Обоснование применения технологий нанесения защитных покрытий на примере месторождений Западной Сибири

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. 

1. Davis J. R. The effects and economic impact of corrosion. Corrosion: Understanding the basics. 2000;(164):62–66.

2. 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.2021.101370

3. Колесова 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.

4. Мищенко И. Т. Скважинная добыча нефти. Москва: Нефть и газ, РГТУ им. Губкина; 2003. 816 с.

5. Маркин А. Н., Низамов Р. Э. СО2 Коррозия нефтепромыслового оборудования. Москва; 2003. 188 с.

6. Насыров А. М., Масленников Е. П., Нагуманов М. М. Технологические аспекты охраны окружающей среды в добыче нефти. Ижевск: Парацельс Принт; 2013. 287 с.

7. 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/coatings13010180

8. Kumar 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.2021.106215

9. Георгиев Д. Открытые инновации 2014: события, тенденции, перспективные разработки. Наноиндустрия. 2014;7(53):20–35.

10. 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.2019.05.030

11. Чжу 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/

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.2019.03.173

16. Fu 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.2020.11.044

17. Бабичев 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.

18. 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.

19. 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.PDF

20. Каменева 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.pdf

21. Картапова 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_RU

22. Жабин 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/10.18577/2307-6046-2020-0-11-68-75

23. Гильманов Т. И. Обзор технологий нанесения износостойких покрытий. Инновационная наука. 2022;(4-1):10–12.

24. 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/10.18577/2307-6046-2022-0-10-100-115

25. Клуонис, 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.

26. 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_RU

27. Исакаев 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/

28. 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/

29. 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.2021.08.51106.15-21