دبی تولید شن و نحوه‌ی انتقال آن
سرعت، گرانروی و چگالی سیال و سرعت برخورد ذرات
اندازه، شکل و سختی ذرات (شن)
پیکربندی مسیر جریان نظیر لوله های مستقیم، زانویی یا سه­راهی
برای درک بهتر اثرات بالا به توضیح آنها می پردازیم.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

اثر دبی تولید شن و روش انتقال آن:
طبیعت شن و روش تولید و انتقال آن، یکی از عوامل مهم و تعیین کننده نرخ سایش در یک سیستم تولیدی است. نرخ تولید شن در یک چاه توسط ترکیب پیچیده‌ای از عوامل زمین‌شناسی تعیین می‌شود و می‌توان آنرا توسط روش های مختلفی تخمین زد. بطور طبیعی چاه های جدید هنگام تمیزسازی آنها، مقدار زیادی شن تولید می­ کنند. سپس تولید شن در یک نرخ نسبتا پایین، قبل از افزایش مجدد تولید شن بدلیل افزایش عمر مخزن یا تخریب سازند مخزن، تثبیت می­ شود. نرخ تولید شن پایدار نبوده و اگر چاه بیش از ۵ الی­۱۰ 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 صورت پذیرد، را کم نمی کند.
مکانیسم انتقال شن فاکتور مهمی در کنترل سایش شن است. سیستم های گازی معمولا دارای سرعت های بالا هستند (بیشتر از ۱۰ متر بر ثانیه) و همین امر سبب می‌شود سایش در سیستم های گازی نسبت به سیستم های نفتی بیشتر باشد. با این وجود در سیستم های گاز مرطوب، ذرات شن می‌توانند توسط فاز مایع به تله افتاده و توسط همین فاز انتقال داده شوند. در حالت خاص که جریان بصورت لخته‌ای در آید بصورت دوره‌ای می‌تواند تولید سرعت های 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 سرعت های پایین جریان تجمع یافته و در هنگام سرعتهای بالای جریان توسط سیال شسته شده و خارج شوند. مکانیسم جریان ممکن است به گونه‌ای عمل کند که غلظت شن زیاد شده و در بعضی بخش های خاص سیستم بهره‌برداری سبب افزایش نرخ سایش شود.
سرعت، گرانروی و چگالی سیال و سرعت برخورد ذرات
میزان سایش ناشی از شن وابستگی بالایی به سرعت سیال داشته و با سرعت برخورد ذره متناسب است. هنگامی که سرعت سیال به اندازه ی کافی زیاد باشد ذرات را حمل نموده و سایش با ذرات شن عامل اصلی خواهد بود.
در سیال های با دانسیته بالا و ویسکوز شن به همراه خط جریان حمل شده و برخورد کمتری با دیواره ها داشته و در نتیجه سایش کمی خواهیم داشت. اما در جریان های با دانسیته و ویسکوزیته ی پایین دانه های شن خطوط جریان را قطع می کنند و در زانوها به صورت مستقیم حرکت کرده و برخورد های شدیدی را ایجاد می کنند و سایش زیادی ایجاد می کنند. با این توضیحات سایش با شن و قطرات مایع بیشتر در جریان های گازی اتفاق می افتد که موضوع این پایان نامه را شکل می دهد.
همانطور که اشاره شد سرعت سیال یکی از فاکتور های مهم در پدیده ی سایش است. سایش وابستگی بالایی به سرعت سیال داشته تا جاییکه یک تغییر کوچک در سرعت سیال موجب تغییرات قابل توجهی در نرخ سایش می شود. نتایج آزمایشگاهی حاکی از افزایش نرخ سایش بواسطه ی افزایش سرعت گاز می باشد.
شکل، اندازه و سختی ذرات شن
اثر اندازه ذرات
اندازه ذرات در جریان های تولید هیدروکربنی به خواص زمین شناسی و غربال کننده های شن درون مخزن بستگی دارد. اگر ممانعت کننده ای برای ذرات در نظر گرفته شده باشد اندازه این ذرات نباید از ۱۰۰میکرون تجاوز کند و همچنین دانسیته حدود ­۲۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب قابل قبول است.
با توجه به آزمایش های مک لاری^[۲۱] ] ۲۶ [که در ۵) نشان داده شده است میتوان گفت که افزایش اندازه شن تا ۳۰۰ میکرون موجب افزایش میزان سایش شده و بالاتر از ۳۰۰
شکل (۵): تاثیر اندازه شن بر سایش شن و هوا ] ۲۶ [
شکل ۵
میکرون تاثیری روی میزان سایش ندارد. توجیه این موضوع هم واضح است چراکه افزایش اندازه ذره موجب افزایش تکانه^[۲۲] برخورد شده و سایش را زیاد میکند. اما افزایش زیاد از حد موجب کم شدن سرعت به دلیل سنگین شدن ذرات می شود که مقدار تکانه و در نتیجه میزان سایش را می کاهد. ] ۲۶ [
اثر سختی و شکل ذرات
شکل ذرات یکی از عوامل تاثیر گذار در نرخ سایش ذرات شن به شمار می آیند. ذرات به شکل های مختلف گرد، تیز و بی نظم وجود دارند. عموما ذرات تیز سایش بیشتری نسبت به ذرات گرد دارند. ذرات تیز برنده تر و دارای توانایی بالاتر در اعمال فشار بر سطح فلز هستند و همین خصوصیت ها موجب بالاتر بودن سایش ذرات تیز و لبه دار می باشد.
شکل (۶): تاثیر شکل ذرات بر سایش شن ] ۱۱ [
همانطور که از گزارش های چن^[۲۳] ] ۱۱ [که در ) نشان داده شده می توان گفت که ذرات تیز و بی نظم سایش بیشتری نسبت به ذرات گرد بدون لبه دارند.] ۱۱ [
به طور عادی با افزایش سختی ذره میزان سایش نیز افزایش می یابد. اما سختی و تیز بودن ذرات مکمل یکدیگرند. اگر ذرات سخت ولی کاملا بدون لبه باشند نباید انتظار سایش زیادی را داشته باشیم. همچنان که ذرات تیز و نرم هم سایش قابل توجهی را نشان نمی دهند. پس ذرات سخت لبه دار سایش بالاتری اعمال می کنند.
پیکربندی مسیر عبور جریان
بدون توجه به نوع مکانیزم سایش، آسیب پذیرترین بخش های یک سیستم تولیدی می‌تواند شامل مواردی باشد که در آنها
الف. جهت جریان صورت ناگهانی تغییر می کند.
ب. سرعت های بالای جریان که خود در نتیجه دبی های تولید بالای سیال است.
ج. سرعت های بالای جریان که در نتیجه محدودیت سطح حرکت سیال ایجاد می‌شود.
اجزاء و سیستم های 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 پایین اجزائی را نشان می دهد که بیشترین آسیب پذیری را در برابر سایش دارند، توصیه می‌گردد.
چوک ها
انقباض ناگهانی
شیرهای نیمه بسته، شیرهای یک طرفه و شیرهایی که قطر آنها با قطر لوله برابر نیست نیستند.
زانویی ها با شعاع استاندارد
کاهنده ها
زانویی ها با شعاع بلند، میترها
سه­راهی های مسدود
لوله های مستقیم
با توجه به آزمایش های انجام شده در پایان نامه به برسی لوله های مستقیم و زانویی ها می پردازیم. در لوله های مستقیم سایش زیادی مشاهده نمی شود و دلیل آن این است که تغییر جهت برای سیال در طول لوله اتفاق نمی افتد. میزان سایش در جریان های تک فاز در لوله های افقی و عمودی باهم برابر است. اما در جریان های چند فازی میزان سایش در لوله های عمودی بیشتر از لوله های افقی خواهد بود.
بیشترین میزان سایش در تجهیزات با تغییر ناگهانی جهت جریان اتفاق می افتد و زانویی در میان تجهیزات تولید و خطوط انتقال هیدروکربن بیشترین تغییر جهت جریان را داراست. شکل (۷) نحوی عبور ذرات در اندازه های مختلف در زانویی را نشان می دهد. نحوه ی عبور جریان به وزن ذرات و سهم نیروی دراگ که از طرف سیال به ذرات وارد می شود وابسته است.
شکل (a) برای ذرات کوچک (کمتر از ۱۰ میکرون)، شکل (b) ذرات متوسط (حدود ۲۰۰ میکرون) در جریان مایع را نشان می دهد، کوچک و متوسط بودن ذرات و همچنین ویسکوز بودن سیال موجب برخورد کمتر ذرات به دیواره زانو داشته و با جریان سیال در راستای خطوط جریان حمل شده و در نتیجه سایش کمتری را خواهیم داشت . شکلc) ) ذرات سنگین و بزرگ در جریان گاز است، بزرگ بودن ذرات و کم بودن دانسیته و ویسکوزیته سیال موجب خارج شدن از خطوط جریان شده و به دیواره ها برخورد داشته که موجب افزایش سایش در زانو می شود.] ۲۸ [
شکل (۷): عبور ذرات شن در زانویی ] ۲۸ [
پدیده کاویتاسیون:
این نوع ترکیب یک نوع بسیار متداول و معروف از خوردگی سایشی در پروانه پمپ ها ) و قسمت های داخلی توربین های هیدرولیک می باشد. خوردگی حبابی، در اثر تخریب و انفجار حباب های گاز در فشارهای بالا و ایجاد شوکهای موج مانند بر روی سطح فلزی صورت می گیرد. این نوع خوردگی بصورت حفرات بزرگ بروز می کند که سطح فلز را زبر کرده (اسفنج مانند) و باعث تغییر فرم مکانیکی فلز می شود. به عنوان یک قاعده کلی، قطعات ریخته گری شده خیلی بیشتر از قطعات نورد شده (با ترکیب یکسان)، نسبت به خوردگی حبابی حساسند. مواد رسانا مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی نورد شده، بهترین مقاومت را در برابر خوردگی حبابی دارند. خسارت در این نوع خوردگی بوسیله تغییر مواد ساخت، تغییر طراحی و استفاده از بازدارنده ها، کاهش می یابد. سطح صاف در پمپ ها باعث کاهش خسارت می شوند. برخی از پوشش ها نیز مفید و سودمندند تغییر طراحی برای کاهش گردایان فشار در جریان محلول ها، موثرترین راه است.
شکل (۸): بروز پدیده ی کاویتاسیون در لبه ی پروانه ی پمپ
خوردگی سایشی
آسیب ناشی از سایش و خوردگی را معمولا می­توان با بازرسی لوله آسیب دیده و بررسی شرایط عملیاتی، از همدیگر تشخیص داد. سایش با کنده شدن یا خراش خوردن سطح فلز نمایان میشود، اما خوردگی معمولا به صورت پخش شده است و با زنگ زدگی سطح فلز قابل تشخیص است. خوردگی سایشی ترکیبی از سایش و خوردگی در یک مکان مشخص بوده و خوردگی سایشی می تواند مورد توجه قرار نگیرد چون نشانی از خوردگی یا سایش در آن دیده نمی شود.
در جریان سیال خورنده بدون وجود ذرات جامد در آن، زمانی که لوله های جدید مورد استفاده قرار می گیرند، نرخ خوردگی بالا بوده و بعد از زمان کوتاهی به دلیل ایجاد یک لایه ی خورده شده که به عنوان لایه ی مقاوم عمل می کند، کاهش می یابد. اما در زمانی که یک جریان سایش دهنده قوی داشته باشیم این لایه خورده شده را کنار زده و سیال خورنده را با لایه های داخلی فلز تماس می دهد. این سایش و خوردگی به صورت پشت سر هم و دوره ای اتفاق می افتد که نرخ تخریب لوله ها بیشتر از سایش یا خوردگی خواهد بود.
مکانیسم های خوردگی سایشی بسیار پیچیده­اند. از این رو پیش بینی نرخ های نفوذ خوردگی سایشی برای وضعیت خاص بسیار دشوار است. می­توان با کنترل شرایط عملیاتی و جلوگیری از رخ دادن سایش یا خوردگی از خورگی سایشی جلوگیری نمود.