شکل (۴۶): تاثیر اندازه شن بروی سایش در جریان سه فازی زانویی آلومینیوم ۱ اینچ ۶۹
شکل (۴۷): مقایسه لوله عمودی و زانویی عمودی آلومینیوم ۱ اینچ ۷۰
شکل (۴۸): مقایسه زانویی عمودی و افقی آلومینیوم ۱اینچ ۷۱
شکل (۴۹): مقایسه جنس مواد ۷۲
شکل(۵۰): کوپن آلومینیومی. الف) قبل از آزمایش ب) بعد از آزمایش ۷۴
تصویر الکترونی از کوپن آلومینیومی قبل از سایش در سه مقیاس ۷۵
شکل (۵۲): تصویر الکترونی از کوپن آلومینیومی بعد از سایش در سه مقیاس ۷۶
تصویرالکترونی از کوپن فولاد کربن دار قبل از سایش در سه مقیاس ۷۷
تصویرالکترونی از کوپن فولاد کربن دار بعد از سایش در سه مقیاس ۷۸
شکل (۵۵): کوپن فولادی. الف) قبل از تست ب) بعد از تست ۷۹
حفرات ایجاد شده در سطح کوپنها با بزرگنمایی بالا ۸۰
فصل اول
مقدمه
مقدمه
در صنایع نفت و گاز، استخراج از چاه ناگزیر با ناخالصی هایی از قبیل شن، ذرات جامد و مایعات هیدروکربنی و آب همراه است که مشکلات عدیده ای در سیستم های بهره برداری ایجاد می کنند. یکی از مشکلات مهم این مواد همراه سایش است. سایش برای مدت زمان طولانی به عنوان یک منبع ایجاد مشکل در سیستم های تولید و بهره‌برداری هیدروکربن شناخته شده است. بسیاری از خرابی های خطرناک مربوط به زانویی ها، لوله ها، چوک ها و ابزارهای سنجش و کنترل در سکوهای بهره‌برداری، واحدهای حفاری و دیگر تاسیسات زیردریایی در دهههای قبل در نتیجه سایش بوده است. این مشکلات و خرابی ها هم شامل هزینه تعویض بخشهای فرسوده شده و هم مشکلات محیط زیستی و مسائل ایمنی میباشد. تمامی رشته لوله درون چاه در معرض خوردگی و سایش قرار دارد اما بعضی از مکانها که دارای انحراف از مسیر اصلی هستند یا دچار تغییر سطح مقطع میشوند نظیر چوک ها، زانویی ها، سه راهی ها و شیرهای ایمنی زیرسطحی در معرض خطر فراوانی قرار دارند. و در نهایت اگر سایش در طی فرایند تولید بطور مرتب پایش، پیش بینی و کنترل نشود می تواند موجب مختل شدن و یا حتی بسته شدن و تعطیلی کامل چاه برای یک دوره ی طولانی و یا خسارات جبران ناپذیر جانی و مالی شود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
دانش و آگاهی لازم در مورد میزان سایش در مواد تشکیل دهنده لوله ها و ابزار کنترل موجب انتخاب مواد مقاوم در برابر سایش و طراحی پیکربندی مناسب برای حفاظت لوله ها و تجهیزات در برابر این تهدید بالقوه خواهد بود. در طراحی یک خط لوله یا سیستم بهره برداری ابتدا می بایست میزان سایش مورد بررسی و پیش بینی قرار گیرد تا بواسطه ی آن در مکان های مورد تهدید سایش اقداماتی مثل انتخاب مواد مناسب با سایش مورد نظر، افزایش اندازه لوله ها، جلوگیری از تشکیل و هدایت شن و مایع و … صورت پذیرد.
در برخی موارد زمانیکه نفت و گاز از مخازن دارای مقاومت نسبتا پایین سازند تولید می شود ( کمتر از psia 2000) 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 می شود.
در مواردی که در یک سیستم بهره برداری نیازمند افزایش تولید باشیم به دلیل افزایش سرعت سیال پیش بینی سایش در سرعت های بالاتر لازم خواهد بود. که هم اکنون این پروژه در چاه های کنگان، آغار و شانول در حال اجرا می باشد.
به دلایل ذکر شده نیازمند کنترل و پیش بینی پدیده ی سایش هستیم. پیش بینی سایش گاز حامل شن و مایع در جریان چند فازی یک پدیده پیچیده است و در این شرایط چندین عامل بر روی سایش تاثیر گذارند که می توان به سرعت برخورد، زاویه برخورد، اندازه ذرات ، خصوصیات ذرات و مایع، درصد شن ومایع ، شکل ذرات و خصوصیات فلز مورد نظر اشاره کرد. همچنین چندین روش هم جهت جلوگیری از تولید شن و ورود آنها بدرون لولههای تولیدی وجود دارد که در ادامه در مورد آنها توضیحاتی داده خواهد شد.
تاکنون در کشور ما در زمینه آزمایشگاهی پدیده ی سایش پژوهش خاصی انجام نشده است. با توجه به نیاز به پیش بینی نرخ سایش در این تحقیق با طراحی و ساخت یک سیستم کامل آزمایشگاهی برای بیش بینی نرخ سایش و در ادامه ی این راه ارائه ی یک رابطه مناسب در پدیده ی سایش گاز همراه با شن و گاز همراه با قطرات مایع کمبود یاد شده را تا حد امکان مرتفع سازیم
فصل دوم
مبانی نظری تحقیق
مبانی نظری تحقیق
تعریف سایش:
در یک جمله سایش[۱] به فرایند جدا شدن ماده از سطح فلزات در اثر کنش مکانیکی مثل برخورد ذرات جامد یا قطرات مایع گفته می شود. در شکل (۱) نمای شماتیک از فرایند سایش قبل و بعد از برخورد ذرات با سطح فلز آورده شده است. ذرات قهوه ای که می توانند مولکول های سیال یا ذرات و قطرات مایع همراه سیال باشند، در برخورد با سطح فلز موجب از بین رفتن قسمتی از آن شوند.
شکل (۱): نمایی از پدیده ی سایش
در سرعت های بالا، سیال به تنهایی نیز می تواند موجب سایش شود البته سایش ناشی از سیال تک فاز آن چنان قابل توجه نیست. برای تجهیزات و ابزار کنترل که در معرض جریان سیال قرار دارند مقدار مشخصی از سایش را به عنوان سایش مجاز تعیین می کنند. به کمترین سرعتی که در آن سایش که سایش از حد مجاز تعیین شده تجاوز کند سرعت بحرانی گفته می شود. در مواردی تولیدات هیدروکربنی خروجی از چاه ها با مخلوط پیچیده ی چند فازی همراه است که این مواد همراه موجب تشدید پدیده سایش و تخریب هر چه بیشتر تجهیزات خواهند شد و در نتیجه سرعت بحرانی را به شدت کاهش می دهد که ممکن است شامل موارد زیر باشد:
هیدروکربن های مایع: نفت، میعانات گازی
هیدروکربن جامد: واکس، هیدرات
هیدروکربن گازی: گاز طبیعی
گازهای دیگر: هیدروژن سولفید، کربن دی اکسید، نیتروژن و غیره.
آب همراه نمک
شن و دیگر ذرات
سایش به عنوان یکی از مهمترین مشکلات موجود در فرایند تولید بشمار می آید. سایش در زانوییها، واحدهای مته زنی، و دیگر تجهیزات سر چاه می تواند اتفاق بیفتد. متغیر های ذاتی پدیده ی سایش استفاده از زانویی ها را در طراحی و توسعه ی تجهیزات تولید هیدروکربن را با مشکل روبه رو ساخته است.
قبل از هر چیز باید عنوان کرد که فشار سیال تاثیر چندانی روی سایش ندارد بلکه می توان از فشارهای کمتر از ۷۰ بار صرف نظر نمود. شکل (۲) که توسط مرکز سایش و خوردگی دانشگاه تولسا[۲] بیانگر این مطلب است که برای شن با اندازه های مختلف در فشارهای بالاتر از ۷۰ بار فشار عامل تاثیر گذار در سرعت بحرانی سایش می باشد و در کمتر از این فشار تاثیری ندارد.
شکل (۲): تاثیر فشار بر سایش ] ۶ [
پدیده ی سایش از نقطه نظر فلزی که تحت تنش قرار می گیرد به عوامل زیر وابسته است:
نوع فلز هدف و زاویه برخورد
اثر سختی فلز
در زیر به بررسی پارامتر های فوق می پردازیم
نوع فلز هدف و زاویه برخورد:
مکانیسم فرایند سایش برای مواد ترد[۳] و فلزات رسانا[۴] در ) نشان داده شده است. برای مواد و فلزات رسانا سایش در اثر فرایند حرکت ذرات بر روی سطح و جداره لوله انجام می‌گیرد و با افزایش زاویه تا ۹۰ درجه میزان سایش کاهش می یابد (شکل (۴)). در مقابل برای مواد ترد با افزایش زاویه برخورد میزان شدت سایش افزایش یافته به نحوی که ذرات ریز با سرعت های پایین نیز باعث سایش در سطح ماده می شوند. نتایج نشان داده است مواد رسانا فلزی در زاویه های پایین و مواد ترد در زاویه های نزدیک به قائم حداکثر میزان سایش را داریم.
شکل (۳): مکانیسم فرایند سایش برای مواد ترد و رسانای فلزی ] ۱ [
.
شکل (۴): مقایسه میزان سایش با زاویه برخورد ذره ] ۱ [
شکل ۴
مکانیسم سایش برای مواد نرم در ابتدا توسط فانی[۵] و بعد از آن توسط بیتر[۶] بیان شد. برای این منظور فانی میزان فلز جدا شده را متناسب با انرژی برخورد ذرات در نظر گرفت :
