Application de la diffractométrie des rayons X à l'étude électrochimique de la corrosion de l'acier au carbone en milieu géothermal réel et traité

Résumé
Les installations géothermiques exploitant l'aquifère du Dogger du Bassin Parisien connaissent des problèmes de corrosion-dépôt et colmatage dans leurs tubages constitués d'acier au carbone, à cause de la corrosivité des eaux géothermales. Ces eaux constituent un milieu anaérobie caractérisé principalement par la présence de Cl^-, H₂S, SO₄^2- and HCO₃^-. Les dépôts de corrosion créés dans ces conditions occasionnent des pertes de charges importantes dans les tubages, ainsi que des corrosions localisées qui peuvent aboutir rapidement au percement des tubages. Pour comprendre l'effet des dépôts de corrosion sur la poursuite de la corrosion de l'acier au carbone des puits géothermiques, des analyses aux rayons X des dépôts, formés sur l'acier au carbone durant son exposition à un fluide géothermal réel ou traité, ont été entreprises. D'autres techniques spectroscopiques et électrochimiques ont été utilisées pour suivre le comportement de l'acier au carbone au fur et à mesure de la cristallisation des dépôts de corrosion. Des inhibiteurs de corrosion et de croissance cristallines ont été testés au cours de cette étude pour comparer leurs efficacités dans la réduction de la vitesse de corrosion et de la formation des dépôts. En conjuguant les résultats des mesures électrochimiques et les analyses minéralogiques des dépôts de corrosion, nous avons montré que la cristallisation du sulfure de fer amorphe en mackinawite s'accompagne d'une augmentation de la vitesse de corrosion due au transfert des sites cathodiques de la surface du métal à la surface des dépôts. Les inhibiteurs testés réduisent significativement la vitesse de corrosion de l'acier et retardent la cristallisation du sulfure de fer amorphe en mackinawite.

Abstract
Geothermal installations exploiting the Dogger aquifer in the Paris Basin encounter operational diniculties in the form of corrosion of carbon steel well casings, scaling and clogging, due essentially to the corrosivity of geothermal waters. These waters form an anaerobic medium characterized by the presence of Cl^-, H₂S, SO₄^2- and HCO₃^-. The scale deposited under these conditions causes important head loss in casing as well as localized corrosion that can rapidly lead to perforation of the casing. X-ray analyses of deposits formed on carbon steel during its exposition to an actual or treated geothermal fluid have been undertaken in order to understand the effect of scale on the corrosion behaviour of carbon steel in geothermal wells. Other spectroscopic and electrochemical techniques were used to monitor the behaviour of carbon steel during the crystallization of corrosion deposits. Corrosion and crystal growth inhibitors were tested during the course of this study in order to compare their efficiency in reducting the corrosion rate and the formation of deposits. By combining results of electrochemical measurements and mineralogical analyses of the scale, we have shown that the crystallization of amorphous iron sulfide into mackinawite is accompanied by an increase in the corrosion rate due to the transfer of cathodic sites on the metal at the surface of the scale. All of the inhibitors tested significantly reduce the corrosion rate of the carbon steel and delay the crystallisation of mackinawite from amorphous iron sulphide.