Metallic structures in the oil and gas production undergo severe degradation due to sweet and sour corrosion caused by the presence of $CO_2$ and $H_2S$ in the fluid environment. The corrosion behavior of 304 austenitic stainless was investigated in the presence of varying concentrations of $CO_2$ or $H_2S$ and $CO_2+H_2S$ to understand the effect of the parameters either individually or in combination. Potentiodynamic polarization study revealed that a small amount of $CO_2$ aided in the formation of calcareous deposit of protective layer on passive film of 304 steel, while increase in $CO_2$ concentration ruptured the layer resulting in sweet corrosion. The presence of $S^{2-}$ damaged the passive and protective layer of the steel and higher levels increased the degradation rate. Electrochemical impedance studies revealed lower polarization resistance and impedance at higher concentration of $CO_2$ or $H_2S$, supporting the outcomes of polarization study. XRD analysis revealed different types of iron carbides and iron sulphides corresponding to sweet and sour corrosion as the corrosion products, respectively. SEM analysis revealed the presence of uniform, localized and sulphide cracking in sour corrosion and general corrosion with protective carbide layer amid for sweet corrosion.
A brief overview is given of the corrosion and hydrogen diffusion behaviors of high strength pipe steel in sour environment. Firstly, hydrogen adsorption and diffusion mechanism of the pipe steel is introduced. Secondly, the effect of iron sulfide film precipitated as a result of the corrosion reaction on the steel surface on hydrogen reduction reaction and subsequent hydrogen permeation through the steel is discussed. Moreover, the hydrogen diffusion behavior of the pipe steel under tensile stress in both elastic and plastic ranges is reviewed based on a number of experimental permeation data and theoretical models describing the hydrogen diffusion and trapping phenomena in the steel. It is hoped that this paper will result in significant academic contributions in the field of corrosion and hydrogen related problems of the pipe steel used in sour environment.
Jung, Hwan Gyo;Kim, Sang Hyun;Yang, Boo Young;Kang, Ki Bong
Corrosion Science and Technology
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v.7
no.5
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pp.288-295
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2008
The increase use of natural gas as an energy source has been continuous demand for ever-increasing strength in gas transmission pipeline materials in order to achieve safe and economic transportation of natural gas. In particular, linepipe material for sour gas service primarily needs to have crack resistant property. However, applications of sour linepipes are expanding toward deep water or cold region, which require higher toughness and/or heavier wall thickness as well as higher strength. To improve the crack resistance of linepipe steel in sour environment, low alloy steel are produced by controlled rolling subsequently followed by the accelerated cooling process. This paper summarizes the design concepts for controlling crack resistant property low alloy linepipe steels for sour gas service.
The Sulfide Stress Corrosion Cracking (SSCC) resistance of structural steels is one of the critical concerns for the operators, material designers, and fabricators of oil-field equipment, especially treating sour gas (H2S) containing fluids. As far as its fabricators concerned, the systematic care of welding parameters should be taken to obtain comparable SSCC resistance of their weldment to that of its base material. In this respect, every different type of welding joint design for this use should be verified to be SSCC-proof with relevant test procedures. In this study, the welding parameters to secure a proper SSCC resistance of steel pipe's weldments were reviewed on the Welding Procedure Qualification Records (WPQR), which had been employed for actual fabrication of an offshore structure for oil and gas production. Based on this review, a guideline of welding parameters, such as, heat input, welding consumable for Y.S. 65 ksi class steel pipe material is proposed in terms of the NACE criteria for SSCC resistance.
Electrical Resistance Welding (ERW) on a longitudinal seam-welded pipe has been extensively used in oil and gas pipelines. It is well known that the weld zone commonly suffers from grooving corrosion in ERW pipes. In this paper, the grooving corrosion performances of API X65 grade non-sour service (steel-A) and API X70 grade sour gas resistant (steel-B) steel electrical resistance welding pipelines were evaluated. The microstructure of the bondline is composed of coarse polygonal ferrite grains and several elongated pearlites. The elongated pattern is mainly concentrated in the center of the welded area. The grooving corrosion test and electrochemical polarization test were conducted to study the corrosion behavior of the given materials. A V-shaped corrosion groove was found at the center of the fusion zone in both the steel-A and steel-B ERW pipes, as the corrosion rate of the bondlines is higher than that of the base metal. Furthermore, the higher volume fraction of pearlite at the bondline was responsible for the higher corrosion rate at the bondline of both types of steel.
The aim of this study was to investigate effects of microstructure control on hydrogen diffusivity, trap activation energy, and cracking behaviors of high-strength steel using a range of experimental techniques. Results of this study showed that susceptibility to hydrogen induced cracking (HIC) was significantly associated with hydrogen diffusivity and trap activation energy, which were primarily influenced by the microstructure. On the other hand, microstructural modifications had no significant impact on electrochemical polarization behavior on the surface at an early corrosion stage. To ensure high resistance to HIC of the steel, it is recommended to increase the cooling rate during normalizing to avoid formation of banded pearlite in the microstructure. However, it is also essential to establish optimal heat treatment conditions to ensure that proportions of bainite, retained austenite (RA), and martensite-austenite (MA) constituents are not too high. Additionally, post-heat treatment at below A1 temperature is desired to decompose locally distributed RA and MA constituents.
Aiming at the corrosion circumstances and corrosion prevention needs of downhole oil tubes, series protective coatings for downhole oil tubes have been developed in the authors' laboratory, including a baked type coating YG-01 and an air curing type coating YG-03, etc. The performance investigation of the coatings has been done for testing their corrosion resistance, mainly including salt fog test, immersion test in oil-field waste water and various acid solutions, high temperature and high pressure test in alkali solution or $H_2S/CO_2$ environment, as well as some other performances. The investigation results show that oil tube anti-corrosion coatings developed here can endure over 4000 hrs salt fog test, over 1000 hrs immersion in various acid solutions at room temperature and in boiling oil-field waste water. In addition, the coatings can keep intact after experiencing test in alkali solution under 70 MPa pressure at $150^{\circ}C$ for 24 hrs, and in simulative sour gas environment under the total pressure of 32 MPa ($P_{H_{2}S}=3.2MPa$, $P_{CO_{2}}=3.2MPa$) at $90^{\circ}C$ for 168 hrs, which show that the coatings can be used for corrosion prevention in downhole environments with specific high temperature and high pressure, such as sour gas wells. The other testing results show the oil tube protective coatings have excellent comprehensive performance.
The sulfide stress corrosion cracking (SSCC) resistance of API X70 grade steel weldment has been studied using SSCC test in NACE TM-O177 method A. Also, microstructures and hardness distribution of weldment was investigated. The microstructure of SAW joint composed ferrite, pearlite and some MA constituent. Instead of hardening in CGHAZ, softening on the HAZ near base metal occurred. The low carbon TMCP type steel used for SAW showed softening behaviour in the HAZ adjacent to base metal, which was known to be closely related with the SOHIC (stress oriented hydrogen induced cracking). The SSC testing revealed that the API X70 SAW weld was suitable for sour service, satisfying the NACE requirements. By suppressing softening in the ICHAZ region, the SSCC resistance of low carbon TMCP steel welded joints could be more improved.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2013.05a
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pp.39-42
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2013
자동차 및 에너지 산업의 적용을 목표로 고망간강의 기계적 성질 향상 연구가 활발히 진행된 반면 내식성 연구는 미비하다. 본 연구에서는 염수 환경 및 H2S 환경에서 4종의 고망간강의 내식성에 미치는 크롬 및 망간의 영향을 조사하였다. 비교재로 사용된 탄소강 대비 실험재의 부식 속도는 침지 실험을 통해 얻어졌다. 또한 내식성 기구 고찰을 위하여 상평형 프로그램을 통하여 녹 층을 예측하고, 침지실험으로부터 얻어진 녹 층을 XRD, SEM-EDS 및 TEM-EDS로 분석하였다. 3.5% NaCl 용액에서 크롬 및 망간이 모두 내식성을 향상시킨 반면, synthetic seawater에서는 크롬만이 내식성을 향상시켰다. 또한 이들 염수 환경과 달리 H2S 환경에서 크롬과 망간 모두 내식성을 향상시키지 못했다. 환경에 따라 강의 내식성에 미치는 합금 원소의 영향이 상이한 원인은 각각의 환경에서 형성된 녹층의 구성 물질의 차이에 의한 것으로 이에 대하여는 본문의 된 녹 층 분석 결과에서 자세히 설명되었다.
Offshore fields are increasingly important for the development of offshore resources due to the growing energy needs. However, an offshore field for oil and gas production has difficult development conditions, e.g., high temperature, high pressure, sweet/sour compositions of fluids, etc. Corrosion is one of the biggest issues for offshore pipeline engineering. In this study, a Corrosion Resistant Alloy (CRA) pipe for corrosion prevention was investigated through its global demand and trends, and three types of CRA pipelines were introduced with detailed explanations. The usefulness of CRA was also evaluated in comparison to a carbon steel pipeline in terms of the structural strength, cost, and other factors. Offshore pipeline engineering, including mechanical design and verification of the results through an installation analysis based on numerical software, was performed for the carbon steel type and solid CRA type. The results obtained from this study will be useful data for CRA pipeline designers and researchers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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