صوتي ايجاد ميشود، اين سيگنال توسط مواد پيزوالکتريک به سيگنال الکتريکي تبديل شده و به صفحهي نمايشگر منتقل ميشود. اين پروبها به دو دسته تقسيم ميشوند. دستهي اول در داخل جريان سيال قرار ميگيرند و به آنها پروبهاي فرورونده70 ميگويند. دستهي دوم خارج از جريان و روي جدارهي خارجي لوله نصب ميشوند. اين ابزار يک موج اولتراسونيک به بيرون فرستاده و از اين طريق ضخامت، کاهش و از دسترفتگي فلز را جهت تعيين شدت سايش اندازه ميگيرد. اين روش به اختلالات صوتي ناشي از ديگر منابع حساس ميباشد و همچنين محدوديت ابتدايي اين روش اين است که تنها بخش محدودي از لوله را بررسي ميکند. شکافهاي ناشي از سايش در زانوييها عمومأ در شعاع خارجي بين زاويهي 30 و 90 درجه اتفاق ميافتد و اين محتمل ترين مکانيست که بايد انتظار سايش را داشت. با اين وجود بدليل اختلالات ايجاد شده در بالادست زانويي، نظير اثرات ديگر زانوييها، شيرها يا محدودکنندههاي جريان، ممکن است محل بيشترين سايش تغيير نموده و تشخيص آن دشوار گردد. مکانيزم عملکرد اين پروب در شکل زير نشان داده شده است [12].
شکل(2-14). نحوهي عملکرد پروب آلتراسونيک [12]
2-6-4- پروبهاي الکتروشيميايي
اين پروبها ميزان شدت سايش را از طريق اندازهگيري مقاومت پلاريزه خطي بين الکترودها از طريق يک الکتروليت رسانا که درون يک لوله جريان دارد، تعيين ميکند. اين روش براي سيالات مايع رسانا نظير آب يا سيستمهاي نفتي همراه با آب فراوان مناسب است.
2-6-5- پرتونگاري با اشعهي ايکس و گاما
اين روش بيشتر براي برآورد نرخ توليد شن استفاده ميشود. مطابق شکل زير قسمتي از جريان تحت تابش پرتو گاما يا ايکس قرار ميگيرد. در طرف مقابل جريان نيز يک آشکارساز وجود دارد که نرخ شن عبوري را نشان ميدهد.
شکل(2-15). استفاده از اشعهي ايکس و گاما براي تعيين ميزان شن توليدي[12]
روشهاي ديگري نيز براي محاسبهي سايش وجود دارد. يکي از روشهاي نوين تعيين نرخ سايش، عکسبرداري الکتروني71 از سطح مادهي ساييده شده است.
2-7- راهکارهاي کاهش سايش
جهت جلوگيري از سايش يا کاهش آن چند روش مناسب وجود دارد که در ادامه به طور مختصر توضيح داده ميشود.
2-7-1- کاهش دبي توليد
کاهش دبي توليد که شامل کاهش دبي سيال عبوري از قطعهاي که در خطر سايش است ميتواند يک راهکار پيشنهادي باشد، اما استفاده از اين روش با توجه به کاهش ميزان بهرهبرداري زيان اقتصادي قابل ملاحظهاي را بر جا ميگذارد.
2-7-2- طراحي سيستم لولهکشي
کمتر نمودن سرعت سيال با بزرگتر شدن مسير عبور سيال و جلوگيري از تغييرات ناگهاني در مسير جريان ( مثل زانويي، کاهندههاي سطح مقطع، چوکها و شيرها ) ميتواند موثر واقع شود. مشاهده شده است که سهراهيهاي مسدود نسبت به زانويي کمتر ساييده ميشوند. از اينرو با استفاده از شيرهاي کاملأ باز و هم قطر با لولهي اصلي و سهراهيهاي مسدود بجاي زانوييها، ميتوان مشکلات مربوط به سايش را کم کرد. همچنين رژيم جريان بر روي مشکلات سايش تأثير دارد و جريانهاي لختهاي بصورت خاص ايجاد آسيب ميکنند، از اينرو استفاده از لختهگير72 ميتواند جهت کاهش شدت هر نوع سايش مناسب باشد. از ضررهاي اين روش افزايش افت فشار در سيستم است.
2-7-3- مواد مخصوص مقاوم در برابر سايش
در سيستمهاي بهره برداري نفت و گاز، تقريبأ تمامي قطعات از فلزات نرم ساخته ميشوند. اگرچه ديگر مواد نظير پلاستيکها و لاستيکها نيز در قسمتهاي مختلف مورد استفاده قرار ميگيرند. خواص مواد داراي اثرات قابل ملاحظهاي بر روي مسئلهي سايش ميباشد. يک روش بسيار خوب جهت جلوگيري از سايش، استفاده از مواد مقاوم در برابر سايش و خوردگي به عنوان روکش محافظ ميباشد. از موادي که به عنوان پوشش حفاظتي در برابر خوردگي و ساييدگي به کار ميروند، ميتوان کاربيد تنگستن73 را نام برد.
نخستين عامل مهم در مورد کنترل سايش فلزات نرم، سختي آنهاست. در نتيجه فولادها نسبت به ساير فلزات نرمتر، مقاومترند. در اجزاء آسيبپذير، مواد ويژه نظيرکاربيد تنگستن، پوششها و سراميکها اغلب مورد استفاده قرار ميگيرد. اين مواد عمومأ سخت و شکننده بوده و نسبت به فولاد داراي مقاومت بسيار بالايي در برابر سايش هستند (اغلب دهها بار مقاومترند). با اين وجود، مقاومت تعدادي از مواد پوششي داده شده ممکن است بدليل از بين رفتن پوشش يا زيرلايهي آن، سريعأ کاهش يابد [4و8].
2-7-4- افزايش ضخامت ديوارهي لوله
هرچه ضخامت لوله و ساير تجهيزات انتقال جريان بيشتر باشد مدت عمر آن نيز افزايش مييابد. اما از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نخواهد بود. همچنين ضخامت زياد براي ديوارههاي لوله، سبب کاهش اندازهي سطح مقطع جريان شده و در نتيجه سبب افزايش سرعتهاي جريان و افزايش شدت سايش ميشود.
2-7-5- ممانعت از توليد شن و جداسازي آن
بيشتر از بسترهاي شني ته چاهي جهت جلوگيري از ورود شن به درون سيستم بهرهبرداري استفاده ميشود. اين پيشگيريها معمولأ براي چاههاي تازه حفاري شده که توليد شن در آنها تشخيص داده شده است، مورد استفاده قرار ميگيرد. عمومأ غشاهاي شني از ورود ذراتي با قطر بيش از 100 ميکرون به درون جريان توليدي جلوگيري ميکنند. با اين وجود اين غشاها باعث افزايش مقاومت در برابر جريان سيال ورودي به چاه ميشوند و در نتيجه شاخص توليد چاه را کاهش ميدهند. همچنين در صورتيکه شن کافي توليد شود حتي اگر ابعاد آنها بسيار ريز باشد، ميتوانند باعث ايجاد ميزان سايش زيادي شوند، از اينرو استفاده از غربالها و بسترهاي شني نميتواند تضميني بر توليد سيال بدون شن باشد. در کل استفاده از تجهيزات شنزدايي در سيستم بهرهبرداري بر روي اقتصادي بودن طرح تأثير معکوس دارد. بعلاوه ميزان لولهکشي مورد نياز در سيستم را افزايش ميدهد و از اينرو سطح بيشتري در معرض مشکلات مربوط به سايش قرار ميگيرد.
فصل سوم
مروري بر کارهاي انجام شده
مروري بر کارهاي انجام شده
3-1- مقدمه
توانايي پيش بيني نرخ سايش در خطوط توليد و انتقال نفت و گاز از اهميت ويژه‌اي برخوردار است‌. نرخ سايش به طور مستقيم بر روي عواملي همچون اندازهي خطوط، آناليز و بررسي عيوب خط و همچنين در تعيين نرخ محدودکنندهي توليد نقش دارد. بدين منظور منابع و مرجعهاي متفاوتي براي مشخص کردن اين محدوده سرعت در دسترس ميباشد که يکي از مهم‌ترين آنها استفاده از استاندارد API – RP – 14E است. اين استاندارد در برخي مواقع توانايي لازم براي پيش بيني دقيق اين محدوده را ندارد. به عنوان مثال در برخي محاسبات استفاده از اين استاندارد ميزان صحيح و دقيق نرخ سايش را گزارش نميکند و به نحوي در فرآيند‌ها با نرخي بيشتر از مقدار بدست آمده روبهرو مي‌شويم که باعث صدمات جبران ناپذيري ميشود. همچنين در برخي ديگر از محاسبات اين استاندارد به طور قابل ملاحظهاي از ميزان توليد کاسته که باز هم از نظر اقتصادي بسيار مهم ميباشد. در اين تحقيق برآنيم تا به بررسي معادلات و روابط ديگري که براي بدست آوردن نرخ سايش توسط محققين مختلف ارائه شده، بپردازيم.
3-2- مدل سازي
شناخت خطر سايش تأسيسات به منظور بهينهسازي مديريت چاه جهت جلوگيري از توليد شن داراي بيشترين اهميت است. بصورت معمول مدلهاي سايش توسط شن، فرآيند سايش را در سه مرحله در نظر مي‌گيرند. در ابتدا جريان سيال در زانويي و ديگر تجهيزات مدل شده يا بطريقي تقريب زده مي‌شود. سپس اين پيش بيني جريان جهت بدست آمدن نيروهاي دراگ اعمال شده بوسيلهي سيال بر روي شن بکار مي‌رود. از اينرو مسيرهاي حرکت تعداد زيادي از ذرات پيشبيني مي‌شود. زمانيکه ذرات مستقل به ديواره برخورد ميکنند صدمات حاصله با استفاده از مدلهاي تجربي خاص يا مدلهاي تئوري برخورد، محاسبه ميشوند. سپس متوسط صدمات برخورد تعداد زيادي از ذرات را ميتوان جهت محاسبهي عمق صدمه ناشي از سايش روي يک سطح به کار برد [14].
در بيشتر موارد مدلهاي آسيب ناشي از برخورد داراي اساسي مشابه هستند. با اين وجود چند روش جهت محاسبهي مسيرهاي حرکت ذرات استفاده ميشود. نرمافزارهاي CFD به ميزان زيادي جهت مدلسازي جريان سيال و مسيرهاي حرکت ذرات مورد استفاده قرار گرفته است. نشان داده شده است که اين نرمافزارها بخوبي مي‌توانند محلهاي سايش را پيشبيني کنند. اين نرمافزارها مخصوصأ در قطعات با هندسهي پيچيده نظير شيرها که مسيرهاي حرکت ذرات بسيار پيچيده هستند، مفيد هستند.
زانوييها داراي شکلهاي سادهاي هستند و از اينرو چندين روش تجربي و تئوري جهت تعيين مسيرهاي حرکت ذرات بجاي مدلهاي CFD ارائه شده است. سادهترين اين مدلها فرض ميکند ذرات در زانويي در يک مسير مستقيم حرکت ميکنند و اولين برخورد به ديواره بيشترين صدمه را وارد ميکند.
در مرحلهي بعد صدمه ناشي از برخورد ذرات مستقل بر روي يک ديواره با استفاده از يک مدل تئوري يا رابطه تجربي محاسبه مي‌شود. در نهايت متوسط صدمات ناشي از برخورد تعداد زيادي از ذرات را مي‌توان جهت پيشبيني توزيع و عمق آسيب ناشي از سايش بر روي يک سطح، بکار برد. با اين وجود درک فرآيندي فيزيکي آن تا حدودي ميسر شده است و پيشبيني شرايط بحراني به مدلهاي تجربي يا نيمه تجربي بستگي دارد. بر اساس نتايج تجربي، نرخ سايش شن را مي‌توان با استفاده از انرژي جنبشي اجزاء شن از طريق پارامترهاي زير بيان نمود:
1- سرعت سيال
2- چگالي سيال
3- اندازهي شن
4- شدت توليد شن
5- قطر لوله يا هر وسيلهي انتقال ديگر
6- هندسهي سيستم
7- سختي فلز (مقاومت در برابر سايش)
3-2-1- دسته بندي مدلهاي موجود
به طور کلي مدلهاي موجود براي پيشبيني ميزان سايش و همچنين سرعت سايش به سه دسته تقسيم ميشوند [13و14]:
1- مدلهاي تجربي
2- مدلهاي نيمه تجربي
3- مدلهاي CFD 74
مدلهاي تجربي بر اساس پارامترهاي ديناميکي مثل سرعت، بنا نهاده شدهاند. مدل ارائه شده توسط API يک مدل کاملأ تجربي است. در مدلهاي نيمه تجربي اثر پارامترهايي مثل زاويهي برخورد و انرژي جنبشي ذرات و … علاوه بر پارامترهاي تجربي ديگر در نظر گرفته ميشود. مدل CFD به بررسي دقيق مکان برخوردها، تعداد برخوردها و … ميپردازد و در واقع دو مدل ديگر را کاملتر ميسازد. اين مدل با نرم افزارهايي مثل FLUENT, ANSYS, COMSOL ارائه ميشود.
3-3- مروري بر کارهاي گذشته
تحقيق و پژوهش بر روي پديدهي سايش به صورت مطالعات آزمايشگاهي و علمي، اولين بار در سال 1960 ميلادي توسط آقاي فيني75 آغاز شد [23]. ايشان به بررسي سايش جريان گاز حاوي ذرات شن بر روي صفحات فلزي پرداختند. در سال 1963 آقاي بيتر76 [26] به اصلاح مدل ارائه شده قبلي توسط آقاي فيني پرداخت. در سال 1966 آقايان فيني و شلدون77 [27] تأثير تفاوت مواد شکننده78 و مواد انعطاف پذير79 (فلزات) را بر سايش مورد مطالعه قرار دادند [13]. بعد از آن و در سال هاي 1975 تا 1982 استانداردهاي API و ديگر شرکتها ارائه شد[11]. آقايان سالاما80 و ونکاتش81 [9] در سال 1983 براساس مدل API ( V_e= C/?(?_m )) فاکتور C را 80 تا 100 براي جريان گاز فاقد شن و ضريب 300 را براي گاز همراه با قطرات مايع ارايه دادند، و در سال 1986 سايش چاههاي نفت و گاز را اندازه گرفتند و روابط و اطلاعات مفيدي استخراج نمودند[24].
از سال 1986 تا سال 1998 محققين متعددي بر روي پارامترهاي مختلف سايش مطالعات چشمگيري را انجام داده و روابط نيمه متمرکزي نيز ارائه دادند. از اين محققين ميتوان به نام آقايان بورگين82 [5]، ونگ83 [28]، اشاره کرد.
با روي کار آمدن نرم افزارهاي شبيه سازي در اوايل قرن 21، موج مطالعات جديد سايش توسط محققين دانشگاه تولسا84 در ايالت اوکلاهاماي آمريکا آغاز شد. مطالعات کاملأ جامع و فراگير،

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید