Новый подход к рентгенофазовому анализу минеральных отложений в нефтепромысловом оборудовании

UDK: 54.06, 622.276, 620.193
DOI: 10.24887/0028-2448-2022-6-42-47
Ключевые слова: минеральные отложения, продукты коррозии, нефтепромысловое оборудование, осложнения в нефтедобыче, рентгеновское рассеяние, количественный рентгенофазовый анализ (РФА)
Авт.: А.В. Малинин (ООО «РН-БашНИПИнефть»), к.т.н., А.А. Николаев (ООО «РН-БашНИПИнефть»), А.К. Макатров (ООО «РН-БашНИПИнефть»), к.т.н., В.Э. Ткачева (ООО «РН-БашНИПИнефть»), к.т.н., А.Н. Маркин (Филиал Тюменского индустриального университета в г. Нижневартовске), к.т.н., В.Д. Ситдиков (ООО «РН-БашНИПИнефть»), д.ф.-м.н.

Предложен новый подход к рентгенофазовому анализу (РФА), позволяющий более точно идентифицировать тип и количественно оценивать фазовый состав мелкодисперсных частиц. Новый подход заключается в создании усредненной дифрактограммы на основе серии измерений, полученных при различных азимутальных углах наклона образца. Это дает возможность более точно оценить весовую долю мелкодисперсных частиц, содержание которых мало. В статье рассмотрено расширение возможностей предложенного подхода РФА и его применение для анализа минеральных отложений, на поверхности нефтепромыслового оборудования. Установлено, что традиционный метод съемки дифрактограмм минеральных отложений (материал анода рентгеновской трубки – медь; излучение – Kα) приводит к их флуоресценции, при которой существенно поглощаются дифракционные рефлексы присутствующих фаз. В результате трактовка дифрактограмм часто приводит к ошибкам. На основе теоретического анализа параметров, позволяющих управлять интенсивностью регистрируемых рентгеновских квантов, показаны пути получения оптимальных рентгеновских спектров с точки зрения соотношения интенсивности рефлексов и фонового излучения. Приведен алгоритм проведения количественной оценки фаз в результате уточнения формы и размера зерен-кристаллитов, возможной кристаллографической текстуры, фактора Дебая – Уоллера, заселенности кристаллической решетки атомами и их смещений. Для оценки точности и достоверности полученных данных, впервые количественные результаты РФА пересчитаны в оксидные формы и сопоставлены с данными рентгенфлуоресцентной спектрометрии. Показана удовлетворительная сходимость. Для дополнительной верификации полученных результатов применены методы растровой электронной микроскопии. Предложенный подход позволяет получать расширенные сведения о типе и количественном соотношении фаз, что открывает новые возможности для изучения механизмов коррозии и солеотложения на сталях нефтепромыслового оборудования.

Список литературы

1. Маркин А.Н., Суховерхов, С.В. Бриков А.В. Нефтепромысловая химия: аналитические методы. – Южно-Сахалинск: Сахалинская областная типография, 2016. – 212 с.

2. Бриков А.В., Маркин А.Н. Нефтепромысловая химия: практическое руководство по борьбе с образованием солей. – М.: Де Либри, 2018. – 335 с.

3. Осложнения в нефтедобыче / Н.Г. Ибрагимов, А.Р. Хафизов, В.В. Шайдаков [и др.]. – Уфа: изд-во научно-технической литературы, 2003. – 302 с.

4. Нефтепромысловая химия. Современные методы борьбы с солеотложениями в добыче нефти / Г.Р. Пучина, В.В. Рагулин, А.И. Волошин [и др.]. – Уфа: Башкирская энциклопедия, 2020. – 72 с.

5. Мониторинг и управление осложненным фондом на основе информационной системы «Мехфонд» ПАО «НК «Роснефть» / М.Г. Волков, А.Ю. Пресняков, И.Г. Клюшин [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2021. – № 2. – С. 90–94. - https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-2-90-94

6. Новый подход к анализу глинистых минералов в горных породах методом рентгеновского рассеяния / В.Д. Ситдиков, А.А. Николаев, Е.А. Колбасенко[и др.] // Нефтегазовое дело. – 2021. – Т. 19, № 5. – С. 75–83. – https://doi.org/10.17122/ngdelo-2021-5-75-83

7. Горелик С.С, Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. – М.: МИСИС, 1994. – 328 с.

8. Нахмансон М.С., Фекличев В.Г. Диагностика состава материалов рентгендифракционными и спектральными методами. – Л.: Машиностроение. – 1990. – 356 с.

9. Микроструктура и кристаллографическая структура ферритной стали, подвергнутой коррозионному разрушению под нагрузкой / В.Д. Ситдиков, А.А. Николаев, Г.В. Иванов [и др.] // Письма о материалах. – 2022. – Т. 12. – № 1.– С. 65–70.

10. Zevin L.S., Kimmel G. Quantitative X–Ray Diffractometry. – Springer Science & Business Media, 2012. – 372 p.

 11. Sitdikov V.D., Murashkin M.Yu., Valiev R.Z. New X–Ray technique to characterize nanoscale precipitates in aged aluminium alloys // J. Mater. Eng. Perfоrm. – 2017. – V. 26. – No. 10. – P. 4732–4737. - https://doi.org/10.1007/s11665-017-2915-0

12. Using x–ray diffraction to identify precipitates in transition metal doped semiconductors / S. Zhou, K. Potzger, G. Talut [et al.] // J. Appl. Phys., 2008. – V. 103(7). – 07D530. - https://doi.org/10.1063/1.2828710

13. Rietveld H.M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures // J. Appl. Crystallogr. – 1969. – V. 2. – P. 65–71. – https://doi.org/10.1107/ S0021889869006558

14. Refinement strategy for Quantitative phase analysis of partially amorphous zeolitized tuffaceous rocks / R. Snellings, L. Machiels, G. Mertens, J. Elsen // Geologica Belgica. – 2010. – V. 13/3. – P. 183–196.

15. Dollase W.A. Correction of Intensities for Preferred Orientation in Powder Diffractometry: Application of the March Model // Journal of Applied Crystallography, - 1986. - V. 19. -P. 267-272. – https://doi.org/10.1107/S0021889886089458

16.  Para T.A.,  Sarkar S.K. Challenges in Rietveld Refinement and Structure Visualization in Ceramics, in Advanced Ceramic Materials. London, United Kingdom: IntechOpen, 2021, 296 р. – doi: 10.5772/intechopen.96065

17. Analysis of the Mineral Compositions of Swell-Shrink Clays from Guangxi Province, China / Zeng Z., Lu H., Zhao Y., Qin Y. // Clays and Clay Minerals. - 2020. - V. 68. - P. 161–174. – https://doi.org/10.1007/s42860-019-00056-7



Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.