Investigation of the effect of Enhanced Oil Recovery by polymers on corrosion processes in oil and gas production

Abstract

Im Bereich der Erdöl- und Erdgasförderung wird Enhanced Oil Recovery (EOR) eingesetzt, um die Förderungsraten zu steigern. Eine Methode besteht darin, ein Polymer, in der Regel hydrolisiertes Polyacrylamid oder Polysaccharide, im Flutwasser zu lösen oder zu quellen und die so entstandene hoch viskose Lösung in die Lagerstätte zu pumpen. Indem Verdrängung und Emulsionsbildung ausgenutzt werden, kann der Anteil an geförderten Kohlenwasserstoffen erhöht werden. In Pilotprojekten der OMV Austria wird hydrolisiertes-Polyacrylamid (HPAM) verwendet. Während kontinuierlicher Korrosionsüberwachung bei der Erdölförderung wurden erhöhte Korrosionsraten am eingesetzten Kohlenstoffstahl beobachtet, obwohl die üblichen Korrosionsschutzmaßnahmen unverändert blieben. Zudem änderte sich das Korrosionsangriffsbild von einer akzeptablen gleichmäßig niedrigen Korrosiosrate zu einer kritischen erhöhten Lokalisierung. Da bei EOR-Methoden, Chemikalien zum Einsatz kommen, die bei der Öl- und Gasförderung normalerweise nicht vorkommen, sollten die Auswirkungen dieser Chemikalien, Polymere und Korrosionsinhibitoren auf das Korrosionssystem bewertet und verstanden werden.Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Wechselwirkungen von EOR-Polymeren mit Kohlenstoffstahl und verschiedenen Korrosionsinhibitoren auf Basis dieser Beobachtungen. Elektrochemische Impedanzspektroskopie und potentiodynamische Scans mit einer rotierenden Zylinderelektrode in einer CO2-gesättigten Salzlösung wurden eingesetzt, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Stahloberfläche, Inhibitor und Polymer zu untersuchen. Die entwickelte Methode, soll robuste und reproduzierbare Daten, den Polarisationswiderstand Rp liefern, welcher die durchschnittliche Korrosionsrate repräsentiert. Um auch Phänomene wie die Veränderung des Korrosionsangriffs hin zu einer Lokalisierung des Schadensbilds, zu verstehen wurde die Korrosion an der Rotating-cylinder electrode (RCE) mittels einer Potential Verschiebung beschleunigt. Dadurch konnte die Heterogenität des Oberflächenzustands deutlich dargestellt werden. Rheologische Messungen, Fourier-Transform Infrarot-Spektroskopie und Raster-Elektronenmikroskopie sollten helfen, die Polymerlösungen und die entstandenen Korrosionsschäden sowie Korrosionsprodukte zu untersuchen.Es konnte gezeigt werden, dass die Wechselwirkung von Polymer mit Kohlenstoffstahl und Korrosionsinhibitor zu unerwünschten Veränderungen der Korrosionsprozesse führen kann. Diese unerwünschten Veränderungen treten aufgrund der Absorption und Wechselwirkung von Polymeren in Korrosionsinhibitoren und der daraus resultierenden Heterogenität der Metalloberfläche auf. Bei der Auswahl von Polymeren, Korrosionsinhibitoren und deren gewünschten Konzentrationen für die Anwendung in der Praxis müssen diese Faktoren berücksichtigt werden.

Enhanced Oil Recovery (EOR) is used in the oil and gas industry to increase recovery rates. One technique involves dissolving or swelling a polymer, typically hydrolysed polyacrylamide or polysaccharides, in floodwater and pumping this highly viscous solution into the reservoir. This allows a higher proportion of hydrocarbons to be recovered by taking advantage of displacement and emulsion formation. Hydrolysed polyacrylamide (HPAM) is used in OMV Austria's pilot projects. However, during continuous corrosion monitoring at oil production, increased corrosion rates were observed on the carbon steel used, despite unchanged conventional corrosion protection by corrosion inhibitors is applied. In addition, the corrosion pattern changed from acceptable uniform corrosion to severe localization. As the EOR process involves the use of chemicals regimes not typically encountered in oil and gas production, it is critical to evaluate and understand the impact of these chemicals, i.e. polymers and corrosion inhibitors on the corrosion system.This study focuses on investigating the interactions between EOR polymers and carbon steel and various corrosion inhibitors based on these observations.Electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic scans using a rotating cylinder electrode (RCE) in a CO2-saturated artificial brine were used to investigate the complex interactions between the steel surface, inhibitor, and polymer. A special procedure was developed to provide robust and reproducible data on the polarisation resistance Rp, which represents the average corrosion rate. To understand phenomena such as the change in corrosion attack towards localised damage, corrosion on the RCE cylinder was accelerated by applying an anodic potential shift. This highlighted the heterogeneity of the surface condition. Rheological measurements, Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy were used to study the polymer solutions, the resulting corrosion damage and the corrosion products.It could be shown that the interaction between polymer, carbon steel and corrosion inhibitor can lead to undesirable changes in the corrosion processes. These modifications occur due to the adsorption and interaction of polymers and corrosion inhibitors causing heterogeneity at the metal surface. These factors must be considered when selecting polymers, corrosion inhibitors and their desired concentrations for practical application.