2-4-2- سایش ناشی از قطره های مایع27
2-4-3- خوردگی سایشی29
2-4-4- پدیدهی کاویتاسیون31
2-5- رابطهی تئوری برای محاسبهی نرخ سایش……………………………………………………………………..32
2-5-1- گزارش نرخ سایش ………………………………………………………………………………………………………………………..32
2-6- ارزیابی و محاسبهی نرخ سایش33
2-6-1- اندازه گیری کاهش وزن ناشی از خوردگی و ساییدگی34
2-6-2- پروب های مقاومت الکتریکی37
2-6-3- دستگاه های اندازه گیری اولتراسونیک39
2-6-4- پروب های الکتروشیمیایی40
2-6-5- پرتونگاری با اشعهی ایکس و گاما40
2-7- راهکارهای کاهش سایش41
2-7-1- کاهش دبی تولید41
2-7-2- طراحی سیستم لوله کشی41
2-7-3- مواد مخصوص مقاوم در برابر سایش42
2-7-4- افزایش ضخامت دیوارهی لوله42
2-7-5- ممانعت از تولید شن و جداسازی آن43
فصل سوم44
مروری بر کارهای انجام شده44
3-1- مقدمه45
3-2- مدل سازی46
3-2-1- دسته بندی مدل های موجود47
3-3- مروری بر کارهای گذشته48
3-4- مدل های ارائه شده50
3-4-1- مدل فینی50
3-4-2- مدل هاسر – ورنولد51
3-4-3- مدل سالاما- ونکاتش52
3-4-4- مدل سالاما52
3-4-5- مدل مرکز مطالعات سایش و خوردگی دانشگاه تولسا55
3-4-6- مدل شیرازی و همکاران55
3-4-7- مدل فیزیکی56
فصل چهارم57
سیستم آزمایشگاهی و نحوهی انجام آزمایش ها57
سیستم آزمایشگاهی و نحوهی انجام آزمایش ها58
4-1- طراحی سیستم آزمایشگاهی58
4-1-1- تجهیزات اصلی58
4-1-2- تجهیزات جانبی59
4-1-3- ذرات شن و ماسه63
4-1-4- اندازه گیری وزن63
4-2- نحوهی انجام آزمایش64
4-3- طراحی آزمایش ها66
4-3-1- متغیرهای مورد مطالعه در آزمایش67
فصل پنجم68
نتایج و بررسی داده های آزمایش68
نتایج و بررسی داده های آزمایش69
5-1- فرآیند تحقیق69
5-2- روند آزمایش70
5-3- طراحی آزمایش با استفاده از نرم افزار70
5-4- آنالیز و بررسی داده ها72
5-4-1- بررسی سرعت سایش سیال فاقد شن73
5-4-2- بررسی تأثیر سرعت سیال حاوی ذرات شن75
5-4-3- بررسی مکان های مختلف در خط لوله77
5-4-4- بررسی اندازهی ذرات شن78
5-4-5- بررسی تأثیر غلظت شن79
5-4-6- تأثیر سختی و دانسیته کوپن80

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

5-5- آنالیز ظاهری83
5-5-1- میکروسکوپ الکترونی84
5-5-2-آنالیز کوپن ها با میکروسکوپ الکترونی85
5-6- مدل سازی92
5-6-1- الگوریتم ژنتیک92
5-6-2- روش تفاضل تکاملی (DE)94
5-6-3- جزئیات پیاده سازی الگوریتم ژنتیک برای مدل سازی94
5-6-4- نتایج مدل سازی96
فصل ششم99
نتیجه گیری و پیشنهادات99
نتیجه گیری و پیشنهادات100
6-1- نتیجه گیری100
6-2- پیشنهادات101
منابع103
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل (2-1). مکانیسم فرآیند سایش8
شکل (2-2). خوردگی یکنواخت سطح لوله های حفاری11
شکل(2-3). سایش در اثر برخورد مستقیم14

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل(2-4). سایش در اثر برخورد اتفاقی14
شکل (2- 5). تأثیر سایز ذرات و دانسیته و ویسکوزیتهی سیال بر رژیم جریان در داخل زانویی22
شکل (2-6). شماتیکی از یک سه راهی مسدود24
شکل (2-7). تأثیر زاویهی برخورد ذرات برای مواد نرم و ترد26
شکل (2-8). مکانیسم خوردگی سایشی30
شکل (2-9). انواع کوپن ها35
شکل (2-10). نحوهی قرار گرفتن کوپن ها در لوله های جریان36
شکل (2-11). نحوهی اتصال کوپن به هولدر37
شکل (2-12). مکانیزم عملکرد یک پروب38
شکل(2-13). نمونه ای از پروب های صنعتی38
شکل(2-14). نحوهی عملکرد پروب آلتراسونیک39
شکل(2-15). استفاده از اشعه ایکس و گاما برای تعیین میزان شن تولیدی40
شکل (3-1).SET UP آزمایشگاهی دانشگاه تولسا49
شکل(3-2). تابعیت F(Α) از زاویهی برخورد ذرات برای مواد نرم و مواد شکننده51
شکل (3-3). مقایسه میزان سایش برای آب و نفت طبق رابطه سالاما54
شکل(4-1). دستگاه سیکل جریان سیال برای اندازه گیری سایش در خطوط لوله59
شکل(4-2). کوپن های استفاده شده در آزمایشات59
شکل (4-4). نحوه اتصال بست، پیچ و واشر به یکدیگر61
شکل (4-5). سوار شدن کوپن روی پیچ نگهدارنده61
شکل (4-6). نحوه قرار گرفتن کوپن در: الف) زانویی، و ب) لوله عمودی62
شکل (4-7). محل و نحوهی قرار دادن کوپن ها در جریان62
شکل (4-8). ذرات شن در سایزهای مختلف63
شکل(4-9). ترازوی استفاده شده برای توزین کوپن ها با دقت پنج رقم اعشار64
شکل (4-10). سیستم آزمایش و مکان نصب کوپن ها65
شکل (5-1). مقایسه میزان سایش سیال فاقد شن در سرعت های مختلف برای هر شش کوپن73
شکل (5-2). تأثیر سرعت سیال بر مقدار سایش زانویی عمودی به افقی74
شکل (5-3). تأثیر سرعت سیال حاوی ذرات شن با غلظت بالا بر مقدار سایش کوپن آلومینیوم76
شکل (5-4). مقایسه سایش در دو حالت سیال فاقد شن و سیال با مقدار شن زیاد76
شکل(5-5). نحوهی توزیع شن در جریان درون لوله، الف) لوله افقی. ب) لوله عمودی77
شکل (5-7). تأثیر اندازهی ذرات بر مقدار سایش79
شکل (5-8). تأثیر غلظت ذرات شن بر میزان سایش80
شکل (5-9). تأثیر جنس (سختی) کوپن بر میزان سایش81
شکل (5-10). تأثیر دانسیتهی کوپن بر میزان سایش82
شکل(5-11). کوپن آلومینیومی. الف) قبل از تست ب) بعد از تست85
شکل(5-12). تصویر الکترونی از کوپن آلومینیومی قبل از سایش در سه مقیاس86
شکل (5-13). تصویر الکترونی از کوپن آلومینیومی بعد از سایش در سه مقیاس87
شکل (5-14). تصویرالکترونی از کوپن فولاد کربن دار قبل از سایش در سه مقیاس88
شکل (5-15). تصویرالکترونی از کوپن فولاد کربن دار بعد از سایش در سه مقیاس89
شکل (5-16). کوپن فولادی. الف) قبل از تست ب) بعد از تست90
شکل (5-17). حفرات ایجاد شده در سطح کوپن ها با بزرگنمایی بالا91
شکل(5-18). ساختار الگوریتم ژنتیک93
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول (2-1). تأثیر غلظت شن بر روی سرعت بحرانی برای شیرهای مختلف 20
جدول (2-2). تأثیر جنس فلز بر روی سرعت سایش25
جدول (2-3). سرعت سایش برای سیستم های گاز میعانی با نسبت های مختلف میعانات به گاز 28
جدول (3-1). میزان خوردگی برای جریانهای گاز، مایع و نفت در سرعتهای مختلف 53
جدول (3-2). ضریب تیزی دانههای شن 56
جدول (5-1). فاکتورهای بررسی شده در آزمایشات 71
جدول (5-2). تستهای گرفته شده 71
جدول (5-3). سایش هر شش کوپن، در سرعتهای مختلف سیال فاقد شن برای کوپن آلومینیوم75
جدول (5-4). دادههای بدست آمده از مرحله دوم آزمایش82
فصل اول
مقدمه
مقدمه
1-1- اهمیت سایش و خوردگی در صنعت
پدیدههای خوردگی1 و سایش2 به عنوان یکی از آسیبها و چالشهای مهم در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی به حساب میآیند. پدیدهی خوردگی طبق تعریف، واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بین یک ماده، معمولأ یک فلز و محیط اطراف آن می‌باشد که به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. فرایند خوردگی در صنعت، آثار زیان بار اقتصادی عظیمی را موجب میشود و برای کاهش آن کارهای زیادی میتوان انجام داد. برخی خسارتهای ناشی از خوردگی عبارتند از: ظاهر نامطلوب (مثلأ خوردگی رنگ خودرو)، مخارج تعمیرات و نگهداری و بهره برداری، تعطیلی کارخانه، آلوده شدن محصولات، نشت یا از بین رفتن محصولات با ارزش مثل مواد هیدروکربنی و یا نشت مخازن حاوی اورانیوم و … با توجه به اینکه از لحاظ ترمودینامیکی مواد اکسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اکسید (خورده) شدن فلز می‌گردد. خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد.
پدیدهی خوردگی در تمامی دسته‌های اصلی مواد، شامل فلزات، سرامیکها، پلیمرها و کامپوزیتها اتفاق میافتد، اما وقوع آن در فلزات آنقدر شایع و فراگیر بوده و اثرات مخربی بجای می‌گذارد که هرگاه صحبت از خوردگی به میان میآید، ناخودآگاه خوردگی یک فلز به ذهن متبادر می‌شود.
سایش، به فرایند جدا شدن ماده از سطح فلز در اثر واکنش مکانیکی گویند. مانند ضربهی ذرات جامد همراه با گاز و مایع، یا در اثر برخورد قطرات مایع به دیواره داخلی مجرای عبوری سیال. سایش ناشی از خطوط لوله حاوی دوغاب جهت انتقال مواد خام جامد نظیر سنگ آهن، ذغالسنگ و پتاس یک مشکل بزرگ در صنایع معدنی است. سایش خطوط لوله جهت انتقال دانههای خوراکی و ذرت به عنوان جایگزین حمل و نقل با تسمه و نقاله، از موضوعات مورد بررسی در صنعت کشاورزی است. مواردی در صنعت که پدیدهی سایش ملموستر میباشد، عبارتند از: توربینهای گازی، کمپرسورها و پمپها، نازلها، لوله و تیوبهای انتقال، پرههای هلیکوپتر و هواپیماها، موتور وسایل حمل و نقل و …[1]
1-2- سایش و خوردگی در صنایع نفت و گاز
سایش خطوط لوله و تجهیزات مورد استفاده جهت انتقال سیالات حاوی ذرات جامد یک مشکل اساسی در بسیاری از صنایع از جمله صنعت نفت و گاز میباشد. سایش برای مدت زمان طولانی بعنوان یک منبع ایجاد مشکل در سیستمهای تولید و بهره‌برداری هیدروکربنها شناخته شده است. بسیاری از خرابیهای خطرناک مربوط به زانوییها در سکوهای بهره‌برداری، واحدهای حفاری و دیگر تأسیسات زیردریایی در دهههای قبل در نتیجه سایش بوده است. این مشکلات و خرابیها، هم شامل هزینهی تعویض بخشهای فرسوده شده و هم مشکلات محیط زیستی و مسائل ایمنی را به دنبال دارد. زمانیکه نفت و گاز از مخازن دارای مقاومت نسبتأ پایین تولید میشود (کمتر از 2000 psi) با کاهش فشار مخزن، ذرات شن میتوانند از سنگ مخزن جدا شده و تعدادی از ذرات همراه با سیالات تولید شوند. این ذرات شن میتوانند سبب سایش خطوط لوله و تجهیزات شده و در نتیجه منجر به توقف تولید شوند، و از اینرو ضررهای اقتصادی قابل ملاحظهای متوجه تولیدکنندگان نفت و گاز شود [2و7].
سایش علاوه بر اینکه موجب خرابی تجهیزات و افزایش هزینه های برآورد شده به علت خرید و جابجایی تجهیزات میشود، میتواند باعث آلودگی محیط و یا آتشسوزی به دلیل سوراخ و پاره شدن مجرای عبور مواد هیدروکربنی شود. میزان خرابیها و از بین رفتن تجهیزات دریایی خیلی بیشتر از تجهیزات سطحی و زمینی است. به دلیل نیاز جهان به انرژی (که بیشتر از سوختهای فسیلی تأمین میشود) باید تولید هرچه بیشتر نفت و گاز (حداکثر ظرفیت تولید) توسط شرکتهای مربوطه مد نظر قرار گیرد. اما برای رسیدن به تولید بیشتر، مشکلات زیادی از جمله سایش به وجود میآید. وقتی سرعت استخراج از چاه زیاد باشد و ذرات ریز شن و ماسه و حتی خاک در سیستم وجود داشته باشد، سایش مخربتر خواهد بود. کاهش دبی تولیدی چاه به عنوان راهکاری جهت کاهش سایش، مناسب به نظر نمیرسد. عمدهی مخازن زیر زمینی شامل نفت و گاز و آب هستند. عملیات بهره برداری ممکن است به صورت تک فازی باشد و هم میتواند چند فازی باشد. میزان سایش در جریانهای چند فازی در شرایط مشابه ظرفیت تولید، به مراتب بیشتر از جریانهای تک فازی است [3].
تعمیر و جایگزین کردن قطعات و تجهیزات خراب شده سر چاهی و سطحی، به مراتب آسانتر و کم هزینهتر از تجهیزات درون چاهی و زیرزمینی است. تجهیزات سر چاه باید طوری طراحی شوند تا در طول مدت بهرهبرداری (بعضأ 50 سال) تحمل و مقاومت کافی را داشته باشند. سایز بندی خطوط لوله، آنالیز صدمات و خرابیها، میزان بهینه بهره برداری و … از مواردی هستند که قبل از آنها باید میزان و نرخ سایش مشخص شده باشد. پدیدههای سایش و خوردگی به علت محیط مساعد، و حرکت و جنبشی که در هر سیستم است، همیشه و در همه جا وجود دارند. نمیتوان فرایندی را یافت که از این دو پدیده در امان باشد. حتی در سرعتهای بسیار کم و غلظت ناچیز ذرات جامد همراه با سیال، سایش وجود دارد. باید راهکاری ابداع کرد که نرخ این سایش و خوردگی را به حداقل برساند [4].
مواد هیدروکربنی خروجی از چاهها با مخلوط پیچیدهی چند فازی همراه است. که ممکن است شامل موارد زیر باشد [24]:
هیدروکربنهای مایع: نفت و میعانات گازی3
هیدروکربنهای جامد: واکس4 و هیدرات5 و غیره
هیدروکربنهای گازی: گاز طبیعی6
گازهای دیگر: هیدروژن سولفید7، کربن دی اکسید، نیتروژن و غیره
آب همراه نمک
شن و دیگر ذرات
سایش ذرات که به ذرات شن و ماسه وابسته است، مهمترین عامل سایش در سیستمهای تولیدی هیدروکربنها بشمار میرود، به این دلیل که حضور مقدار کمی ذرات شن در جریان تولید موجب سایش و خوردگی سایشی قابل ملاحظهای میشود. سایش با شن و ماسه میتواند موجب از بین رفتن پوششهای جلوگیری از خوردگی شده و به تشدید خوردگی سایشی منجر شود. با این وجود دیگر مکانیسمهای سایشی میتوانند در شرایط عملیاتی خاص خسارات جبران ناپذیری به سیستم تولید وارد کنند. در بیشتر موارد شناسایی سایش به راحتی ممکن نیست و این مورد مدیریت سایش را با مشکلات فراوانی مواجه ساخته است.
عوامل مؤثر بر سایش عبارتند از: سرعت جریان، رژیم جریان، تعداد فازهای جریان، میزان و یا غلظت فاز جامد در جریان (غلظت دانه های شن معلق در فاز مایع یا گاز)، اندازهی ذرات جامد، اندازهی قطرات مایع معلق در گاز، میزان تیزی دانههای شن و ماسه، زاویهی برخورد ذرات با دیوارهی تجهیزات، ژئومتری و هندسه مجرای عبوری جریان، میزان سختی ذرات جامد، میزان سختی قطعات و تجهیزات و … [5].
فصل دوم
تئوری تحقیق
تئوری تحقیق
2-1- تعاریف سایش و خوردگی
همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، سایش به فرآیند جدا شدن ماده از سطح لوله و تجهیزات در اثر واکنش مکانیکی گفته میشود. هنگامیکه ذرات جامد موجود در سیال با دیوارهی داخلی لولهها و سایر تجهیزات انتقال برخورد میکنند، چنانچه دارای سرعت و قدرت مناسب باشند، مطابق شکل زیر، باعث ساییده شدن مجرای عبور سیال میشوند.
شکل (2-1). مکانیسم فرایند سایش
سایش به عنوان یکی از مهمترین مشکلات موجود در فرایند تولید بشمار میآید. سایش در زانوییها، واحدهای متهزنی، و دیگر تجهیزات سر چاه میتواند اتفاق بیفتد. متغیرهای ذاتی پدیدهی سایش، استفاده از زانوییها را در طراحی و توسعهی تجهیزات تولید هیدروکربن را با مشکل روبه رو ساخته است [3].
خوردگی طبق تعریف، واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بین یک ماده، معمولأ یک فلز، و محیط اطراف آن می‌باشد که به تغییر خواص ماده منجر خواهد شد. خوردگی، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها میباشد. خوردگی، پدیدهای خودبهخودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات، عبارت از اکسیداسیون فلز است. فرآیند خوردگی و یکی از مهمترین آن خوردگی سایشی در صنعت، آثار زیان بار اقتصادی عظیمی را موجب میشود و یکی از دلایل شروع آن، سایش میباشد و برای کاهش آن کارهای زیادی میتوان انجام داد. با توجه به اینکه از لحاظ ترمودینامیکی مواد اکسید شده نسبت به مواد در حالت معمولی در سطح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، بنابراین تمایل رسیدن به سطح انرژی پایین‌تر سبب اکسید (خورده) شدن فلز می‌گردد. خوردگی یک فرایند خودبهخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. به طور مثال اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ میزند که یک نوع خوردگی و پدیدهای خودبهخودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز میتوانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونهی فلزی هستند[29].
خوردگی معمولأ فرایندی زیان‌آور است، لیکن گاهی اوقات مفید واقع می‌شود. بطور مثال آلودگی‌ محیط به محصولات خوردگی و آسیب دیدن عملکرد یک سیستم از جنبه‌های زیان آور خوردگی، و تولید انرژی الکتریکی در یک باطری و حفاظت کاتدی سازه‌های مختلف از فواید آن میباشد. اما تأثیرات مخرب و هزینه‌های به بار آمده بواسطهی این فرآیند به مراتب بیشتر است. با نگاهی به آمار منتشر شده از خسارات مستقیم و غیر مستقیم خوردگی به اقتصاد کشورها می‌توان به هزینه‌های سرسام‌آور این پدیده پیبرد. در ایران نیز پدیده خوردگی خسارات قابل توجهی را در صنایع گوناگون بوجود آورده است. بر اساس برخی بررسی‌های غیر رسمی، زیان اقتصادی مستقیم ناشی از خوردگی در ایران در سال 1373 حدود 5000 میلیارد ریال، در سال 1375 حدود 9000 میلیارد ریال و در سال 1379 حدود 27500 میلیارد ریال برآورد شده است.
2-2- انواع خوردگی
خوردگی را به دو دستهی تر و خشک می‌توان تقسیم نمود. مکانیزم خوردگی تر، الکتروشیمیایی است. خوردگی خشک به واکنشهای گاز جامد و در درجه حرارتهای بالا گفته میشود. در صنعت حفاری خوردگی تر مورد بحث میباشد. خوردگی آهن در الکترولیت گل حفاری و سیالات دیگر از انواع خوردگی تر می‌باشد. هرچه قدرت هدایت الکتریکی سیال بالاتر باشد، جریان عبوری بیشتر و میزان خوردگی بالاتر خواهد بود. در ادامه به طور خلاصه به معرفی انواع خوردگی پرداخته میشود[29].
تقسیم بندی جزئیتر انواع خوردگی به طور خلاصه شامل موارد زیر میشود:
1- خوردگی گالوانیک
2- خوردگی یکنواخت
3- خوردگی پیل غلظتی
4- خوردگی حفرهای
5- خوردگی بین دانهای
6- خوردگی تحت تنشی
7- خوردگی سایشی
2-2-1- خوردگی گالوانیک8
خوردگی گالوانیک وقتی رخ میدهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو مادهی متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذرهی خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند. در منطقه تماس، فرایندی الکتروشیمیایی به وقوع میپیوندد که در آن مادهای به عنوان کاتد عمل کرده و مادهی دیگر آند میشود. در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید میشود.
2-2-2- خوردگی یکنواخت9
در خوردگی یکنواخت سطح اغلب فلزات در محیط خورنده به صورت یکنواختی دچار خوردگی میشود. این نوع خوردگی در اثر تغییر پیوسته مکان کاتد و آند در سطح فلز، به علت پولاریزاسیون10 ایجاد میشود. قدرت تخریب و اهمیت این نوع خوردگی از انواع دیگر کمتر است. خوردگی فولاد در هوای مرطوب اغلب از این نوع است.
شکل (2-2). خوردگی یکنواخت سطح لوله های حفاری [29]
2-2-3- خوردگی پیل غلظتی11
به خوردگی پیل غلظتی، خوردگی زیر رسوبات نیز میگویند. خوردگی اکسیژنی نیز از انواع خوردگی غلظتی به شمار میآید. پوشیده شدن قسمتی از سطح لولههای حفاری توسط گل، محصولات خوردگی و لاستیک حلقوی محافظ لولهها باعث ایجاد این نوع خوردگی میشود. اختلاف غلظت اکسیژنی ناحیه پوشیده شده توسط رسوبات و ناحیهی آزاد باعث شده که سطح زیر این رسوبات آند و بقیهی لوله کاتد شود.
2-2-4- خوردگی حفره ای12
خوردگی حفره ای تقریبأ همیشه به وسیله یونهای کلر و کلرید ایجاد میشود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ13 بسیار مخرب است؛ چون در این خوردگی، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعیاش، به راحتی دچار شکست میشود. معمولأ عمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات، ماده سوراخ میشود.
2-2-5- خوردگی بین دانه ای14
خوردگی بین دانهای وقتی رخ میدهد که مرز دانهها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار میگیرد. چندین عامل میتواند آلیاژی مثل فولاد ضد زنگ را مستعد این نوع خوردگی سازد؛ از جمله حضور ناخالصیها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی.
2-2-6- خوردگی تحت تنشی15
خوردگی تحت تنشی وقتی رخ میدهد که مادهای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد. ترکیب این عوامل با هم، ترکهایی را در قطعه تحت تنش ایجاد میکند.
2-2-7- خوردگی سایشی16
این نوع خوردگی وقتی رخ میدهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند. ( به عنوان نمونه مایعی که درون یک لوله جریان دارد.) یک پدیدهی مرتبط با این گونه خوردگی، فرتینگ17 است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود میآید. این عمل میتواند پوششهای ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود. خوردگی سایشی یکی از انواع مختلف سایش است که بطور کامل در قسمتهای بعد مورد بررسی قرار خواهد گرفت [29].
2-3- مکانیسمهای سایش

دو نوع مکانیسم اولیه سایش وجود دارد. اولین مورد در اثر برخورد مستقیم بوجود می‌آید. معمولأ بیشترین خسارت در اتصالاتی نظیر زانوییها و سه‌راهیها ( اتصالات T شکل) که جهت جریان را تغییر می‌دهند، اتفاق می‌افتد. ذرات موجود در سیال می‌توانند انرژی کافی بدست آورده و خطوط جریان را قطع نموده و به دیوارهی لوله برخورد نمایند. دیگر مکانیسم، سایش ناشی از برخورد اتفاقی است. در این نوع سایش با وجود آنکه مؤلفهی سرعت متوسطی که سیال را به سمت دیوارهی لوله هدایت کند وجود ندارد، با این وجود تلاطمهای موجود در جریان می‌توانند ذراتی با مومنتوم در جهت شعاعی ایجاد نموده و آنها را به سمت دیوارهی لوله حرکت دهد. اما تلاطمهای آشفته یک فرآیند اتفاقی بوده و از اینرو با نام برخورد اتفاقی نامیده می‌شود. این دو نوع مکانیسم می‌توانند انواع مختلفی از سایش را سبب شوند [24].
شکل(2-3). سایش در اثر برخورد مستقیم
شکل(2-4). سایش در اثر برخورد اتفاقی
دو مکانیسم فوق میتوانند انواع مختلفی از سایش را در ترکیبات مختلف سیال، سرعت، اشکال مختلف لوله کشی ایجاد نمایند.
بدون توجه به نوع مکانیسم سایش، آسیب پذیرترین بخشهای یک سیستم تولیدی می‌تواند شامل مواردی باشد که در آنها:
1- جهت جریان به صورت ناگهانی تغییر می‌نماید.
2- سرعتهای بالای جریان که خود در نتیجه دبیهای تولید بالای سیال است.
3- سرعتهای بالای جریان، که در نتیجهی محدودیت سطح مقطع حرکت سیال ایجاد می‌شود.
اجزاء و سیستمهای لوله کشی بالادستی جداکننده‌های اولیه، حاوی مخلوطهای چندفازی گاز، مایع و ذرات جامد بوده و در نتیجه احتمال سایش ناشی از برخورد ذرات جامد، خوردگی سایشی و سایش قطره‌ای ( ناشی از برخورد قطرات مایع ) زیادتر است. همچنین آسیب پذیری بخشهای خاص در برابر سایش، به میزان زیادی به طراحی آنها و شرایط عملکرد آنها بستگی دارد. با این وجود، لیست زیر اجزائی را نشان میدهد که بیشترین آسیب پذیری را در برابر سایش دارند [2]:
چوکها18
انقباض ناگهانی
شیرهای نیمه بسته، شیرهای یک طرفه و شیرهایی که قطر آنها با قطر لوله برابر نیست19
زانوییها20 با شعاع استاندارد
کاهندهها21
زانوییها با شعاع بلند، میترها22
سهراهیهای مسدود
لوله‌های صاف
2-4- انواع سایش
مکانیسمهای بالقوه‌ای که میتوانند باعث آسیبهای سایشی شوند عبارتند از[6]:
1- سایش ناشی از دانههای شن و ماسه23
2- سایش ناشی از قطرات مایع24
3- خوردگی سایشی25
4- پدیدهی کاویتاسیون26
2-4-1- سایش ناشی از دانه‌های شن و ماسه
سایش ناشی از دانه‌های شن و ماسه معمولترین و مهمترین منبع مشکلات سایشی در سیستمهای هیدروکربنی است، زیرا وجود مقدار جزئی از شن و ماسه همراه با سیال تولیدی می‌تواند سبب سایش و خوردگی سایشی قابل ملاحظه‌ای گردد. حتی در سیال تولیدی عاری از شن و یا در مواقعی که دبی تولید شن بسیار کم و در حدود چند پوند در روز است، صدمات ناشی از سایش میتواند در سرعتهای بالا شدید باشد. سایش ناشی از شن و ماسه می‌تواند سبب ایجاد سایش محلی به مواد محافظت کنندهی خوردگی روی دیوارهی لوله‌ها شده و در نتیجه شتاب دهنده به پدیده خوردگی سایشی شود.
نرخ سایش ناشی از شن و سیال توسط عوامل زیر تعیین می‌شود[3]:
دبی تولید شن و نحوهی انتقال آن
سرعت، گرانروی و چگالی سیال
اندازه، شکل و سختی ذرات شن
ترکیب و ماهیت اجزای سیال
پیکربندی مسیر جریان نظیر لولههای مستقیم، زانویی یا سهراهی
میزان سختی و مقاومت سطح مورد هدف
زاویهی برخورد ذرات شن
دما و فشار
برای درک بهتر اثرات بالا به توضیح آنها میپردازیم.
2-4-1-1- اثر دبی تولید شن و روش انتقال آن
طبیعت شن و روش تولید و انتقال آن، یکی از عوامل مهم و تعیین کنندهی نرخ خوردگی و سایش در یک سیستم تولیدی است. نرخ تولید شن در یک چاه توسط ترکیب پیچیده‌ای از عوامل زمین‌شناسی تعیین می‌شود و می‌توان آنرا توسط روشهای مختلفی تخمین زد. بطور طبیعی چاههای جدید هنگام تمیزسازی، مقدار زیادی شن تولید میکنند. سپس تولید شن در یک نرخ نسبتأ پایین، قبل از افزایش مجدد تولید شن بدلیل افزایش عمر مخزن، تثبیت میشود. نرخ تولید شن پایدار نبوده و اگر چاه بیش از 5 الی10 پوند در روز تولید شن داشته باشد، اغلب بعنوان چاه بدون تولید شن شناخته می‌شود. با این وجود، این امر احتمال حذف سایشی را که قرار است اتفاق بیافتد، نمی‌گیرد.
مکانیسم انتقال شن فاکتور مهمی در کنترل سایش شن است. سیستمهای گازی معمولأ دارای سرعتهای بالا هستند (بیشتر از 10 متر بر ثانیه) و همین امر سبب می‌شود سایش در سیستمهای گازی نسبت به سیستمهای نفتی بیشتر باشد. با این وجود در سیستمهای گاز مرطوب، ذرات شن می‌توانند توسط فاز مایع به تله افتاده و توسط همین فاز انتقال داده شوند. در حالت خاص که جریان بصورت لخته‌ای27 درآید بصورت دوره‌ای می‌تواند تولید سرعتهای بالاتر نماید که بطور قابل ملاحظه‌ای نرخ سایش را افزایش می‌دهد. اگر جریان ناپایدار بوده یا شرایط عملیاتی تغییر نماید ممکن است ذرات شن در هنگام سرعتهای پایین جریان تجمع یافته و در هنگام سرعتهای بالای جریان توسط سیال شسته شده و خارج شوند. مکانیسم جریان ممکن است بگونه‌ای عمل کند که غلظت شن زیاد شده و در بعضی بخشهای خاص سیستم بهره‌برداری سبب افزایش نرخ سایش شود.
با توجه به اطلاعات عملیاتی بدست آمده از واحدهای بهرهبرداری در مکانهای مختلف و همچنین نتایج آزمایشگاهی که توسط محققین گزارش شده است، مشخص شده که با افزایش میزان شن تولیدی (افزایش غلظت شن28)، در ابتدا مقدار سایش افزایش مییابد. اما اگر مقدار شن از حدی تجاوز کند که دیگر سیال اصلی قادر به حمل آن نباشد، سایش کاهش خواهد یافت. که در این حالت تجمعی از شن را در سیستم خواهیم داشت. البته باید اشاره کرد که چنین وضعیتی بیشتر در آزمایشگاه اتفاق میافتد، و در حالت طبیعی در واحد بهرهبرداری به ندرت میتوان مشاهده کرد.
2-4-1-2- سرعت29، گرانروی30 و چگالی31 سیال
میزان سایش ناشی از شن وابستگی بالایی به سرعت سیال داشته و با سرعت برخورد ذره متناسب است. هر چه سرعت زیادتر باشد، نرخ سایش نیز بیشتر خواهد بود. هنگامی که سرعت سیال به اندازهی کافی زیاد باشد ذرات را حمل نموده و سایش با ذرات شن عامل اصلی خواهد بود. زمانیکه سرعت سیال به اندازه کافی بالا باشد، سرعت برخورد شن به سرعت سیال نزدیک بوده و سایش یک امر محتمل است. از اینرو زمانیکه سرعت سیال در بیشترین مقدار خود قرار دارد احتمالأ سایش به بیشترین مقدار خود می‌رسد. افزایشهای جزئی در سرعت سیال در صورتیکه شرایط مهیا باشد، می‌تواند سبب افزایش بیشتر نرخ سایش شود. ممکن است در سرعتهای خیلی زیاد (نزدیک به سرعت صوت)، افزایش سرعت تأثیری در میزان سایش نداشته باشد، زیرا در این حالت مقاومت سطح هدف تقریبأ از بین میرود.
همانطور که قبلأ گفته شد، در سرعتهای کم نیز سایش وجود دارد ولی مقدار آن به قدری کم است که میتوان از آن صرف نظر کرد. حداکثر سرعتی را که میتوان در یک سیستم به کار برد و میزان سایش مقدار مجاز است، سرعت آستانه32 یا سرعت بحرانی33 میگویند.
این سرعت، توسط شرکتهای مختلف و تحت عنوان استانداردهای طراحی، برای سیستمهای مختلف ارائه شده است، که در قسمتهای بعدی به آن اشاره خواهد شد.
در سیالات گرانرو، ذرات جامد بجای برخورد با جدارهی اتصالات تمایل دارند در مسیر حرکت سیال حرکت نمایند. در حالیکه در سیالات با گرانروی و جرم ویژهی کم، ذرات جامد تمایل دارند در مسیرهای مستقیم حرکت نمایند و در هنگام تغییر جهت مسیر جریان، به دیواره‌ها برخورد نمایند. از اینرو در جریانات گازی بدلیل گرانروی و جرم مخصوص کمتر و سرعتهای بالاتر، احتمال سایش توسط ذرات شن بیشتر است. و یا به عبارت دیگر: در سیالهایی با دانسیتهی بالا و ویسکوز، شن به همراه خط جریان حمل شده و برخورد کمتری با دیوارهها داشته و در نتیجه سایش کمی خواهیم داشت. اما در جریانهای با دانسیته و ویسکوزیتهی پایین، دانههای شن خطوط جریان را قطع میکنند و در زانوییها به صورت مستقیم حرکت کرده و برخوردهای شدیدی را ایجاد میکنند و سایش زیادی ایجاد میکنند. در جدول (2-1) سرعتهای مجاز برای انواع شیرها در غلظتهای مختلف شن توسط آقای راسل34 [16] آورده شده است. ملاحظه میشود که افزایش غلظت موجب کم شدن سرعت بحرانی یا به عبارت دیگر افزایش میزان سایش شده است [16].
جدول(2-1). تأثیر غلظت شن بر روی سرعت بحرانی برای شیرهای مختلف[16]
Water Russell RussellRussell53 micron53 micron53 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


پاسخ دهید