Korrosion og materialevalg mulige årsager til injektionsproblemer

Transkript

1 Korrosion og materialevalg mulige årsager til injektionsproblemer Troels Mathiesen, FORCE Technology Partnere GEUS GEOOP HOFOR Fjernvarme Sønderborg Fjernvarme Lunds Universitet BRGM GFZ Rør fra Thisted. Ingen korrosion efter 30 år

2 Arbejdspakken. Aggressivt geotermisk vand Forstå årsag til injektionsproblem i brønde, dvs. korrosion og belægningsdannelse på stål i aggressiv saltholdig geotermisk brine Mange teorier i spil ved projektstart i CO 2 korrosion (karbonatudfældning) - Ilt korrosion - Galvanisk korrosion (stål, rustfrit stål, titan, bly) - Belægningsdannelse (scaling) - Mikrobiel vækst

3 Arbejdspakke overblik Aggressivt geotermisk vand Forstudium - gennemgang af anlæg og 30 års historik - erfaringer fra Frankrig, Sverige og Tyskland On-site målinger i anlæg Dokumentere effekt af: - driftsændringer - korrosion - belægningsdannelse - kemikalieinjektion Parameterstudier i laboratoriet What-if scenarier testes uden at forstyrre drift i anlæg, fx. - iltindtrængen Hypoteser - testplan - korrosionsbestandige legeringer - korrosionsinhibitorer - kemikalier til udsyring 2020 Drejebøger for drift og anlægsdesign til forebyggelse af injektionsproblemer

4 Måling i anlæg i Sønderborg, Margretheholm og Thisted Korrosion Kuponer Galvanisk (Fe & Cu) Elektrisk modstandsprobe (ER) LPR (linear polarisation) Vandkemi ph Opløst ilt (DO) ORP (redox potential)

5 Automatiske vandprøvetagere i Sønderborg og Thisted Sønderborg - produktionsbrønd meget lavt iltindhold; 0,01 ppm ph stabil: 6,6-6,8 ORP lavt ingen oxiderende stoffer Thisted - injektionslinje meget lavt iltindhold; <0,01 ppm ph stabil: 6,2 ORP lavt ingen oxiderende stoffer Optimale forhold til forebyggelse af korrosion

6 Korrosionsmåling ved injektionsbrønd Galvanisk korrosionsstrøm mellem stål og messsing Korrosionshastighed af vægttabskuponer Ulegeret stål Rustfrit stål 316L 0,1-0,3 mm/år 2 µm/år (mikropitting) Elektrisk modstandsprobe (ER), tykkelsesreduktion 0.16 mm/år De tre målemetoder viser iltindtrængning i injektionslinjen

7 Overfladekvalitet i brøndrør (tubing) et overset problem! Overskydende brøndrør efter flere års opbevaring Kamerainspektion af brønd 1144 m 1144 m Glødeskal falder af som rustflager Potentiel stor mængde 1144 m 1162 m 1194m 2%HF 5%HCl Sværtopløselig i syre; 24 timer, 50 C API 5CT standard nævner ingenting om glødeskal! 1195m

8 Galvanisk korrosion pga. opløst bly Margretheholm Brine fra Bunter reservoir indeholder ca. 3 mg/l Pb ++ Galvanisk udfældning af bly giver korrosion af stålet Mindst en gennemtæring pga. dette i Margretheholm Mekanisme kendes fra Holland og Tyskland Forebygges med tilsætning af korrosionsinhibitor Ref. Schröder 2007

9 Korrosionstest i autoklave Egenskaber af stål i kunstig brine med ultralavt iltindhold (ppb) Temperatur C Tryk 1-70 bar Vægt-% NaCl 13,4 CaCl 2-6H 2 O 12,1 MgCl 2-7H 2 O 2,6 K 2 SO 4 0,3 Pb mg/l

10 Strøm [ma] Potential [V vs. SHE] Korrosionsmåling i kunstig brine med bly -0,15 Polarisation i kunstig brine ved 70 C, iltfrit med flow Fe Fe e - Pb 2+ 2e - Pb anode / korrosion katode / drivende kraft -0,25-0,35 Stål -0,45-0,55 Bly -0,65 Stål m. 3.0 mg/l Pb 2+ -0,75 0, ,0001 0,001 0,01 0, Strømtæthed [ma/cm2] ZRA: Galvanisk strøm: stål-stål(+3,0 mg/l Pb) 0,005 0,004 0,003 0,002 0, , Tid [t]

11 Korrosion af bly og stål Mekanisme mere kompliceret end ventet Bly korroderer hurtigere end stål, men bly er mere ædelt og giver galvanisk korrosion God overensstemmelse mellem polarisation and galvanisk strøm Temperaturen er afgørende for kinetik ved udfældning af bly og korrosion af stål Fra Tafel polarisation Materiale Temp. Elektrolyt korrosionshastighed (mm/år) Stål 25 C Brine 0,023 Stål 70 C Brine 0,023 Bly 25 C Brine 0,088 Bly 70 C Brine 0,247 Stål 25 C Brine + 3,0 mg/l Pb 2+ 0,023 Stål 70 C Brine + 3,0 mg/l Pb 2+ 0,008 Stål/stål 25 C Brine + 3,0 mg/l Pb 2+ 0,009 Stål/stål 70 C Brine + 3,0 mg/l Pb 2+ 0,019 Virkning af korrosionsinhibitorer undersøges i øjeblikket Stål/bly 25 C Brine 0,151 Stål/bly 70 C Brine 0,313 Galvanisk strømmåling (ZRA) Stål/stål 25 C Brine + 3,0 mg/l Pb 2+ 0,012 Stål/stål 70 C Brine + 3,0 mg/l Pb 2+ 0,029

12 Konklusioner Alle danske anlæg har brøndrør i ulegeret stål Der er korrosion i 2 ud af 3 anlæg Materialevalg og korrosionsforebyggelse tre muligheder: Ulegeret stål Tillægskrav til overfladekvalitet Forebyg iltindtrængen Evt. tilsæt korrosionsinhibitor Kompositrør (ikke-metallisk) Bemærk begrænsinger mht tryk Rusfrit stål (fx 13Cr) Forudsætter iltfri brine Tolerant overfor bly