____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-1

6

Corrosin

6.1 Mecanismos de Corrosin

Casi todos los problemas de corrosin que se producen en el campo

petrolfero se deben a la presencia de agua, incluso si el agua est presente

slo en cantidades muy pequeas. La corrosin en presencia de agua es un

proceso electroqumico, que significa que una corriente fluye durante el

proceso de corrosin.

A fin de que el flujo de corriente se produzca, debe haber una fuente de

tensin y un circuito elctrico completo. La fuente de voltaje es la energa

almacenada en el metal durante el proceso de formacin. Metales diferentes

requieren diferentes cantidades de energa durante el proceso de formacin

y por lo tanto tienen diferentes tendencias a corroerse. El potencial de los

diversos metales se enumera en la tabla 6.1

Potencial del Electrodo

Magnesio -2.37 (Potencial de Corrosin alta)

Aluminio -1.66

Zinc -0.76

Hierro -0.44

Hidrgeno 0. 00

Cobre +0.34

Plata +0.80

Oro +1.68 (Potencial de corrosin baja)

Tabla 6.1.Potenciales de electrodo de varios metales.

Los valores posibles son una funcin tanto del metal, domo las

caractersticas qumicas y fsicas del agua. Sin embargo, los valores

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-2

relativos siguen siendo las mismas en la mayora de soluciones de inters

para el magnesio tiene una mayor tendencia a corroerse que el hierro.

Adems del potencial de corrosin, debe haber un circuito elctrico completo

que consiste en el nodo, el ctodo y el electrolito (Figura 6.1).

Figura 6.1. Mecanismo de Corrosin: nodo, ctodo, electrolito

nodo

El nodo es esa porcin, de la superficie del metal que se corroe, es el

punto en el que el metal se disuelve o entra en solucin. El metal entra en

solucin como un ion cargado positivamente habiendo perdido un electrn

en el proceso de oxidacin.

Fe Fe++ + 2e-

(tomo) (ion) (electrones)

Ctodo

El ctodo no es un sitio de la corrosin, pero si un sitio de otra reaccin

qumica necesaria para el proceso de corrosin. Los electrones formados en

el nodo viajan a travs del metal a la zona de ctodo donde se consumen

por los iones presentes en el agua. Esto se conoce como la reaccin de

reduccin:

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-3

2H+ + 2e H2 (gas)

Si el oxgeno est presente, otras dos reacciones son posibles:

02 + 4H+ + 4e- 2H20

O2 + 2H2O + 4e- 40H-

Electrlito

Con el fin de apoyar las reacciones que se mencionan anteriormente, el

metal tiene que estar cubierto con una solucin elctricamente conductora:

un electrolito. El agua es un electrolito que aumenta su conductividad

cuando las sales disueltas o los iones en solucin aumentan. El esquema

del proceso de corrosin se muestra en la figura 6.1 implica que la corrosin

por picadura est teniendo lugar, aunque la misma reaccin ocurre al azar

por toda la superficie del metal en el caso de la corrosin en general.

6.2 Corrosin de oxgeno

La forma ms grave de todas las corrosiones en proyectos de inyeccin

de agua se produce debido a la presencia de oxgeno disuelto en el agua de

inyeccin. Adems, una corrosin significativa puede ser causada por

niveles de oxgeno muy bajas, del orden de partes por mil millones, o del

orden de mg/m3.

La reaccin de corrosin es:

Fe + H20 + 02 Fe (OH)2

Este es un precipitado de hidrxido ferroso que es blanco en estado

puro, y se convierte en hidrxido frrico hidratado o frrico-xido mediante la

siguiente reaccin:

Fe(OH)2 + H2O + 02 Fe(OH)2

El Hidratado xido frrico (Fe2O3.nH2O) es de color naranja a rojo-

marrn y comprende la mayor parte del polvo comn. Tambin se puede

formar negro ferroso hidratado ferrita (FE304.nH20).

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-4

La pelcula de xido formada por la reaccin puede actuar como una

barrera a la difusin de oxgeno y reducir la tasa de corrosin inicial de

algunos varios milmetros por ao a menos de un milmetro por ao, incluso

en agua saturada de aire y an con un contenido de oxgeno de 6 g/m3.

Las tasas reales de penetracin pueden ser mucho ms altas que la

tasa general de adelgazamientos citados anteriormente. La corrosin por

picaduras es el nombre dado a la corrosin que se produce de forma muy

local, formando pequeas marcas en la superficie del metal. La corrosin

por picaduras es la forma ms comn de corrosin de oxgeno con tasas de

corrosin hasta diez veces mayor que la tasa de corrosin general.

Las tasa generales de corrosin son proporcionales a la concentracin

de oxgeno disuelto y aumentan con la velocidad del lquido. Las tasas de

corrosin por picaduras son slo dbilmente dependientes de oxgeno

concentrado, pero las picaduras no se mantienen cuando la concentracin

de oxgeno es inferior al 25 mg/m3.

El principal mecanismo de corrosin por picadura es a menudo llamado

aireacin diferencial. Esta intensificacin de la corrosin se produce en

depsitos de arena o de xido donde el oxgeno tiene menos acceso al

acero que en otros lugares. Las dos reacciones de corrosin son los

siguientes:

Fe Fe++ + 2e- (reaccin andica en el yacimiento)

O2 +H2O +2e- 2OH- (reaccin catdica en buen acceso de oxgeno)

Las reacciones andica y catdica que normalmente se producen al

lado del otro estn separados fsicamente por el depsito, y todo la andica

(corrosin) reaccin se produce en el depsito. Este tipo de corrosin se

encontrar en la parte inferior de una tubera o tanque.

Otro mecanismo de corrosin local se asocia con roturas en la pelcula

de xido. Las piezas cubiertas con xido del acero compatible con la

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-5

reaccin catdica que queda compensado por la reaccin andica

proporcionada por las partes expuestas del acero.

Cabe subrayar que incluso cantidades de trazas de oxgeno pueden

dar lugar a graves corrosiones por picadura. Cuando el suministro de

oxgeno es abundante, el ion de hierro formado en el nodo no puede

difundirse lejos, ya que se convierte rpidamente en hidrxido ferroso y

posteriormente se oxida en la superficie del acero. Esto tiende a restringir

an ms la formacin del ion hierro, reduciendo as la tasa de corrosin. Si

el suministro de oxgeno se limita en sistemas ostensiblemente anaerbicas,

el ion hierro se puede difundir y formar herrumbre en otro lugar. Una

picadura de corrosin luego comienza y contina por picadura a un ritmo

rpido.

Figura 6.2. Corrosin por picadura despus de un ao de corrosin

Picaduras con una tasa de penetracin de 2 a 3 centmetros por ao se

han registrado en sistemas "anaerbicos" en los que existe una pequea

cantidad de fuga de aire. La figura 6.2 muestra un trozo de tubera de agua

despus de una sola exposicin al ao a trazas de oxgeno. Cabe sealar

que incluso los sistemas presurizados puede filtrarse entrada permitiendo

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-6

que el oxgeno en el sistema. Las fuentes ms comunes de la entrada de

aire suelen ser:

Fugas de embalaje fugas alrededor de ejes de la bomba

Fugas bridas ciegas en las lneas de aspiracin

Fugas en juntas de pozos en el vaco al aire

Aire en la fuente original del agua.

Los niveles de oxgeno en un sistema de inyeccin son controladas por

medios mecnicos y qumicos. La eliminacin mecnica de oxgeno fue

cubierta en la seccin 5.2, y la qumica de barrido de oxgeno ser cubierta

en la seccin 10,7.cuando se trate de la inhibicin de la corrosin

Figura 6.3. Nomograma de tasas de corrosin por CO2

6 3 Corrosin con dixido de carbono (corrosin dulce)

El dixido de carbono se disuelve en el agua para formar cido

carbnico. Aunque este es un cido dbil, reduce el pH y por lo tanto

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-7

aumenta la tendencia corrosiva. Las reacciones de corrosin son los

siguientes:

C02 + H20 H2C03 (cido carbnico)

H2C03 + Fe FeC03 + H2

La corrosin por dixido de carbono se caracteriza por un tipo limpio,

uniforme de corrosin. Para una concentracin dada, el dixido de carbono

no es un corrosivo como el oxgeno y los resultados no son tan graves como

los producidos por la corrosin por picaduras.

El agua que contiene tanto oxgeno disuelto y dixido de carbono ser

ms corrosivos que la concentracin de agua que contiene e igual de slo

uno de los gases. En ausencia de oxgeno, dixido de carbono puede

corroer metal a una velocidad considerable (Figura 6.3). Las altas tasas de

corrosin por lo general se producen en la presencia de erosin

considerable que es ms probable que se encuentre con la produccin de

gas hmedo que en lquido o sistemas de inyeccin de agua.

6.4 Corrosin con sulfuro de hidrgeno (corrosin agria)

Al igual que el dixido de carbono, el sulfuro de hidrgeno no es

corrosivo en ausencia de humedad aunque incluso cantidades pequeas de

agua causan que el sulfuro de hidrgeno sea extremadamente corrosivo. El

sulfuro de hidrgeno es muy soluble en agua y produce un cido dbil. La

combinacin de sulfuro de hidrgeno y dixido de carbono se encuentran

frecuentemente en el campo petrolero y su combinacin forma un agente de

corrosin ms agresivo que el sulfuro de hidrgeno solo.

Uno de los problemas principales con el sulfuro de hidrgeno es que su

reaccin puede causar la liberacin de hidrgeno inico que migra en la

matriz de acero. La formacin de hidrgeno molecular dentro del acero hace

que la matriz de acero se deforme y sujeto a tensiones internas que resultan

en la fragilizacin del acero. Tambin ampollas de hidrgeno puede ocurrir.

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-8

Esto es causado por la difusin de tomos de hidrgeno en el metal y

recombinacin en los huecos para formar gas de alta presin de hidrgeno

molecular (Figura 6.4).

Figura 6.4. Corrosin por presencia de Hidrgeno

La presencia de sulfuro de hidrgeno y de oxgeno conduce a menudo

a corrosin muy grave. Esto puede ocurrir con sulfuro de hidrgeno

formando en agua de mar esttica con el recipiente abierto a la atmsfera.

Los dos gases que reaccionan entre s de la siguiente manera:

H2S +1/2 O2 H2O + S

Cuando hay ms de cantidades estequiomtricas de H2S presentes:

H2S + (x-1)S H2Sx

Bajo condiciones ligeramente alcalinas, los polisulfuros formados de

esta manera son extremadamente corrosivos. Hay que sealar que tal agua

puede ser corrosiva aunque el oxgeno no se pueda detectar debido a que

ha reaccionado con el sulfuro de hidrgeno.

En ausencia de oxgeno, el sulfuro de hidrgeno no es un agente muy

corrosivo, ya que normalmente se forma una capa protectora de escama de

sulfuro de hierro en la superficie del acero.

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-9

6.5 Factores que influyen en la corrosin

6.5.1 Temperatura

Aunque la solubilidad del oxgeno disminuye al aumentar la

temperatura, (Figura 6.5.1), las tasas de corrosin aumentan directamente

con la temperatura porque se aceleran todas las velocidades de reaccin. La

figura 6.5 muestra la correlacin entre las tasas de corrosin y las

concentraciones de oxgeno disuelto en diferentes temperaturas.

6.5.2 Presin

En los sistemas de agua, la presin afecta directamente a la solubilidad

de los gases. Los gases ms disueltos en el agua, ms el potencial que

existe para la corrosin.

6.5.3 Concentracin de Cloruros

La creciente concentracin de cloruros es a menudo citada como

perjudicial para la velocidad de corrosin. Sin embargo, en los aceros al

carbono, en los niveles de cloro de ms de 1 por ciento, las tasas de

corrosin siguen siendo similares.

6.5.4 pH

A un pH de aproximadamente 4 o menos, la disminucin de la

alcalinidad tiene poca influencia sobre la corrosin causada por el oxgeno.

Por debajo de este pH, el cido se hace cargo de la corrosin. Por encima

de un pH de 10, las tasas de corrosin disminuyen y la pasividad completa

se logra en soluciones alcalinas de ms de una normalidad de uno.

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-10

Figura 6.5. Variacin de Solubilidad de oxigeno con temperatura

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-11

Figura 6.6. Tasa de Corrosin en funcin de Temperatura y oxigeno

6.5.5 Velocidad del Agua

Los problemas de corrosin generalmente aumentan con el aumento

de la velocidad del agua. En particular, en la presencia de slidos en

suspensin, las velocidades altas de agua continan erosionando cualquier

capa protectora de xido o inhibidor de la corrosin exponiendo el metal

desnudo que es entonces propenso a la corrosin. A velocidades bajas o

aguas estancadas, sin embargo, es ms conductor a la corrosin por

picadura (seccin 6.2).

6.5.6 Escamas

La formacin de escamas puede brindar proteccin contra todas las

formas de corrosin. Por ejemplo, la reaccin de depsito de escala de

carbonato de calcio;

Ca++ + HC03 + OH- CaCO3 + H20

Esta reaccin provoca un aumento en el pH en los sitios catdicos en

el acero, y por lo tanto la velocidad de corrosin se reduce.

Corrosin Captulo 6

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________

MSc Eduardo E Ros 6-12

La formacin de una capa de sulfuro de hierro resulta en proteccin

excelente contra la corrosin ms agria.

Fe++ + HS- + OH- FeS + H20

La desventaja de permitir reacciones de escama es la posibilidad de

taponar los filtros y los pozos de inyeccin.

6.5.6 Bacterias reductoras de sulfatos

Los depsitos de bacterias y el limo que algunas especies son capaces

de producir no permiten inhibidores de la corrosin para cubrir la superficie

del acero, dejndolo ms susceptible a la corrosin. Las bacterias aerbicas,

por el oxgeno que consumen en sus depsitos, puede establecer clulas de

concentracin de oxgeno que pueden acelerar la corrosin.

6.5.7 Tratamiento qumico

El eliminador de oxgeno ms comnmente utilizado, bisulfito de

amonio, tiene un pH bajo cuando est en forma concentrada y son

corrosivos para el acero en esta condicin. El cloruro de hierro, a veces se

usa como una ayuda de filtro, pero tambin es muy corrosivo.