ر آنها:
1- جهت جريان به صورت ناگهاني تغيير مي‌نمايد.
2- سرعتهاي بالاي جريان که خود در نتيجه دبيهاي توليد بالاي سيال است.
3- سرعتهاي بالاي جريان، که در نتيجهي محدوديت سطح مقطع حرکت سيال ايجاد مي‌شود.
اجزاء و سيستمهاي لوله کشي بالادستي جداکننده‌هاي اوليه، حاوي مخلوطهاي چندفازي گاز، مايع و ذرات جامد بوده و در نتيجه احتمال سايش ناشي از برخورد ذرات جامد، خوردگي سايشي و سايش قطره‌اي ( ناشي از برخورد قطرات مايع ) زيادتر است. همچنين آسيب پذيري بخشهاي خاص در برابر سايش، به ميزان زيادي به طراحي آنها و شرايط عملکرد آنها بستگي دارد. با اين وجود، ليست زير اجزائي را نشان ميدهد که بيشترين آسيب پذيري را در برابر سايش دارند [2]:
چوکها18
انقباض ناگهاني
شيرهاي نيمه بسته، شيرهاي يک طرفه و شيرهايي که قطر آنها با قطر لوله برابر نيست19
زانوييها20 با شعاع استاندارد
کاهندهها21
زانوييها با شعاع بلند، ميترها22
سهراهيهاي مسدود
لوله‌هاي صاف
2-4- انواع سايش
مکانيسمهاي بالقوه‌اي که ميتوانند باعث آسيبهاي سايشي شوند عبارتند از[6]:
1- سايش ناشي از دانههاي شن و ماسه23
2- سايش ناشي از قطرات مايع24
3- خوردگي سايشي25
4- پديدهي کاويتاسيون26
2-4-1- سايش ناشي از دانه‌هاي شن و ماسه
سايش ناشي از دانه‌هاي شن و ماسه معمولترين و مهمترين منبع مشکلات سايشي در سيستمهاي هيدروکربني است، زيرا وجود مقدار جزئي از شن و ماسه همراه با سيال توليدي مي‌تواند سبب سايش و خوردگي سايشي قابل ملاحظه‌اي گردد. حتي در سيال توليدي عاري از شن و يا در مواقعي که دبي توليد شن بسيار کم و در حدود چند پوند در روز است، صدمات ناشي از سايش ميتواند در سرعتهاي بالا شديد باشد. سايش ناشي از شن و ماسه مي‌تواند سبب ايجاد سايش محلي به مواد محافظت کنندهي خوردگي روي ديوارهي لوله‌ها شده و در نتيجه شتاب دهنده به پديده خوردگي سايشي شود.
نرخ سايش ناشي از شن و سيال توسط عوامل زير تعيين مي‌شود[3]:
دبي توليد شن و نحوهي انتقال آن
سرعت، گرانروي و چگالي سيال
اندازه، شکل و سختي ذرات شن
ترکيب و ماهيت اجزاي سيال
پيکربندي مسير جريان نظير لولههاي مستقيم، زانويي يا سهراهي
ميزان سختي و مقاومت سطح مورد هدف
زاويهي برخورد ذرات شن
دما و فشار
براي درک بهتر اثرات بالا به توضيح آنها ميپردازيم.
2-4-1-1- اثر دبي توليد شن و روش انتقال آن
طبيعت شن و روش توليد و انتقال آن، يکي از عوامل مهم و تعيين کنندهي نرخ خوردگي و سايش در يک سيستم توليدي است. نرخ توليد شن در يک چاه توسط ترکيب پيچيده‌اي از عوامل زمين‌شناسي تعيين مي‌شود و مي‌توان آنرا توسط روشهاي مختلفي تخمين زد. بطور طبيعي چاههاي جديد هنگام تميزسازي، مقدار زيادي شن توليد ميکنند. سپس توليد شن در يک نرخ نسبتأ پايين، قبل از افزايش مجدد توليد شن بدليل افزايش عمر مخزن، تثبيت ميشود. نرخ توليد شن پايدار نبوده و اگر چاه بيش از 5 الي10 پوند در روز توليد شن داشته باشد، اغلب بعنوان چاه بدون توليد شن شناخته مي‌شود. با اين وجود، اين امر احتمال حذف سايشي را که قرار است اتفاق بيافتد، نمي‌گيرد.
مکانيسم انتقال شن فاکتور مهمي در کنترل سايش شن است. سيستمهاي گازي معمولأ داراي سرعتهاي بالا هستند (بيشتر از 10 متر بر ثانيه) و همين امر سبب مي‌شود سايش در سيستمهاي گازي نسبت به سيستمهاي نفتي بيشتر باشد. با اين وجود در سيستمهاي گاز مرطوب، ذرات شن مي‌توانند توسط فاز مايع به تله افتاده و توسط همين فاز انتقال داده شوند. در حالت خاص که جريان بصورت لخته‌اي27 درآيد بصورت دوره‌اي مي‌تواند توليد سرعتهاي بالاتر نمايد که بطور قابل ملاحظه‌اي نرخ سايش را افزايش مي‌دهد. اگر جريان ناپايدار بوده يا شرايط عملياتي تغيير نمايد ممکن است ذرات شن در هنگام سرعتهاي پايين جريان تجمع يافته و در هنگام سرعتهاي بالاي جريان توسط سيال شسته شده و خارج شوند. مکانيسم جريان ممکن است بگونه‌اي عمل کند که غلظت شن زياد شده و در بعضي بخشهاي خاص سيستم بهره‌برداري سبب افزايش نرخ سايش شود.
با توجه به اطلاعات عملياتي بدست آمده از واحدهاي بهرهبرداري در مکانهاي مختلف و همچنين نتايج آزمايشگاهي که توسط محققين گزارش شده است، مشخص شده که با افزايش ميزان شن توليدي (افزايش غلظت شن28)، در ابتدا مقدار سايش افزايش مييابد. اما اگر مقدار شن از حدي تجاوز کند که ديگر سيال اصلي قادر به حمل آن نباشد، سايش کاهش خواهد يافت. که در اين حالت تجمعي از شن را در سيستم خواهيم داشت. البته بايد اشاره کرد که چنين وضعيتي بيشتر در آزمايشگاه اتفاق ميافتد، و در حالت طبيعي در واحد بهرهبرداري به ندرت ميتوان مشاهده کرد.
2-4-1-2- سرعت29، گرانروي30 و چگالي31 سيال
ميزان سايش ناشي از شن وابستگي بالايي به سرعت سيال داشته و با سرعت برخورد ذره متناسب است. هر چه سرعت زيادتر باشد، نرخ سايش نيز بيشتر خواهد بود. هنگامي که سرعت سيال به اندازهي کافي زياد باشد ذرات را حمل نموده و سايش با ذرات شن عامل اصلي خواهد بود. زمانيکه سرعت سيال به اندازه کافي بالا باشد، سرعت برخورد شن به سرعت سيال نزديک بوده و سايش يک امر محتمل است. از اينرو زمانيکه سرعت سيال در بيشترين مقدار خود قرار دارد احتمالأ سايش به بيشترين مقدار خود مي‌رسد. افزايشهاي جزئي در سرعت سيال در صورتيکه شرايط مهيا باشد، مي‌تواند سبب افزايش بيشتر نرخ سايش شود. ممکن است در سرعتهاي خيلي زياد (نزديک به سرعت صوت)، افزايش سرعت تأثيري در ميزان سايش نداشته باشد، زيرا در اين حالت مقاومت سطح هدف تقريبأ از بين ميرود.
همانطور که قبلأ گفته شد، در سرعتهاي کم نيز سايش وجود دارد ولي مقدار آن به قدري کم است که ميتوان از آن صرف نظر کرد. حداکثر سرعتي را که ميتوان در يک سيستم به کار برد و ميزان سايش مقدار مجاز است، سرعت آستانه32 يا سرعت بحراني33 ميگويند.
اين سرعت، توسط شرکتهاي مختلف و تحت عنوان استانداردهاي طراحي، براي سيستمهاي مختلف ارائه شده است، که در قسمتهاي بعدي به آن اشاره خواهد شد.
در سيالات گرانرو، ذرات جامد بجاي برخورد با جدارهي اتصالات تمايل دارند در مسير حرکت سيال حرکت نمايند. در حاليکه در سيالات با گرانروي و جرم ويژهي کم، ذرات جامد تمايل دارند در مسيرهاي مستقيم حرکت نمايند و در هنگام تغيير جهت مسير جريان، به ديواره‌ها برخورد نمايند. از اينرو در جريانات گازي بدليل گرانروي و جرم مخصوص کمتر و سرعتهاي بالاتر، احتمال سايش توسط ذرات شن بيشتر است. و يا به عبارت ديگر: در سيالهايي با دانسيتهي بالا و ويسکوز، شن به همراه خط جريان حمل شده و برخورد کمتري با ديوارهها داشته و در نتيجه سايش کمي خواهيم داشت. اما در جريانهاي با دانسيته و ويسکوزيتهي پايين، دانههاي شن خطوط جريان را قطع ميکنند و در زانوييها به صورت مستقيم حرکت کرده و برخوردهاي شديدي را ايجاد ميکنند و سايش زيادي ايجاد ميکنند. در جدول (2-1) سرعتهاي مجاز براي انواع شيرها در غلظتهاي مختلف شن توسط آقاي راسل34 [16] آورده شده است. ملاحظه ميشود که افزايش غلظت موجب کم شدن سرعت بحراني يا به عبارت ديگر افزايش ميزان سايش شده است [16].
جدول(2-1). تأثير غلظت شن بر روي سرعت بحراني براي شيرهاي مختلف[16]
Water
Russell
Russell
Russell
53 micron
53 micron
53 micron
Sand Concentration
3.5 Valve
Casing ID
3.5 Valve
Valve ID
3.5 Valve
ID Flow Port
(ppm)
V (ft/s)
V (m/s)
V (ft/s)
V (m/s)
V (ft/s)
V (m/s)
2.9
95
29
73
22
66 64
20
5.7
78
24
60
18
52 53
16
8.6
69
21
53
16
46 47
14
11
64
19
49
15
43 43
13
14
60
18
46
14
39 41
12
17
57
17
44
13
39 39
12
20
54
17
42
13
36 37
11
23
52
16
40
12
36 36
11
26
51
15
39
12
33 34
10
29
49
15
38
11
33 333333
10
2-4-1-3- شکل، اندازه و سختي ذرات شن
اندازهي دانههاي شن در جريان توليد هيدروکربنها به خواص زمين شناسي منطقه، اندازهي غربالهاي شن درون چاهي و شکست ذرات در هنگام انتقال از مخزن تا سطح بستگي دارد. بدون محدوديت اندازه دانه‌هاي شن نظير غربالهاي شني ته چاهي، اندازهي ذرات عمومأ بين 20 تا 500 ميکرون35 متغير است. چگالي دانه‌هاي شن تا حدود 2600 کيلوگرم بر مترمکعب مورد قبول است.
اندازهي ذرات شن در ابتدا با دانستن اينکه چه تعداد از ذرات به سطح برخورد مي‌کنند سايش را تحت تأثير قرار مي‌دهند. ذرات بسيار ريز (تقريبأ در حدود 10 ميکرون) توسط سيال انتقال يافته و به ندرت به ديوارههاي لوله برخورد ميکنند. ذرات بزرگتر تمايل دارند در مسيرهاي مستقيم حرکت نموده و به سطوح ديواره برخورد نمايند. ذرات بسيار بزرگ ( تقريبأ در حدود يک ميليمتر ) تمايل به حرکت آرام يا تهنشيني دارند و از اينرو صدمهي زيادي وارد نميکنند. پس به طور کلي با افزايش سايز ذرات شن، و يا به عبارتي افزايش اندازه حرکت36 ذرات، ميزان صدمات افزايش مييابد. اما اين افزايش به صورت مطلق نيست. در آزمايشهايي که براي جريان گاز حاوي ذرات شن انجام شده است، مشخص شده در سايزهاي بزرگتر از 300 ميکرون، سايش کمتر شده است. آقايان فيني37 [23] و همکارانش نشان دادند که شدت سايش با افزايش اندازهي ذرات افزايش مييابد. در اندازههاي بيشتر از (150 – 300) ميکرون نرخ سايش مستقل از اندازهي ذرات خواهد بود. براي جريان مايع و شن اطلاعات جامعي در دسترس نيست. اما اگر سيال قادر به حمل ذرات باشد، و بتواند ذرات بزرگتر را نيز با خود حمل کند، سايش پيوسته زيادتر خواهد شد [ 24 و 8 و7].
معمولأ ذرات سختتر نسبت به ذرات نرمتر سبب سايش بيشتري مي‌شوند و ذرات تيز نيز نسبت به ذرات داراي لبههاي گرد شده آسيب بيشتري وارد مي‌کنند. شن هاي آهکي و ساحلي به مراتب نرمتر از ساير شنها هستند. با اينحال به روشني معلوم نيست که آيا تغيير سختي و تيزي سنگ باعث ايجاد اختلاف قابل ملاحظهاي بين نرخ سايش در سيستمهاي بهره‌برداري همراه با چاهها يا ميادين مختلف ميشود يا خير؟ [9]
شکل زير تأثير اندازهي ذرات و دانسيته و ويسکوزيتهي سيال را بر نحوهي حرکت اجزاي جريان در يک زانويي نشان ميدهد.
شکل (2- 5). تأثير اندازهي ذرات و دانسيته و ويسکوزيتهي سيال بر رژيم جريان در داخل زانويي[24]
2-4-1-4- ترکيب و ماهيت اجزاي سيال
يک جريان تکفازي38 در مقايسه با يک جريان چندفازي39 در يک سرعت برابر، سايش بسيار کمتري دارد. طبق استاندارد ملي شرکت نفت ايران40 سرعت مجاز براي سيالات مايع درون خطوط لوله 4 متر بر ثانيه و براي گازها 20 متر بر ثانيه است. در صورتيکه جريان مايع و گاز حاوي مقدار کمي از ذرات شن باشند (چندفازي باشند)، سرعت مجاز جريان مايع به يک متر بر ثانيه و جريان گاز به 5 متر بر ثانيه تقليل مييابد. در جريانهاي چندفازي ميزان سايش به جزء غالب سيال بستگي بيشتري دارد، و حتي ماهيت سيال ميتواند مکانيسم سايش را تغيير دهد. هر سيالي از يک سري مواد تشکيل شده است. بعضأ اين مواد خورنده هستند و باعث خوردگي سيستم ميشوند [10 و3].
2-4-1-5- پيکربندي مسير جريان نظير لوله هاي مستقيم، زانويي يا سهراهي
در زانوييها و سهراهيها مکانيسم سايش برخورد

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید