tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2026-1-113-128RLCTMItumnig-1409Research ArticleМАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИMATERIALS AND STRUCTURES IN THE OIL AND GAS INDUSTRYОбоснование применения технологий нанесения защитных покрытий на примере месторождений Западной СибириJustification for the application technologies of protective coating based on the example of oil fields in West SiberianКоролевМ. И.KorolevM. I.

Королев Максим Игоревич, кандидат технических наук, руководитель высшей нефтяной школы

Ханты-Мансийск

Maxim I. Korolev, Candidate of Engineering Sciences, Head of the Higher Oil School

Khanty-Mansiysk

m_korolev@ugrasu.ruПавловаС. С.PavlovaS. S.

Павлова Светлана Станиславовна, кандидат технических наук, доцент высшей нефтяной школы

Ханты-Мансийск

Svetlana S. Pavlova, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of the Higher Oil School

Khanty-Mansiysk

ФарраховЛ. А.FarrakhovL. A.

Фаррахов Линар Анирович, руководитель проекта, проектный офис по реализации технологических проектов

Санкт-Петербург

Linar A. Farrakhov, Project Manager, Project Office for the Implementation of Technological Projects

Saint Petersburg

КвачИ. В.KvachI. V.

Квач Ирина Валериевна, старший преподаватель кафедры инженерной графики

Санкт-Петербург

Irina V. Kvach, Senior Lecturer of the Department of Engineering Graphics

Saint Petersburg

 

Югорский государственный университетРоссияYugra State UniversityRussian FederationМорнефтегазпроектРоссияMorneftegazproektRussian FederationБалтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. УстиноваРоссияBaltic State Technical University “VOENMEKH” named after D. F. UstinovRussian Federation20260503202601113128Copyright © Королев М.И., Павлова С.С., Фаррахов Л.А., Квач И.В., 20262026Королев М.И., Павлова С.С., Фаррахов Л.А., Квач И.В.Korolev M.I., Pavlova S.S., Farrakhov L.A., Kvach I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1409

Коррозия металлических конструкций представляет собой одну из наиболее серьезных проблем нефтегазовой отрасли. Влияние коррозии очень существенно. Вопервых, прямые потери: протекание коррозионных процессов приводит к внезапному выходу из строя оборудования. Во-вторых, сопутствующие экономические затраты, вызванные ремонтом, заменой оборудования и вынужденным простоем. Проблема борьбы с коррозией становится еще более актуальной в связи с растущими требованиями к добыче и транспортировке нефти и нефтепродуктов, что, в свою очередь, делает необходимой разработку новых материалов для защиты металлических конструкций и технологий их нанесения. Это исследование посвящено углубленному анализу современных разработок в области защитных материалов и технологий их нанесения на металлические конструкции, предназначенные для эксплуатации в агрессивных средах и условиях интенсивного абразивного износа. Проведена идентификация наиболее уязвимых узлов нефтедобывающего оборудования, подверженных наиболее сильному износу. Определены решающие негативные факторы, такие как высокая температура, воздействие сероводорода, солей, влаги механическое трение и истирание. В качестве наиболее эффективных защитных материалов выделены карбид вольфрама, а также нитриды и бориды переходных металлов, в частности титана. Особое внимание уделено методам нанесения керамических покрытий, среди которых наиболее перспективными являются высокоскоростное плазменное напыление (HVOF), физическое осаждение из паровой фазы (PVD), магнетронное распыление и другие. Выбор этих методов обусловлен их высокой эффективностью, возможностью получения покрытий с заданными свойствами и высоким качеством адгезии к основе. 

Corrosion of metal structures represents one of the most serious problems in the oil and gas industry. Its impact is profound. First, corrosion processes cause direct losses, as they often lead to sudden equipment failure. Second, corrosion results in additional economic costs related to repair, equipment replacement, and forced downtime. With increasing requirements for oil production and transportation, corrosion control has become even more critical. This dictates the need to develop new protective materials for metal structures and the application technologies of them. This study focuses on an in-depth analysis of modern developments in protective materials and application technologies for metal structures operating in aggressive environments and under conditions of intensive abrasive wear. The authors of this article identify the most vulnerable components of oil production equipment that are subject to the highest wear rates. The researchers also determines key negative factors, such as high temperature, exposure to hydrogen sulfide, salts, moisture, mechanical friction, and abrasion. The most effective protective materials include tungsten carbide, nitrides and borides of transition metals, particularly titanium. The article pays special attention to application methods of ceramic coating. Methods as high-velocity oxygen fuel spraying (HVOF), physical vapor deposition (PVD), magnetron sputtering, and related processes demonstrate the greatest potential. These methods offer high efficiency, allow precise control of coating properties, and ensure strong adhesion to the substrate. 

коррозияабразивный износзащитные покрытияметоды защитынапылениепассивацияcorrosionabrasive wearprotective coatingprotection methodssprayingpassivationReferencesDavis J. R. The effects and economic impact of corrosion. Corrosion: Understanding the basics. 2000;(164):62–66.Davis J. R. The effects and economic impact of corrosion. Corrosion: Understanding the basics. 2000;(164):62–66.Al-Moubaraki A. H., Obot I. B. Corrosion challenges in petroleum refinery operations: Sources, mechanisms, mitigation, and future outlook. Journal of Saudi Chemical Society. 2021;25(12):101370. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2021.101370Al-Moubaraki A. H., Obot I. B. Corrosion challenges in petroleum refinery operations: Sources, mechanisms, mitigation, and future outlook. Journal of Saudi Chemical Society. 2021;25(12):101370. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2021.101370Колесова С. Б., Миронычев В. Г., Борхович С. Ю. Современные технологии извлечения нефти и газа. Перспективы развития минеральносырьевого комплекса. Ижевск: Издательский дом «Удмуртский университет»; 2016. 444 с.Kolesova S. B., Mironychev V. G., Borkhovich S. Yu. Sovremennye tekhnologii izvlecheniya nefti i gaza. Perspektivy razvitiya mineral'nosyr'evogo kompleksa. Izhevsk: Izdatel'skiy dom "Udmurtskiy universitet"; 2016. (In Russ.).Мищенко И. Т. Скважинная добыча нефти. Москва: Нефть и газ, РГТУ им. Губкина; 2003. 816 с.Mishchenko I. T. Skvazhinnaya dobycha nefti. Moscow: Neft' i gaz, RGTU im. Gubkina; 2003. (In Russ.).Маркин А. Н., Низамов Р. Э. СО2 Коррозия нефтепромыслового оборудования. Москва; 2003. 188 с.Markin A. N. Nizamov R. E. SO2 Korroziya neftepromyslovogo oborudovaniya. Moscow; 2003. (In Russ.).Насыров А. М., Масленников Е. П., Нагуманов М. М. Технологические аспекты охраны окружающей среды в добыче нефти. Ижевск: Парацельс Принт; 2013. 287 с.Nasyrov A. M., Maslennikov E. P., Nagumanov M. M. Tekhnologicheskie aspekty okhrany okruzhayushchei sredy v dobyche nefti. Izhevsk: Paratsel's Print; 2013. (In Russ.)Saleh B., Fathi R., Shi H., Wei H. Advanced Corrosion Protection through Coatings and Surface Rebuilding. Coatings. 2023;13(1):180. https://doi.org/10.3390/coatings13010180Saleh B., Fathi R., Shi H., Wei H. Advanced Corrosion Protection through Coatings and Surface Rebuilding. Coatings, 2023;13(1):180. https://doi.org/10.3390/coatings13010180Kumar S. S. A., Bashir S., Ramesh K., Ramesh S. New perspectives on graphene/graphene oxide based polymer nanocomposites for corrosion applications: the relevance of the graphene/polymer barrier coatings. Progress in Organic Coatings. 2021;154(1):106215. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2021.106215Kumar S. S. A., Bashir S., Ramesh K., Ramesh S. New perspectives on graphene/graphene oxide based polymer nanocomposites for corrosion applications: the relevance of the graphene/polymer barrier coatings, Progress in Organic Coatings. 2021;154(1):106215. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2021.106215Георгиев Д. Открытые инновации 2014: события, тенденции, перспективные разработки. Наноиндустрия. 2014;7(53):20–35.Georgiev D. Open innovations 2014: events, trends, promising developments. Nanoindustry. 2014;7(53):20–35. (In Russ.).Othman N. H., Ismail M. C., Mustapha M., Sallih N., Kee K. E., Jaal R. A. Graphene-based polymer nanocomposites as barrier coatings for corrosion protection. Progress in Organic Coatings. 2019;(135):82–99. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.05.030Othman N. H., Ismail M. C., Mustapha M., Sallih N., Kee K. E., Jaal R. A. Graphene-based polymer nanocomposites as barrier coatings for corrosion protection. Progress in Organic Coatings. 2019;(135):82–99. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.05.030Чжу Цзян, Аграуол Горав, Чакраборти Сома. Нанопокрытия для изделий. Российская Федерация. Патент № 2012139313. 17 февраля 2011. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_2012139313_20140327_A_RU/Chzhu Tszyan, Agrauol Gorav, Soma Chakraborti. Nanopokrytiya dlya izdelii. Russian Federation. Patent No. 2012139313. 17 February 2011. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_2012139313_20140327_A_RU/Абрашов А. А., Григорян Н. С., Ваграмян Т. А., Жиленко Д. Ю. Защитные керамические оксидно-титановые нанопокрытия. В сб. Сборник тезисов докладов сателлитной конференции ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. V Международная конференция-школа по химической технологии. Волгоград, 16–20 мая 2016. Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2016. С. 171–173.Abrashov A. A., Grigoryan N. S.,Vagramyan T. A., ZHilenko D. Yu. Zashchitnye keramicheskie oksidno-titanovye nanopokrytiya. V sb. Sbornik tezisov dokladov satellitnoy konferentsii KHKH Mendeleevskogo s''ezda po obshchey i prikladnoy khimii. V Mezhdunarodnaya konferentsiya-shkola po khimiche-skoy tekhnologii. Volgograd, 16–20 maya 2016. Volgograd : Volgogradskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet; 2016. Р. 171–173. (In Russ.).Шикунов С. Л., Ершов А. Е., Курлов В. Н. Новые подходы к получению керамических композиционных материалов и защитных покрытий на основе карбида кремния. В сб. трудов конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы–2016», ХI семинар «Термодинамика и материаловедение». Екатеринбург, 20–23 сентября 2016. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2016. С. 338–340.Shikunov S. L., Ershov A. E., Kurlov V. N. Novye podkhody k polucheniyu keramicheskikh kompozitsionnykh materialov i zashchitnykh pokrytiy na osnove karbida kremniya. In: trudu konferentsii KHimiya tverdogo tela i funktsional'nye materialy–2016", ХI seminar "Termodinamika i materialovedenie". Ekaterinburg, 20–23 sentyabrya 2016. Ekaterinburg: Ural'skoe otdelenie RAN, 2016. Р. 338–340.Тигунов Л. П., Пикалова В. С., Быховский Л. З. Легирующие металлы России. Минерально-сырьевая база: состояние, использование, перспективы развития. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017;(12):3–11.Tigunov L. P., Pikalova V. S., Bykhovskii L. Z. Legiruyushchie metally Rossii. Mineral'no-syr'evaya baza: sostoyanie, ispol'zovanie, perspektivy razvitiya. Chernaya metallurgiya. Byulleten' nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii. 2017;(12):3–11. (In Russ.).Raza A., Abdulahad S., Kang B., Ryu H. J., Hong S. H. Corrosion resistance of weight reduced AlxCrFeMoV high entropy alloys, Applied Surface Science. 2019;(485):368–374. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.173Raza A., Abdulahad S., Kang B., Ryu H. J., Hong S. H. Corrosion resistance of weight reduced AlxCrFeMoV high entropy alloys, Applied Surface Science. 2019;(485):368–374. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.173Fu Y., Li J., Luo H., Du C., Li X. Recent advances on environmental corrosion behavior and mechanism of high-entropy alloys. Journal of Materials Science & Technology. 2021;(80):217–233. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.11.044Fu Y., Li J., Luo H., Du C., Li X. Recent advances on environmental corrosion behavior and mechanism of high-entropy alloys, Journal of Materials Science & Technology, 2021;(80):217–233. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.11.044Бабичев А. П., Иванов В. В., Попов С. И., Донцов Н. С. Особенности механизма формирования вибрационного химико-механического цинкового покрытия. Упрочняющие технологии и покрытия. 2018;(14-2):51–54.Babichev A. P., Ivanov V. V., Popov S. I., Dontsov N. S. Features of the mechanism of chemical-mechanical vibrating zinc coating formation. Strengthening technologies and coatings. 2018;(14-2):51–54. (In Russ.).Qi C., Weinell C. E., Dam-Johansen K., Wu H. Assessment of anticorrosion performance of zinc-rich epoxy coatings added with zinc fibers for corrosion protection of steel. ACS omega. 2023;8(2):1912–1922.Qi C., Weinell C. E., Dam-Johansen K., Wu H. Assessment of anticorrosion performance of zinc-rich epoxy coatings added with zinc fibers for corrosion protection of steel. ACS omega. 2023;8(2):1912–1922.Бэйли Дж. Р., Бидигер Э. А., Бангару Н.-Р. В., Озекцин А., Джин Х., Йех Ч. Ш.-Х. и др. Устройства с покрытием для эксплуатации нефтяной и газовой скважины. Российская Федерация. Патент № 2 529 600 C2. 20 августа 2009. URL: https://searchplatform.rospatent.gov.ru/media/National/RU/C2/2014/09/27/0002529600//DOCUMENT.PDFBailey J. R., Biediger E. A. O., Bangaru N.-R. V., Ozekcin A., Jin H., Yen C. S.-H. et al. Devices with coatings for operation of oil and gas wells. Russian Federation. Patent No. 2 529 600 C2. 20 August 2009. (In Russ.) URL: https://searchplatform.rospatent.gov.ru/media/National/RU/C2/2014/09/27/0002529600//DOCUMENT.PDFКаменева А. Л., Бублик Н. В. Способ получения коррозионностойкого покрытия. Российская Федерация. Патент № 2 768 053. 24 ноября 2021. URL: https://searchplatform.rospatent.gov.ru/media/National/RU/C1/2022/03/23/0002768053//document.pdfKameneva A. L., Bublik N. V. Method for producing corrosion-resistant coating. Russian Federation. Patent No. 2 768 053. 24 November 2021. (In Russ.). URL: https://searchplatform.rospatent.gov.ru/media/National/RU/C1/2022/03/23/0002768053//document.pdfКартапова Т. С., Гильмутдинов Ф. З., Воробьев В. Л., Решетников С. М., Борисова Е. М. Способ нанесения смешанного углеродно-азотного защитного покрытия для повышения коррозионной стойкости железа. Российская Федерация. Патент № 2 659537 C1. 26 сентября 2017. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002659537_20180702_C1_RUKartapova T. S., Gilmutdinov F. Z., Vorobev V. L., Reshetnikov S. M, Borisova E. M. Method of application of mixed carbon-nitrogen protectivecoating to increase corrosive stability of iron. Russian Federation. Patent No. 2 659537 C1. 26 September 2017. (In Russ.). URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002659537_20180702_C1_RUЖабин А. Н., Няфкин А. Н., Серпова В. М., Краснов Е. И. Методы физического осаждения из газовой фазы для изготовления металлических композиционных материалов (обзор). Труды ВИАМ. 2020;11(93):68–75. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-11-68-75Zhabin A. N., Nyafkin A. N., Serpova V. M., Krasnov E. I. Methods of physical vapor deposition for the manufacture of metal matrix composites (review). Proceedings of VIAM. 2020;11(93):68–75. (In Russ.). https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-11-68-75Гильманов Т. И. Обзор технологий нанесения износостойких покрытий. Инновационная наука. 2022;(4-1):10–12.Gil'manov T. I. Obzor tekhnologii naneseniya iznosostoikikh pokrytii. Innovation science. 2022;(4-1):10–12. (In Russ.).Дружнова Я. С. Развитие методов газотермического напыления упрочняющих покрытий на основе карбидов вольфрама и хрома (обзор). Труды ВИАМ. 2022;10(116):100–115. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-10-100-115Druzhnova Ya. S. Development of methods for thermal spraying of hardening tires based on tungsten and chromium carbides (review). Proceedings of VIAM. 2022;10(116):100–115. (In Russ.) https://doi.org/10.18577/2307-6046-2022-0-10-100-115Клуонис, А. С., Плотников С. А. Обзор современных методов нанесения износостойких покрытий и их сравнительный анализ. В сб.: Инновационные решения в технологиях и механизации сельскохозяйственного производства. Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; 2023. С. 284–287.Kluonis, A. S., Plotnikov S. A. Obzor sovremennykh metodov naneseniya iznosostoykikh pokrytiy i ikh sravnitel'nyy analiz. In Innovatsionnye resheniya v tekhnologiyakh i mekhanizatsii sel'skokhozyaystvennogo proizvodstva. Gorki: Belorusskaya gosudarstvennaya sel'skokhozyaystvennaya akademiya; 2023. Р. 284–287. (In Russ.).Балдаев Л. Х., Балдаев С. Л., Игнатова С. А., Козлов Н. С., Мазилин И. В., Маньковский С. А. и др. Способ электродугового напыления покрытия. Российская Федерация. Патент № 2715827 C1. 18 октября 2019. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002715827_20200303_C1_RUBaldaev L. Kh., Baldaev S. L., Ignatova S. A., Kozlov N. S., Mazilin I. V., Man'kovskii S. A. et al. Method of electric arc spraying of coating. Russian Federation. Patent No. 2715827 C1. 18 october 2019. (In Russ.). URL: https:// rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002715827_20200303_C1_RUИсакаев М.-Э. Х., Мордынский В. Б., Катаржис В. А. Устройство для электродуговой металлизации. Российская Федерация. Патент № 2530580. 18 июня 2013. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002530580_20141010_C1_RU/Isakaev M.-E. Kh., Mordynskii V. B., Katarzhis V. A. Electric arc spraying device. Russian Federation. Patent No. 2530580. 18 June 2013. (In Russ.). URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002530580_20141010_C1_RU/Чуйко А. Г., Кузяев Ф. Ф., Ракоч А. Г., Чуйко К. А., Кудрявцев А. М., Швецов А. Ю. и др. Запорный орган для шарового крана и способ его изготовления. Российская Федерация. Патент № 2347126 C1. 02 мая 2007. URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002347126_20090220_C1_RU/Chujko A. G., Kuzjaev F. F., Rakoch A. G., Chujko K. A., Kudrjavtsev A. M., Shvetsov A. Ju. Ball valve shut-off member and method of its production. Russian Federation. Patent No. 2347126 C1. 02 May 2007. (In Russ.). URL: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002347126_20090220_C1_RU/Гренадёров А. С., Соловьёв А. А., Оскомов К. В., Жульков М. О. Зависимость механических и трибологических свойства-C : H : SiOx-пленок от амплитуды напряжения смещения подложки. Журнал технической физики. 2021;91(8):1286–1292. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.08.51106.15-21Grenaderov A. S., Solovyov A. A., Oskomov K. V., Zhulkov M. O. Dependence of mechanical and tribological properties of a-C : H : SiO x films on the amplitude of substrate bias voltage. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2021;91(8):1286– 1292.(In Russ.) https://doi.org/10.21883/JTF.2021.08.51106.15-21

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