Improved decision support within biocorrosion management for Oil and Gas water injection systems

par Marko Stipaničev

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Régine Basséguy.


  • Résumé

    L’objectif de ce projet, réalisé dans le cadre du réseau BIOCOR, est de fournir aux opérateurs intervenant dans les systèmes d’injection d’eau, un support amélioré d’aide à la décision. L’implication de composants biologiques dans la corrosion de l’acier au carbone ainsi que les synergies potentielles avec d’autres éléments (contrainte mécanique, propriétés intrinsèques du matériau…) ont été étudiées. Les travaux ont montré que la production du sulfure (une réelle menace pour l’acier) par voie biologique avait différentes origines dans l’eau de mer, les différents taux de production pouvant déterminer diverses cinétiques et morphologies de la corrosion. Les paramètres clé sont la disponibilité des accepteurs d’électrons et la température du milieu environnant. Les bactéries sulfato-réductrices (BSR) sont responsables d’attaques plus sévères que les bactéries sulfidogéniques ou du genre Clostridium, deux groupes identifiés dans le système étudié. L’activité microbienne affecte également les processus de minéralisation qui ont lieu naturellement à la surface de l’acier doux, conduisant à des architectures composées de minéraux à base de fer II et III, comme le sulfure de fer, la magnétite, les oxy-hydroxydes de fer, la chukanovite et la rouille verte (sulfatée ou carbonatée) ainsi que des dépôts calcaires. Les couches internes de ces structures peuvent constituer un habitat favorable, dans lequel les BSR peuvent se développer en utilisant le sulfate de la rouille verte sulfatée comme accepteur terminal d’électrons pour leur respiration dissimilatrice. Ce processus conduit à la dégradation continue de l’acier. Enfin, l’influence de la microstructure du matériau et l’impact du stress mécanique sur la biocorrosion ont été identifiés : les joints de grains et les inclusions jouent un rôle important dans les premières étapes de la corrosion, qui s’estompe avec le temps d’immersion. Un taux élevé de bactéries couplé à une contrainte mécanique conduit à une augmentation de la détérioration sans toutefois révéler des mécanismes nouveaux par rapport à l’absence de contrainte. De plus, l’activité sulfidogénique des bactéries ne semble pas conduire aux mécanismes de rupture par fissuration (Stress Corrosion Cracking). En conclusion, les résultats de ce travail indiquent les situations qui pourraient (ou non) conduire à s’écarter de la ‘fenêtre de sécurité’ pour un système donné.

  • Titre traduit

    Amélioration de l’aide à la décision dans la gestion de la biocorrosion des systèmes d’injection d’eau de l’industrie du gaz et du pétrole


  • Résumé

    The objective of this work, achieved in the framework of the BIOCOR European Network, has been to provide the operators of Sea-Water Injection System (SWIS) with improved decision support. The implication of biological component on carbon steel corrosion was explored as well as the possible synergy with other elements (mechanical stress, material properties…). This work showed that biogenic sulphide production, a corrosion threat for steel, can have different origins in seawater. The production rate can determine kinetics and morphology of corrosion attack, which might be governed by the type of microorganisms present. The key parameters are the availability of electron acceptors and the surrounding environment temperature. Sulfate-Reducing Bacteria (SRB) exhibit more vigorous attack compared to sulfidogenic bacteria or genera Clostridium, both found in the studied SWIS. Microbial activity also affects the mineralization process naturally occurring on carbon steel surface leading to architectures composed of mixed iron (II) and (III) minerals such as iron sulfides, magnetite, iron oxyhydroxides, chukanovite and green rust (sulfated or carbonated) as well as calcareous deposits. Inner layers of these structures could possibly provide an anaerobic habitat for SRBs, where they can flourish by using sulfate from GR(SO42-) as a terminal electron acceptor for their dissimilatory respiration. This enables continuous degradation of steel. Finally, significance of material microstructure and impact of mechanical stress on corrosion processes was also recognized. Grain boundaries and inclusions are playing a role during the initial stage of corrosion attack. This impact can diminish during the immersion time. An elevated bacterial activity coupled with mechanical stress leads to an increase of material deterioration. However, the mechanisms are not different from those usually observed for unstressed steel. Moreover, sulfidogenic microbial activity does not seem to lead to a failure mechanism related to Stress Corrosion Cracking (SCC). In conclusion, the outcomes indicate the possible situations, which may (or may not) lead to breach the safe operating window for a given SWIS.


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