa el efecto del ion Ca2+ sobre la velocidad de corrosión, morfología de ataque y su dependencia con el anión asociado (Cl- o CO32-) a dicho catión y al Na+. Para los estudios, se utilizó un potenciostato galvanostato con un electrodo de cilindro rotante a 600 rpm y con un electrodo plano con agitación magnética. Se aplicó la técnica de resistencia de polarización lineal (RPL) a fin de calcular la velocidad de corrosión, junto con mediciones de potencial y corriente a lo largo de 48 h para monitorear el comportamiento del sistema. Por otra parte, ser realizaron ensayos de polarización potenciodinámica a los efectos de encontrar parámetros característicos de corrosión por picado. Se ha encontrado que la velocidad de corrosión depende no sólo de la presencia del Ca2+, sino también del anión con el que se introduce en el medio electrolítico. Se observó una fuerte acción inhibitoria de la corrosión ante la presencia del Ca2+ en medios libres de cloruros, debido a la precipitación de ankerita, de menor solubilidad en comparación con la siderita. Además, se ha podido observar que, si bien la velocidad de corrosión aumenta con la concentración de Cl-, el valor de esta depende del catión a partir del cual se introduce el anión, siendo mayor cuando el Cl- se agrega como NaCl en comparación con CaCl₂. Asimismo, se verificamos que la morfología del daño puede ser explicado a partir del mecanismo propuesto por Galvele [1] y que la presencia de Ca2+, si bien puede otorgar heterogeneidades al sustrato, cuando es aportado como carbonato no es un factor crítico al momento de desarrollar corrosión por picado.

Carbon steel is the most widely used material for pipelines in the oil industry due to its strength and availability. However, these pipelines can suffer from corrosion attacks, either uniform or localized, influenced by the chemical composition of the aggressive medium, flow conditions, and other operational variables. Formation water in the oil industry usually contains high concentrations of Na+, Cl-, Ca2+ and Mg2+ ions, which are precursors in the formation of precipitates and can affect the morphology of the corrosive attack. Literature reports studies that have evaluated corrosion behavior under CO₂ in the presence of calcium ions, which can be introduced into the medium via various salts, such as chlorides, carbonates, and sulfates, whose presence could modify surface corrosion. In the present work, the corrosion rate of carbon steel exposed to electrolytic media saturated with CO2 at 65°C is studied under dynamic and static conditions. The effect of Ca2+ on the corrosion rate is evaluated, along with its dependence on the associated anion (Cl- or CO32-) and Na+. For these studies, a potentiostat-galvanostat with a rotating cylinder electrode at 600 rpm and a flat electrode with magnetic stirring were used. The linear polarization resistance (LPR) technique was applied to calculate the corrosion rate, along with potential and current measurements over 48 hours to monitor system behavior. In addition, potentiodynamic polarization tests were performed to identify characteristic parameters of pitting corrosion. It was found that the corrosion rate depends not only on the presence of Ca2+ but also on the anion with which it is introduced into the electrolytic medium. A strong inhibitory effect on corrosion was observed in the presence of Ca2+ in chloride-free media due to the precipitation of ankerite, which is less soluble compared to siderite. Moreover, it was observed that, although the corrosion rate increases with Cl- concentration, its value depends on the cation through which the anion is introduced, being higher when Cl- is added as NaCl compared to CaCl2. Additionally, Galvele's proposed mechanism [1] was confirmed, indicating that while Ca2+ can introduce heterogeneities into the substrate, when supplied as carbonate, it is not a critical factor in developing pitting corrosion.