شوند. اين ذرات شن ميتوانند سبب سايش خطوط لوله و تجهيزات شده و در نتيجه منجر به توقف توليد شوند، و از اينرو ضررهاي اقتصادي قابل ملاحظهاي متوجه توليدکنندگان نفت و گاز شود [2و7].
سايش علاوه بر اينکه موجب خرابي تجهيزات و افزايش هزينه هاي برآورد شده به علت خريد و جابجايي تجهيزات ميشود، ميتواند باعث آلودگي محيط و يا آتشسوزي به دليل سوراخ و پاره شدن مجراي عبور مواد هيدروکربني شود. ميزان خرابيها و از بين رفتن تجهيزات دريايي خيلي بيشتر از تجهيزات سطحي و زميني است. به دليل نياز جهان به انرژي (که بيشتر از سوختهاي فسيلي تأمين ميشود) بايد توليد هرچه بيشتر نفت و گاز (حداکثر ظرفيت توليد) توسط شرکتهاي مربوطه مد نظر قرار گيرد. اما براي رسيدن به توليد بيشتر، مشکلات زيادي از جمله سايش به وجود ميآيد. وقتي سرعت استخراج از چاه زياد باشد و ذرات ريز شن و ماسه و حتي خاک در سيستم وجود داشته باشد، سايش مخربتر خواهد بود. کاهش دبي توليدي چاه به عنوان راهکاري جهت کاهش سايش، مناسب به نظر نميرسد. عمدهي مخازن زير زميني شامل نفت و گاز و آب هستند. عمليات بهره برداري ممکن است به صورت تک فازي باشد و هم ميتواند چند فازي باشد. ميزان سايش در جريانهاي چند فازي در شرايط مشابه ظرفيت توليد، به مراتب بيشتر از جريانهاي تک فازي است [3].
تعمير و جايگزين کردن قطعات و تجهيزات خراب شده سر چاهي و سطحي، به مراتب آسانتر و کم هزينهتر از تجهيزات درون چاهي و زيرزميني است. تجهيزات سر چاه بايد طوري طراحي شوند تا در طول مدت بهرهبرداري (بعضأ 50 سال) تحمل و مقاومت کافي را داشته باشند. سايز بندي خطوط لوله، آناليز صدمات و خرابيها، ميزان بهينه بهره برداري و … از مواردي هستند که قبل از آنها بايد ميزان و نرخ سايش مشخص شده باشد. پديدههاي سايش و خوردگي به علت محيط مساعد، و حرکت و جنبشي که در هر سيستم است، هميشه و در همه جا وجود دارند. نميتوان فرايندي را يافت که از اين دو پديده در امان باشد. حتي در سرعتهاي بسيار کم و غلظت ناچيز ذرات جامد همراه با سيال، سايش وجود دارد. بايد راهکاري ابداع کرد که نرخ اين سايش و خوردگي را به حداقل برساند [4].
مواد هيدروکربني خروجي از چاهها با مخلوط پيچيدهي چند فازي همراه است. که ممکن است شامل موارد زير باشد [24]:
هيدروکربنهاي مايع: نفت و ميعانات گازي3
هيدروکربنهاي جامد: واکس4 و هيدرات5 و غيره
هيدروکربنهاي گازي: گاز طبيعي6
گازهاي ديگر: هيدروژن سولفيد7، کربن دي اکسيد، نيتروژن و غيره
آب همراه نمک
شن و ديگر ذرات
سايش ذرات که به ذرات شن و ماسه وابسته است، مهمترين عامل سايش در سيستمهاي توليدي هيدروکربنها بشمار ميرود، به اين دليل که حضور مقدار کمي ذرات شن در جريان توليد موجب سايش و خوردگي سايشي قابل ملاحظهاي ميشود. سايش با شن و ماسه ميتواند موجب از بين رفتن پوششهاي جلوگيري از خوردگي شده و به تشديد خوردگي سايشي منجر شود. با اين وجود ديگر مکانيسمهاي سايشي ميتوانند در شرايط عملياتي خاص خسارات جبران ناپذيري به سيستم توليد وارد کنند. در بيشتر موارد شناسايي سايش به راحتي ممکن نيست و اين مورد مديريت سايش را با مشکلات فراواني مواجه ساخته است.
عوامل مؤثر بر سايش عبارتند از: سرعت جريان، رژيم جريان، تعداد فازهاي جريان، ميزان و يا غلظت فاز جامد در جريان (غلظت دانه هاي شن معلق در فاز مايع يا گاز)، اندازهي ذرات جامد، اندازهي قطرات مايع معلق در گاز، ميزان تيزي دانههاي شن و ماسه، زاويهي برخورد ذرات با ديوارهي تجهيزات، ژئومتري و هندسه مجراي عبوري جريان، ميزان سختي ذرات جامد، ميزان سختي قطعات و تجهيزات و … [5].
فصل دوم
تئوري تحقيق
تئوري تحقيق
2-1- تعاريف سايش و خوردگي
همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، سايش به فرآيند جدا شدن ماده از سطح لوله و تجهيزات در اثر واکنش مکانيکي گفته ميشود. هنگاميکه ذرات جامد موجود در سيال با ديوارهي داخلي لولهها و ساير تجهيزات انتقال برخورد ميکنند، چنانچه داراي سرعت و قدرت مناسب باشند، مطابق شکل زير، باعث ساييده شدن مجراي عبور سيال ميشوند.
شکل (2-1). مکانيسم فرايند سايش
سايش به عنوان يکي از مهمترين مشکلات موجود در فرايند توليد بشمار ميآيد. سايش در زانوييها، واحدهاي متهزني، و ديگر تجهيزات سر چاه ميتواند اتفاق بيفتد. متغيرهاي ذاتي پديدهي سايش، استفاده از زانوييها را در طراحي و توسعهي تجهيزات توليد هيدروکربن را با مشکل روبه رو ساخته است [3].
خوردگي طبق تعريف، واكنش شيميايي يا الكتروشيميايي بين يك ماده، معمولأ يك فلز، و محيط اطراف آن مي‌باشد كه به تغيير خواص ماده منجر خواهد شد. خوردگي، اثر تخريبي محيط بر فلزات و آلياژها ميباشد. خوردگي، پديدهاي خودبهخودي است و همه مردم در زندگي روزمره خود، از بدو پيدايش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلي در انهدام فلزات، عبارت از اکسيداسيون فلز است. فرآيند خوردگي و يکي از مهمترين آن خوردگي سايشي در صنعت، آثار زيان بار اقتصادي عظيمي را موجب ميشود و يکي از دلايل شروع آن، سايش ميباشد و براي کاهش آن کارهاي زيادي ميتوان انجام داد. با توجه به اينكه از لحاظ ترموديناميكي مواد اكسيد شده نسبت به مواد در حالت معمولي در سطح پايين‌تري از انرژي قرار دارند، بنابراين تمايل رسيدن به سطح انرژي پايين‌تر سبب اكسيد (خورده) شدن فلز مي‌گردد. خوردگي يک فرايند خودبهخودي است، يعني به زبان ترموديناميکي در جهتي پيش مي‌‌رود که به حالت پايدار برسد. به طور مثال اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهيم، زنگ ميزند که يک نوع خوردگي و پديدهاي خودبهخودي است. انواع مواد هيدروکسيدي و اکسيدي نيز ميتوانند محصولات جامد خوردگي باشند که همگي گونهي فلزي هستند[29].
خوردگي معمولأ فرايندي زيان‌آور است، ليكن گاهي اوقات مفيد واقع مي‌شود. بطور مثال آلودگي‌ محيط به محصولات خوردگي و آسيب ديدن عملكرد يك سيستم از جنبه‌هاي زيان آور خوردگي، و توليد انرژي الكتريكي در يك باطري و حفاظت كاتدي سازه‌هاي مختلف از فوايد آن ميباشد. اما تأثيرات مخرب و هزينه‌هاي به بار آمده بواسطهي اين فرآيند به مراتب بيشتر است. با نگاهي به آمار منتشر شده از خسارات مستقيم و غير مستقيم خوردگي به اقتصاد كشورها مي‌توان به هزينه‌هاي سرسام‌آور اين پديده پيبرد. در ايران نيز پديده خوردگي خسارات قابل توجهي را در صنايع گوناگون بوجود آورده است. بر اساس برخي بررسي‌هاي غير رسمي، زيان اقتصادي مستقيم ناشي از خوردگي در ايران در سال 1373 حدود 5000 ميليارد ريال، در سال 1375 حدود 9000 ميليارد ريال و در سال 1379 حدود 27500 ميليارد ريال برآورد شده است.
2-2- انواع خوردگي
خوردگي را به دو دستهي تر و خشك مي‌توان تقسيم نمود. مكانيزم خوردگي تر، الكتروشيميايي است. خوردگي خشك به واكنشهاي گاز جامد و در درجه حرارتهاي بالا گفته ميشود. در صنعت حفاري خوردگي تر مورد بحث ميباشد. خوردگي آهن در الكتروليت گل حفاري و سيالات ديگر از انواع خوردگي تر مي‌باشد. هرچه قدرت هدايت الكتريكي سيال بالاتر باشد، جريان عبوري بيشتر و ميزان خوردگي بالاتر خواهد بود. در ادامه به طور خلاصه به معرفي انواع خوردگي پرداخته ميشود[29].
تقسيم بندي جزئيتر انواع خوردگي به طور خلاصه شامل موارد زير ميشود:
1- خوردگي گالوانيک
2- خوردگي يکنواخت
3- خوردگي پيل غلظتي
4- خوردگي حفرهاي
5- خوردگي بين دانهاي
6- خوردگي تحت تنشي
7- خوردگي سايشي
2-2-1- خوردگي گالوانيک8
خوردگي گالوانيک وقتي رخ ميدهد که دو فلز يا آلياژ متفاوت ( يا دو مادهي متفاوت ديگر همانند الياف کربن و فلز ) در حضور يک ذرهي خورنده با يکديگر تماس پيدا کنند. در منطقه تماس، فرايندي الکتروشيميايي به وقوع ميپيوندد که در آن مادهاي به عنوان کاتد عمل کرده و مادهي ديگر آند ميشود. در اين فرآيند کاتد در برابر اکسيداسيون محافظت شده و آند اکسيد ميشود.
2-2-2- خوردگي يکنواخت9
در خوردگي يکنواخت سطح اغلب فلزات در محيط خورنده به صورت يكنواختي دچار خوردگي ميشود. اين نوع خوردگي در اثر تغيير پيوسته مكان كاتد و آند در سطح فلز، به علت پولاريزاسيون10 ايجاد ميشود. قدرت تخريب و اهميت اين نوع خوردگي از انواع ديگر كمتر است. خوردگي فولاد در هواي مرطوب اغلب از اين نوع است.
شکل (2-2). خوردگي يكنواخت سطح لوله هاي حفاري [29]
2-2-3- خوردگي پيل غلظتي11
به خوردگي پيل غلظتي، خوردگي زير رسوبات نيز ميگويند. خوردگي اكسيژني نيز از انواع خوردگي غلظتي به شمار ميآيد. پوشيده شدن قسمتي از سطح لولههاي حفاري توسط گل، محصولات خوردگي و لاستيك حلقوي محافظ لولهها باعث ايجاد اين نوع خوردگي ميشود. اختلاف غلظت اكسيژني ناحيه پوشيده شده توسط رسوبات و ناحيهي آزاد باعث شده كه سطح زير اين رسوبات آند و بقيهي لوله كاتد شود.
2-2-4- خوردگي حفره اي12
خوردگي حفره اي تقريبأ هميشه به وسيله يونهاي کلر و کلريد ايجاد ميشود و به ويژه براي فولاد ضد زنگ13 بسيار مخرب است؛ چون در اين خوردگي، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعياش، به راحتي دچار شکست ميشود. معمولأ عمق اين حفرات برابر يا بيشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات، ماده سوراخ ميشود.
2-2-5- خوردگي بين دانه اي14
خوردگي بين دانهاي وقتي رخ ميدهد که مرز دانهها در يک فلز پلي کريستال به صورت ترجيحي مورد حمله قرار ميگيرد. چندين عامل ميتواند آلياژي مثل فولاد ضد زنگ را مستعد اين نوع خوردگي سازد؛ از جمله حضور ناخالصيها و غني بودن يا تهي بودن مرزدانه از يکي از عناصر آلياژي.
2-2-6- خوردگي تحت تنشي15
خوردگي تحت تنشي وقتي رخ ميدهد که مادهاي تحت تنش کششي در معرض يک محيط خورنده قرار گيرد. ترکيب اين عوامل با هم، ترکهايي را در قطعه تحت تنش ايجاد ميکند.
2-2-7- خوردگي سايشي16
اين نوع خوردگي وقتي رخ ميدهد که محيطي نسبت به يک محيط ثابت ديگر حرکت کند. ( به عنوان نمونه مايعي که درون يک لوله جريان دارد.) يک پديدهي مرتبط با اين گونه خوردگي، فرتينگ17 است که هنگام تماس دو ماده با يکديگر و حرکت نسبي آنها از جمله ارتعاش به وجود ميآيد. اين عمل ميتواند پوششهاي ضد خوردگي را از بين برده و باعث آغاز خوردگي شود. خوردگي سايشي يکي از انواع مختلف سايش است که بطور کامل در قسمتهاي بعد مورد بررسي قرار خواهد گرفت [29].
2-3- مکانيسمهاي سايش
دو نوع مکانيسم اوليه سايش وجود دارد. اولين مورد در اثر برخورد مستقيم بوجود مي‌آيد. معمولأ بيشترين خسارت در اتصالاتي نظير زانوييها و سه‌راهيها ( اتصالات T شکل) که جهت جريان را تغيير مي‌دهند، اتفاق مي‌افتد. ذرات موجود در سيال مي‌توانند انرژي کافي بدست آورده و خطوط جريان را قطع نموده و به ديوارهي لوله برخورد نمايند. ديگر مکانيسم، سايش ناشي از برخورد اتفاقي است. در اين نوع سايش با وجود آنکه مؤلفهي سرعت متوسطي که سيال را به سمت ديوارهي لوله هدايت کند وجود ندارد، با اين وجود تلاطمهاي موجود در جريان مي‌توانند ذراتي با مومنتوم در جهت شعاعي ايجاد نموده و آنها را به سمت ديوارهي لوله حرکت دهد. اما تلاطمهاي آشفته يک فرآيند اتفاقي بوده و از اينرو با نام برخورد اتفاقي ناميده مي‌شود. اين دو نوع مکانيسم مي‌توانند انواع مختلفي از سايش را سبب شوند [24].
شکل(2-3). سايش در اثر برخورد مستقيم
شکل(2-4). سايش در اثر برخورد اتفاقي
دو مکانيسم فوق ميتوانند انواع مختلفي از سايش را در ترکيبات مختلف سيال، سرعت، اشکال مختلف لوله کشي ايجاد نمايند.
بدون توجه به نوع مکانيسم سايش، آسيب پذيرترين بخشهاي يک سيستم توليدي مي‌تواند شامل مواردي باشد که د

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید