FUNCTIONALIZED POLYMER-BASED MATERIALS AS SCALE AND CORROSION INHIBITORS

FUNCTIONALIZED POLYMER-BASED MATERIALS AS SCALE AND CORROSION INHIBITORS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
FUNCTIONALIZED POLYMER BASED MATERIALS AS SCALE AND CORROSION INHIBITORS-Final Version.pdf
Restricted to Repository staff only until 3 January 2022.

Download (3MB)
[img] PDF
FUNCTIONALIZED POLYMER BASED MATERIALS AS SCALE AND CORROSION INHIBITORS-Final Version.pdf
Restricted to Repository staff only until 3 January 2022.

Download (3MB)

Arabic Abstract

عنوان الرسالة: بوليمرات وظيفية لتثبيط تأكل الحديد الصلب وتثبيط ترسب الجير الحي وكبريتات الحديد في أنابيب التنقيب عن النفط والغاز. التخصص: هندسة كيميائية. ديسمبر 2020 : الهدف من هذا العمل هو صناعة واختبار المثبطات الكيميائية الوظيفية لتثبيط كربونات الكالسيوم وكبريتيد الحديد وتآكل الصلب الكربوني. كربونات الكالسيوم عبارة عن ترسبات يمكن أن يتشكل في أنابيب التنقيب عن النفط والغاز. المواد التي من الممكن أن تتشكل هي عبارة عن رواسب معدنية يمكن أن تحدث في األنابيب وخطوط األنابيب والصمامات مما يعيق تدفق النفط أو الغاز مما يؤدي إلى اإلغالق وفقدان اإلنتاج. تتكون كربونات الكالسيوم عادة في آبار اإلنتاج والحقن. تترسب كربونات الكالسيوم عندما يكون هناك تغير في الضغط ودرجة الحرارة ، وخلط الماء غير المتوافق في التركيب. طريقة االختبار المتبعة هي اختبار التثبيط الثابتة حيث يتم خلط اثنين من المياه الكاتيونية واألنيونية غير ا مع هذه المياه )ال يشكل راسبًا أو يسبب فصًال في المتوافقة. من المهم معرفة أن المانع المستخدم يجب أن يكون متوافقً الطبقات( .في هذا العمل ، تم تحضير مثبطات كيميائية وظيفية مختلفة واختبار توافقها قبل اختبار فحص التثبيط. بعد اختبار مواد كيميائية مختلفة من أجل التوافق ، تم اختبار المواد الكيميائية المتوافقة مع المحاليل الملحية للتثبيط عند تركيزات مختلفة من المثبطات. تم حساب كفاءة التثبيط من خالل كمية أيونات الكالسيوم المتبقية في المحلول والتي يتم تحديدها بواسطة التحليل الكيميائي) أي .(OES-ICP: سيتم أي ًضا تمييز جسيمات الحجم المجمعة في العينة الفارغة بأداة مختلفة بما في ذلك XRD و SEM و .TEM من المهم أن نذكر أنه تم تطوير واختبار مثبط جديد قائم على البولي أكريالت لتثبيط كربونات الكالسيوم. أظهر هذا المنتج نتيجة واعدة عند درجات حرارة مختلفة وتركيزات أمالح مختلفة. تم اختبار المثبطات أي ًضا في بيئة قاسية. باإلضافة إلى ذلك ، هدفت هذه الدراسة إلى تقديم مادة بوليمر أكثر فعالية كمثبط ومشتت لكبريتيد الحديد. تم تصنيع بولي أكريالميد المطعمة بحمض -L الجلوتاميك واختباره ووجد أنه فعال في منع تكوين كبريتيد الحديد عن طريق إعاقة نمو النواة ومنع جزيئات كبريتيد الحديد من االستقرار. من أجل تقييم أداء المثبط xix المصنع ، تم تصميم وتنفيذ هيكل التجربه ليكون خا ٍل من األكسجين بدقة. تمت دراسة تأثير درجة الحرارة ودرجة الحموضة وتركيب المحلول الملحي على ا لتثبيط.

English Abstract

The aim of this work is to introduce the synthesis and testing of functionalized chemical inhibitors for the inhibition of calcium carbonate, iron sulphide and carbon steel corrosion. Calcium carbonate is a scale which can form in the oil and gas industry tubulars. The scale is a mineral deposit that can occur in the tubing, pipelines and valves which hinders the flow of fluid leading to shut down and production loss. Calcium carbonate Scale usually happens in production and injection wells. Calcium carbonate scale precipitates when there is a pressure and temperature change, mixing of incompatible water and dehydration. The test method followed is static bottle test in which two incompatible cationic and anionic waters are mixed. It is important to know that the inhibitor used must be compatible with these waters (does not form a precipitate or cause phase separation). In this work, different functionalized chemical inhibitors were prepared and tested for compatibility before inhibition screening test. After testing different chemicals for compatibility, the chemicals that are compatible with the brines were tested for inhibition at different inhibitor concentrations. The inhibition efficiency was calculated by the amount of calcium ions left in solution that is determined by chemical analysis (i.e.: ICPOES). xvi The collected scale particles in the blank sample will be also characterized by different instrument including XRD, SEM and TEM. It is important to mention that a new polyacrylate based inhibitor was developed and tested towards calcium carbonate inhibition. This product showed a promising result at different temperatures and salts concentrations. The inhibitors were also tested at harsh environment. In addition, this study aimed in presenting more effective polymer material as inhibitor and dispersant of iron sulphide. L-glutamic acid grafted polyacrylamide has been synthesized and tested and found to be effective in preventing iron sulphide formation by hindering nucleation growth and preventing iron sulphide particles from settling. In order to evaluate the synthesized inhibitor performance a strictly anoxic experimental setup was successfully designed and implemented. Influence of temperature, pH and brine composition on inhibition was studied. The results show the potential ability of L-glutamic acid grafted acrylamide to inhibit iron sulphide formation and nucleation growth at various conditions. Moreover, the inhibitor was found to be effective in keeping iron sulphide particles apart at specific dosages thus lowering iron sulphide clustering. The results also show that the inhibitor is more effective at 60 C where maximum inhibition efficiency was recorded. At 60 C, the inhibition efficiency started at 60% at a relatively low concentration of inhibitor (i.e.50 ppm) after a reaction time of 16 hours. The inhibition efficiency was increased to 92% at 1% by volume inhibitor concentration. Based on these results, it is believed that this inhibitor will provide a novel chemistry for metal-sulphide scales. In the third part of this work, the effect of gallic acid-grafted polyacrylamide (GAGP) on carbon steel corrosion in 1 M hcl has been studied using weight loss, potentiodynamic and polarization resistance measurements. Both techniques showed an excellent agreement. Experimental results xvii showed that GAGP has worked effectively in the acidic environment. It was found that the inhibition efficiency increased with concentration. The process of inhibition is attributed to the adsorption of the inhibitor molecules and/or formation of complex at the electrode surface.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Environmental
Engineering
Chemical Engineering
Research
Research > Corrosion
Research > Engineering
Petroleum
Petroleum > Drilling Engineering
Department: College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Committee Advisor: Ba-Shammakh, Mohammed S.
Committee Members: Awadh, Tawfik and Onaizi, Sagheer
Depositing User: NADHEM ISMAIL (g201194070)
Date Deposited: 07 Jan 2021 12:01
Last Modified: 07 Jan 2021 12:01
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141788