DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2022.6(37).1.109-118

Concrete Corrosion of the Above-water Part of the Oil Trap in the Water Management of Oil-and-gas Facilities

Volodymyr Sierohlazov

About the Authors

Volodymyr Sierohlazov, post-graduate, Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture, Kharkiv, Ukraine, e-mail: wladimir.sr.m@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2343-2979

Abstract

The purpose of the work is to identify the type and kinetic indicators of concrete corrosion of the surface part of the oil trap in the water management of oil-and-gas facilities. Biogenic sulfuric acid concrete corrosion is a constant risk for water management facilities, in which hydrogen sulfide and its derivatives are present in the operating environment. Based on the analysis of the cycle of the oil production enterprise, the above processes are inherent in the water management of oil-and-gas facilities. The presence of hydrogen sulfide in water operating environments indicates a very high probability of the development of biogenic sulfuric acid aggression in the above-water moistened part of the structure - the influence of sulfuric acid produced by thion bacteria. An attractive environment for the accumulation of hydrogen sulfide by microbiological sulfate reduction is reservoir water at oil production sites, especially at water management sites where long-term sedimentation occurs. About 80% of losses from corrosion of oil industry equipment are associated with the activity of sulfate-reducing bacteria. In the experimental studies, concrete samples were studied, which were taken from the upper surface of the oil traps at the studied oil production facility located in the Dnipro-Donetsk depression. The results of a chemical study of concrete samples (decrease in pH, accumulation of sulfur compounds, and leaching of calcium compounds) indicated that the concrete is affected by biogenic sulfuric acid aggression. The experimentally determined dynamics of calcium compounds in the studied concrete samples indicated its leaching by aggressive sulfuric acid: the lower the pH of concrete, the lower the concentration of total calcium and the higher the concentration of mobile calcium. Based on data determined using a concrete corrosionmeter, the rate of microbiological corrosion of concrete was calculated - up to 0.08 mm/year, and the depth of diffusion of biogenic acids - up to 1.9 mm. The calculated average annual concentration of hydrogen sulfide in the atmosphere affecting concrete was 3.4 - 5.4 mg/m3, which exceeds the MPC of the working zone in the oil and gas industry.

Keywords

oil-and-gas facilities, wastewater, concrete, hydrogen-sulfide, acid aggression

Full Text:

PDF

References

1. Goncharenko, D.F. (2008). Ekspluatatsiya, remont i vosstanovleniye setey vodootvedenii [Operation, repair and restoration of sewerage networks]. Kharkov: Konsum [in Russian].

2. Vasiliev, V.M., Pankova, G.A. & Stolbikhin, Yu.V. (2013). Razrusheniye kanalizatsionnykh tonneley i sooruzheniy na nikh vsledstviye mikrobiologicheskoy korrozii. [Destruction of sewer tunnels and structures on them due to microbiological corrosion.]. Vodosnabzheniye i sanitarnaya tekhnika – Water supply and sanitary engineering, 9, 67-76. [in Russian].

3. Yurchenko, V.A. (2007). Razvitiye nauchno-tekhnologicheskikh osnov ekspluatatsii sooruzheniy kanalizatsii v usloviyakh biokhimicheskogo okisleniya neorganicheskikh soyedineniy. [Development of scientific and technological foundations for the operation of sewerage facilities under conditions of biochemical oxidation of inorganic compounds] Doctor's thesis. UGNII „UkrVODGEO”. Kharkov [in Russian].

4. Drozd, G.Y. (2003). Kanalizatsionnyye truboprovody: nadezhnost', diagnostika, sanatsiya. [Sewer pipelines: reliability, diagnostics, sanitation]. Donetsk: IEP NAS of Ukraine [in Russian].

5. Rosenthal N.K. (2011). Korroziya i zashchita betonnykh i zhelezobetonnykh konstruktsiy sooruzheniy ochistki stochnykh vod. [Corrosion and protection of concrete and reinforced concrete structures of wastewater treatment facilities. Beton i zhelezobeton – Concrete and reinforced concrete. Equipment, materials, technology, 1, 96-103. [in Russian].

6. Basista, M. & Weglewski, W. (2008). Micromechanical modelling of sulphate corrosion in concrete: influence of ettringite forming reaction. M.,: Belgrade, Theoret. Appl. Mech. Vol. 35. №. 1-3. Р. 29-52. [in English].

7. Stein, D. (2001). Rehabilition and Maintenance of Drains and Sewers / Univ.-Prof. Dr.-lng. habil. Ruhc-University Bochum (RUB), Faculty of Civil Engineering. Germany. 804 р. [in English].

8. Goncharenko, D. F., Aleinikova, A. I. & Gudilin, R. I. (2018). Kanalizatsionnyye tonneli i kollektory – na poroge ekologicheskoy katastrofy. [Sewer tunnels and collectors - on the verge of ecological catastrophe.]. Naukovyj visnyk budivnytstva – Scientific bulletin of everyday life, (93), 110–115 [in Russian].

9. Bryhada, O.V. (2013). Monitorynh pokaznykiv ekspluatsiyi vodovidvidnykh sporud z zalizobetonu. [Monitoring of indicators of exploitation of drainage structures made of reinforced concrete] . Candidate's thesis. Kharkiv National University of Civil Engineering and Architecture. Kharkiv [in Ukrainian].

10. Andreyuk, E.I., Bilay, V.I., Koval, E.Z. & Kozlova, I.A. (1980). Mikrobnaya korroziya i yeye vozbuditeli. [Microbial corrosion and its pathogens]. Kyiv: Naukova Dumka [in Russian].

11. Kovalenko, A.V., Yurchenko, V.O., Bryhada, E.V. & Lebedeva, E.S. (2014). Zakhyst atmosfernoho povitrya vid zabrudnennya vykydamy sirkovodnyu z kanalizatsiynykh merezh. [Protection of atmospheric air from pollution by hydrogen sulfide emissions from sewage networks]. Naukovyj visnyk budivnytstva – Scientific bulletin of construction, Issue 3(77), 218-223. [in Ukrainian].

12. Monteny, J. (2000). Chemical, microbiological, and in situ test methods for biogenic sulfuric acid corrosion of concrete / Monteny, J., Vinckeb E., Beeldensc A., De Belied N., Taerwea L., Van Gemertc D. and Verstraeteb W. Cement and Concrete Research. Vol. 30. № 4. P. 623-634. [in English].

13. Yurchenko, V.A. & Bryhada, E.V. (2014). Kineticheskiye kharakteristiki mikrobiologicheskoy korrozii betona v setyakh vodootvedeniya. [Kinetic characteristics of microbiological corrosion of concrete in sewer networks]. Voda i jekologija. Problemy i reshenija – Water and ecology. Problems and solutions. 1. 51-61 [in Ukrainian].

14. Zhuravskaya, N. E., Shevchenko, K.V. & Zhuravsky, D.A. (2020). Biopovrezhdeniya betonnykh konstruktsiy, meropriyatiya po vosstanovleniyu. [Biodamage of concrete structures, restoration measures]. Problems of modern construction: Mezhdunarodnaja nauchno-tehnicheskaja konferencija (28 maja 2020 g.) – International Scientific and Technical Conference (pp. 229-237), Minsk: BNTU [in Russian].

15. Akhmadullin, R.R. (2006). Povysheniye dolgovechnosti zhelezobetona v usloviyakh serovodorodnoy korrozii. [Increasing the durability of reinforced concrete under conditions of hydrogen sulfide corrosion]. Candidate's thesis. Ufim. state oil un-t. Ufa, 154 p. [in Russian].

16. Kantor, P.L. (2012). Povysheniye dolgovechnosti zhelezobetona vodootvodyashchikh kollektorov. [Increasing the durability of reinforced concrete drainage collectors] . Candidate's thesis. Ufa, 143 p. [in Russian].

17. Rekomendatsii po otsenke stepeni korrozionnogo vozdeystviya slaboagressivnykh kislykh sred na beton. [Recommendations for assessing the degree of corrosive effect of slightly aggressive acid environments on concrete]. (1986). Moskow: NIIZhB [in Russian].

18. Gusev, B.V., Faivusovich, A.S., Stepanova, V.F. & Rozental, N.K. (1998). Matematicheskaya model' korrozii betonov v zhidkikh sredakh. [Mathematical model of concrete corrosion in liquid media]. Izv. vuzov. Stroitel'stvo. – Izv. universities. Construction, No. 4 , 56-60. [in Russian].

19. Sakhabutdinov, R.Z. (2001). Razrabotka tekhnologicheskikh protsessov sbora, podgotovki i transportirovki uglevodorodnogo syr'ya s minimal'nymi poteryami uglevodorodov i vybrosami vrednykh veshchestv v atmosferu. [Development of technological processes for the collection, preparation and transportation of hydrocarbon raw materials with minimal losses of hydrocarbons and emissions of harmful substances into the atmosphere] . Doctor's thesis. Bugulma. 268 p. [in Russian].

20. Rabartdinov Z.R. (2013). Nauchno-metodicheskoye obosnovaniye ispol'zovaniya serovodoroda kak repernoy komponenty v protsessakh neftedobychi. [Scientific and methodological substantiation of the use of hydrogen sulfide as a reference component in oil production processes] . Extended abstract of candidate's thesis. OJSC NPF "Geophysics". Ufa. 24 p. [in Russian].

21. DSTU ISO 22016:2018 Determination of sulfur in refractory products and raw materials by gravimetric, photometric and titrimetric methods (ISO 22016: 2015, IDT). [in Ukrainian].

22. GOST 5382-91. Cements and materials for cement production. Methods of chemical analysis. Instead of GOST 5382-73, GOST 9552-76. Introduction 07/01/91 // Cements. Test methods. Moskow: Publishing house of standards, 1994 S. 46-144. [in Russian].

23. Arinushkina, E.V. (1970). Rukovodstvo po khimicheskomu analizu pochv. [Guide to the chemical analysis of soils]. Moskow: Publishing house of Moscow State University [in Russian].

24. Ed. Popova, N.P. & Stolyarova, I.A. (1974). Khimicheskiy analiz gornykh porod i mineralov. [Chemical analysis of rocks and minerals]. Moskow: Nedra [in Russian].

25. Popov, L.N. (1984). Laboratornyye ispytaniya stroitel'nykh materialov i izdeliy. [Laboratory testing of building materials and products]. Moskow: Higher school [in Russian].

26. DSTU 7909:2015 Soil quality. Determination of sulfate ion in aqueous extract. [in Ukrainian].

27. DSTU 7945:2015 Soil quality. Determination of calcium and magnesium ions in water extract. [in Ukrainian].

28. Yurchenko V.O., Korinko I.V., Mykhaylenko V.G., Kovalenko O.M., Piligram S.S., Zelenskyi B.K., Bryhada O.V., Onatskyi P.I., Borisevich D.E. (2006). Prystriy dlya vyznachennya parametriv stanu sporud iz betonu, yaki zaznayutʹ vplyvu sirchanokyslotnoyi ahresiyi "Korozymetr betonu". [The device for determining the parameters of the condition of concrete structures that are affected by sulfuric acid aggression "Concrete Corrosimeter"]. Patent 25294 of Ukraine IPC 2006 G01F 23/28 (Ukraine). - u 2006 133612006. Application 18.12.2006. Publ. 10.08.2007. Bul. No. 12. - 8 s. [in Ukrainian].

29. Korinko I.V., Yurchenko V.O., Babushkin V.I., Klein Y.B., Piligram S.S., Zelenskyi B.K., Kovalenko O.M. (2002). Sposib vyznachennya stupenya ahresyvnosti ekspluatatsiynoho seredovyshcha po vidnoshennyu do sporud iz betonu, yaki zaznayutʹ vplyvu biohennoyi sirchanokyslotnoyi ahresiyi. [The method of determining the degree of aggressiveness of the operating environment to concrete structures exposed to biogenic sulfuric acid aggression]. Patent of Ukraine No. 50558 IPC 7 C12M1/00/. (Ukraine). - 2002021123. Application 12.02.2002. Publ. 15.10.02. Bul. No. 10. - 6 p. [in Ukrainian].

Citations

  1. Гончаренко Д.Ф. Эксплуатация, ремонт и восстановление сетей водоотведения: монография. Харьков: Консум, 2008. 400 с.
  2. Васильев В.М., Панкова Г.А., Столбихин Ю.В. Разрушение канализационных тоннелей и сооружений на них вследствие микробиологической коррозии. Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 9. С. 67-76.
  3. Юрченко В.А. Развитие научно-технологических основ эксплуатации сооружений канализации в условиях биохимического окисления неорганических соединений: дисс…. д-ра техн. наук: 05.23.04 . УГНИИ „УкрВОДГЕО”. Харьков, 2007. 426 с.
  4. Дрозд Г.Я., Зотов Н.И., Маслак В.Н. Канализационные трубопроводы: надежность, диагностика, санация . Донецк: ИЭП НАН Украины, 2003. 260 с.
  5. Розенталь Н.К. Коррозия и защита бетонных и железобетонных конструкций сооружений очистки сточных вод. Бетон и железобетон. Оборудование, материалы, технология, 2011. № 1. С. 96-103.
  6. Basista M. Weglewski W. Micromechanical modelling of sulphate corrosion in concrete: influence of ettringite forming reaction. M.,: Belgrade, Theoret. Appl. Mech. 2008. Vol. 35. №. 1-3. Р. 29-52.
  7. Stein D. Rehabilition and Maintenance of Drains and Sewers / Univ.-Prof. Dr.-lng. habil. Ruhc-University Bochum (RUB), Faculty of Civil Engineering. Germany. 2001. 804 р.
  8. Гончаренко Д. Ф., Алейникова А. И., Гудилин Р. И. Канализационные тоннели и коллекторы – на пороге экологической катастрофы. Науковий вісник будівництва. 2018. № 4 (93). С. 110–115.
  9. Бригада О.В. Моніторинг показників експлуації водовідвідних споруд з залізобетону: автореф…дис…канд. техн. наук: 05.23.04 . Харківський нац.ун-т будівництва та архітектури. Харків, 2013. 24 с.
  10. Микробная коррозия и ее возбудители / Е.И. Андреюк, В.И. Билай, Э.З. Коваль, И.А. Козлова. Киев: Наукова думка, 1980. 287с.
  11. Захист атмосферного повітря від забруднення викидами сірководню з каналізаційних мереж. / Коваленко А.В., Юрченко В.О., Бригада Е.В., Лебедева Е.С. Науковий вісник будівництва. 2014. Вип. 3(77). С. 218-223.
  12. Monteny, J. Chemical, microbiological, and in situ test methods for biogenic sulfuric acid corrosion of concrete / Monteny, J., Vinckeb E., Beeldensc A., De Belied N., Taerwea L., Van Gemertc D. and Verstraeteb W. Cement and Concrete Research. 2000. Vol. 30. № 4. P. 623-634.
  13. Юрченко В.А., Бригада Е..В. Кинетические характеристики микробиологической коррозии бетона в сетях водоотведения. Вода и экология. Проблемы и решения. 2014. № 1. С.51-61.
  14. Журавская Н.Е., Шевченко К.В., Журавский Д.А. Биоповреждения бетонных конструкций, мероприятия по восстановлению . Проблемы современного строительства : материалы Международной научно-технической конференции, Минск, 28 мая 2020 г. / редкол.: В. Ф. Зверев, С. М. Коледа. Минск : БНТУ, 2020. С. 229-237.
  15. Ахмадуллин Р.Р. Повышение долговечности железобетона в условиях сероводородной коррозии : дисс. ... канд. техн. наук : 05.23.05 . Уфим. гос. нефтяной ун-т. Уфа, 2006. 154 с.
  16. Кантор П.Л. Повышение долговечности железобетона водоотводящих коллекторов : дис.... канд. техн. наук : 05.23.05 . Уфим. гос. нефтяной ун-т. Уфа, 2012. 143 с.
  17. Рекомендации по оценке степени коррозионного воздействия слабоагрессивных кислых сред на бетон. М.: НИИЖБ, 1986. 14 с.
  18. Математическая модель коррозии бетонов в жидких средах. / Гусев Б.В., Файвусович А.С., Степанова В.Ф., Розенталь Н.К. . Изв. вузов. Строительство. 1998. № 4-5. С. 56-60.
  19. Сахабутдинов Р.З. Разработка технологических процессов сбора, подготовки и транспортировки углеводородного сырья с минимальными потерями углеводородов и выбросами вредных веществ в атмосферу: дис. доктора наук: 25.00.17 . Татарський НИПИ нефти. Бугульма, 2001. 268 с
  20. Рабартдинов З.Р. Научно-методическое обоснование использования сероводорода как реперной компоненты в процессах нефтедобычи: автореф…дис. канд. техн. наук: 25.00.17 . ОАО НПФ «Геофизика». Уфа, 2013. 24 с.
  21. ДСТУ ISO 22016:2018. Определение серы в огнеупорных изделиях и сырье гравиметрическим, фотометрическим и титриметрическим методами. (ISO 22016:2015, IDT). ГП «УкрНИУЦ».
  22. ГОСТ 5382-91. Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа. [Взамен ГОСТ 5382-73, ГОСТ 9552-76. Введ. 01.07.91]. Цементы. Методы испытаний. М.: Издательство стандартов, 1994. С. 46-144.
  23. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.
  24. Химический анализ горных пород и минералов. / Под ред. Н.П.Попова и И.А.Столяровой. М.: Недра, 1974. 248 с.
  25. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий. М.: Высшая школа, 1984. 116 с.
  26. ДСТУ 7909:2015 . Якість грунту. Визначення сульфат-іона у водній витяжці.
  27. ДСТУ 7945:2015 . Якість грунту. Визначення іонів кальцію і магнію у водній витяжці.
  28. Пристрій для визначення параметрів стану споруд із бетону, які зазнають впливу сірчанокислотної агресії "Корозиметр бетону": пат. 25294 України : МПК 2006 G01F 23/28 (Україна). u 2006 133612006; заявл 18.12.2006; опубл. 10.08.2007. Бюл. №12. 8 с.
  29. Спосіб визначення ступеня агресивності експлуатаційного середовища по відношенню до споруд із бетону, які зазнають впливу біогенної сірчанокислотної агресії : пат. 50558 Україна : МПК 7 С12М1/00/ .№ 2002021123; заявл. 12.02.2002; опубл. 15.10.02. Бюл. № 10. 6 с.
Copyright (c) 2022 Volodymyr Sierohlazov