پایان نامه با کلید واژگان نفت و گاز، بهره بردار، دسته بندی

شکل زیر نشان داده شده است.
شکل (2-12). مکانیزم عملکرد یک پروب [12]
لازم به ذکر است در صورتی میتوان با این پروبها میزان تولید شن و سایش را حدس زد که نرخ تولید شن ثابت و توزیع آن در جریان به صورت یکنواخت68 باشد. نمونهای از یک پروب صنعتی در شکل زیر آورده شده است
شکل(2-13). نمونه ای از پروبهای صنعتی [12]
2-6-3- دستگاههای اندازهگیری اولتراسونیک
این پروبها از یک سری مواد پیزو الکتریک69 ساخته شده که انرژی مکانیکی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکنند. اساس عملکرد به این صورت است که در اثر برخورد ذرات شن با المانهای حسگر پروب یک سیگنال صوتی ایجاد میشود، این سیگنال توسط مواد پیزوالکتریک به سیگنال الکتریکی تبدیل شده و به صفحهی نمایشگر منتقل میشود. این پروبها به دو دسته تقسیم میشوند. دستهی اول در داخل جریان سیال قرار میگیرند و به آنها پروبهای فرورونده70 میگویند. دستهی دوم خارج از جریان و روی جدارهی خارجی لوله نصب میشوند. این ابزار یک موج اولتراسونیک به بیرون فرستاده و از این طریق ضخامت، کاهش و از دسترفتگی فلز را جهت تعیین شدت سایش اندازه میگیرد. این روش به اختلالات صوتی ناشی از دیگر منابع حساس میباشد و همچنین محدودیت ابتدایی این روش این است که تنها بخش محدودی از لوله را بررسی میکند. شکافهای ناشی از سایش در زانوییها عمومأ در شعاع خارجی بین زاویهی 30 و 90 درجه اتفاق میافتد و این محتمل ترین مکانیست که باید انتظار سایش را داشت. با این وجود بدلیل اختلالات ایجاد شده در بالادست زانویی، نظیر اثرات دیگر زانوییها، شیرها یا محدودکنندههای جریان، ممکن است محل بیشترین سایش تغییر نموده و تشخیص آن دشوار گردد. مکانیزم عملکرد این پروب در شکل زیر نشان داده شده است [12].
شکل(2-14). نحوهی عملکرد پروب آلتراسونیک [12]
2-6-4- پروبهای الکتروشیمیایی
این پروبها میزان شدت سایش را از طریق اندازهگیری مقاومت پلاریزه خطی بین الکترودها از طریق یک الکترولیت رسانا که درون یک لوله جریان دارد، تعیین میکند. این روش برای سیالات مایع رسانا نظیر آب یا سیستمهای نفتی همراه با آب فراوان مناسب است.
2-6-5- پرتونگاری با اشعهی ایکس و گاما
این روش بیشتر برای برآورد نرخ تولید شن استفاده میشود. مطابق شکل زیر قسمتی از جریان تحت تابش پرتو گاما یا ایکس قرار میگیرد. در طرف مقابل جریان نیز یک آشکارساز وجود دارد که نرخ شن عبوری را نشان میدهد.
شکل(2-15). استفاده از اشعهی ایکس و گاما برای تعیین میزان شن تولیدی[12]
روشهای دیگری نیز برای محاسبهی سایش وجود دارد. یکی از روشهای نوین تعیین نرخ سایش، عکسبرداری الکترونی71 از سطح مادهی ساییده شده است.
2-7- راهکارهای کاهش سایش
جهت جلوگیری از سایش یا کاهش آن چند روش مناسب وجود دارد که در ادامه به طور مختصر توضیح داده میشود.
2-7-1- کاهش دبی تولید
کاهش دبی تولید که شامل کاهش دبی سیال عبوری از قطعهای که در خطر سایش است میتواند یک راهکار پیشنهادی باشد، اما استفاده از این روش با توجه به کاهش میزان بهرهبرداری زیان اقتصادی قابل ملاحظهای را بر جا میگذارد.
2-7-2- طراحی سیستم لولهکشی
کمتر نمودن سرعت سیال با بزرگتر شدن مسیر عبور سیال و جلوگیری از تغییرات ناگهانی در مسیر جریان ( مثل زانویی، کاهندههای سطح مقطع، چوکها و شیرها ) میتواند موثر واقع شود. مشاهده شده است که سهراهیهای مسدود نسبت به زانویی کمتر ساییده میشوند. از اینرو با استفاده از شیرهای کاملأ باز و هم قطر با لولهی اصلی و سهراهیهای مسدود بجای زانوییها، میتوان مشکلات مربوط به سایش را کم کرد. همچنین رژیم جریان بر روی مشکلات سایش تأثیر دارد و جریانهای لختهای بصورت خاص ایجاد آسیب میکنند، از اینرو استفاده از لختهگیر72 میتواند جهت کاهش شدت هر نوع سایش مناسب باشد. از ضررهای این روش افزایش افت فشار در سیستم است.
2-7-3- مواد مخصوص مقاوم در برابر سایش
در سیستمهای بهره برداری نفت و گاز، تقریبأ تمامی قطعات از فلزات نرم ساخته میشوند. اگرچه دیگر مواد نظیر پلاستیکها و لاستیکها نیز در قسمتهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. خواص مواد دارای اثرات قابل ملاحظهای بر روی مسئلهی سایش میباشد. یک روش بسیار خوب جهت جلوگیری از سایش، استفاده از مواد مقاوم در برابر سایش و خوردگی به عنوان روکش محافظ میباشد. از موادی که به عنوان پوشش حفاظتی در برابر خوردگی و ساییدگی به کار میروند، میتوان کاربید تنگستن73 را نام برد.
نخستین عامل مهم در مورد کنترل سایش فلزات نرم، سختی آنهاست. در نتیجه فولادها نسبت به سایر فلزات نرمتر، مقاومترند. در اجزاء آسیبپذیر، مواد ویژه نظیرکاربید تنگستن، پوششها و سرامیکها اغلب مورد استفاده قرار میگیرد. این مواد عمومأ سخت و شکننده بوده و نسبت به فولاد دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش هستند (اغلب دهها بار مقاومترند). با این وجود، مقاومت تعدادی از مواد پوششی داده شده ممکن است بدلیل از بین رفتن پوشش یا زیرلایهی آن، سریعأ کاهش یابد [4و8].
2-7-4- افزایش ضخامت دیوارهی لوله
هرچه ضخامت لوله و سایر تجهیزات انتقال جریان بیشتر باشد مدت عمر آن نیز افزایش مییابد. اما از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. همچنین ضخامت زیاد برای دیوارههای لوله، سبب کاهش اندازهی سطح مقطع جریان شده و در نتیجه سبب افزایش سرعتهای جریان و افزایش شدت سایش میشود.
2-7-5- ممانعت از تولید شن و جداسازی آن
بیشتر از بسترهای شنی ته چاهی جهت جلوگیری از ورود شن به درون سیستم بهرهبرداری استفاده میشود. این پیشگیریها معمولأ برای چاههای تازه حفاری شده که تولید شن در آنها تشخیص داده شده است، مورد استفاده قرار میگیرد. عمومأ غشاهای شنی از ورود ذراتی با قطر بیش از 100 میکرون به درون جریان تولیدی جلوگیری میکنند. با این وجود این غشاها باعث افزایش مقاومت در برابر جریان سیال ورودی به چاه میشوند و در نتیجه شاخص تولید چاه را کاهش میدهند. همچنین در صورتیکه شن کافی تولید شود حتی اگر ابعاد آنها بسیار ریز باشد، میتوانند باعث ایجاد میزان سایش زیادی شوند، از اینرو استفاده از غربالها و بسترهای شنی نمیتواند تضمینی بر تولید سیال بدون شن باشد. در کل استفاده از تجهیزات شنزدایی در سیستم بهرهبرداری بر روی اقتصادی بودن طرح تأثیر معکوس دارد. بعلاوه میزان لولهکشی مورد نیاز در سیستم را افزایش میدهد و از اینرو سطح بیشتری در معرض مشکلات مربوط به سایش قرار میگیرد.
فصل سوم
مروری بر کارهای انجام شده
مروری بر کارهای انجام شده
3-1- مقدمه
توانایی پیش بینی نرخ سایش در خطوط تولید و انتقال نفت و گاز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است‌. نرخ سایش به طور مستقیم بر روی عواملی همچون اندازهی خطوط، آنالیز و بررسی عیوب خط و همچنین در تعیین نرخ محدودکنندهی تولید نقش دارد. بدین منظور منابع و مرجعهای متفاوتی برای مشخص کردن این محدوده سرعت در دسترس میباشد که یکی از مهم‌ترین آنها استفاده از استاندارد API – RP – 14E است. این استاندارد در برخی مواقع توانایی لازم برای پیش بینی دقیق این محدوده را ندارد. به عنوان مثال در برخی محاسبات استفاده از این استاندارد میزان صحیح و دقیق نرخ سایش را گزارش نمیکند و به نحوی در فرآیند‌ها با نرخی بیشتر از مقدار بدست آمده روبهرو می‌شویم که باعث صدمات جبران ناپذیری میشود. همچنین در برخی دیگر از محاسبات این استاندارد به طور قابل ملاحظهای از میزان تولید کاسته که باز هم از نظر اقتصادی بسیار مهم میباشد. در این تحقیق برآنیم تا به بررسی معادلات و روابط دیگری که برای بدست آوردن نرخ سایش توسط محققین مختلف ارائه شده، بپردازیم.
3-2- مدل سازی
شناخت خطر سایش تأسیسات به منظور بهینهسازی مدیریت چاه جهت جلوگیری از تولید شن دارای بیشترین اهمیت است. بصورت معمول مدلهای سایش توسط شن، فرآیند سایش را در سه مرحله در نظر می‌گیرند. در ابتدا جریان سیال در زانویی و دیگر تجهیزات مدل شده یا بطریقی تقریب زده می‌شود. سپس این پیش بینی جریان جهت بدست آمدن نیروهای دراگ اعمال شده بوسیلهی سیال بر روی شن بکار می‌رود. از اینرو مسیرهای حرکت تعداد زیادی از ذرات پیشبینی می‌شود. زمانیکه ذرات مستقل به دیواره برخورد میکنند صدمات حاصله با استفاده از مدلهای تجربی خاص یا مدلهای تئوری برخورد، محاسبه میشوند. سپس متوسط صدمات برخورد تعداد زیادی از ذرات را میتوان جهت محاسبهی عمق صدمه ناشی از سایش روی یک سطح به کار برد [14].
در بیشتر موارد مدلهای آسیب ناشی از برخورد دارای اساسی مشابه هستند. با این وجود چند روش جهت محاسبهی مسیرهای حرکت ذرات استفاده میشود. نرمافزارهای CFD به میزان زیادی جهت مدلسازی جریان سیال و مسیرهای حرکت ذرات مورد استفاده قرار گرفته است. نشان داده شده است که این نرمافزارها بخوبی می‌توانند محلهای سایش را پیشبینی کنند. این نرمافزارها مخصوصأ در قطعات با هندسهی پیچیده نظیر شیرها که مسیرهای حرکت ذرات بسیار پیچیده هستند، مفید هستند.
زانوییها دارای شکلهای سادهای هستند و از اینرو چندین روش تجربی و تئوری جهت تعیین مسیرهای حرکت ذرات بجای مدلهای CFD ارائه شده است. سادهترین این مدلها فرض میکند ذرات در زانویی در یک مسیر مستقیم حرکت میکنند و اولین برخورد به دیواره بیشترین صدمه را وارد میکند.
در مرحلهی بعد صدمه ناشی از برخورد ذرات مستقل بر روی یک دیواره با استفاده از یک مدل تئوری یا رابطه تجربی محاسبه می‌شود. در نهایت متوسط صدمات ناشی از برخورد تعداد زیادی از ذرات را می‌توان جهت پیشبینی توزیع و عمق آسیب ناشی از سایش بر روی یک سطح، بکار برد. با این وجود درک فرآیندی فیزیکی آن تا حدودی میسر شده است و پیشبینی شرایط بحرانی به مدلهای تجربی یا نیمه تجربی بستگی دارد. بر اساس نتایج تجربی، نرخ سایش شن را می‌توان با استفاده از انرژی جنبشی اجزاء شن از طریق پارامترهای زیر بیان نمود:
1- سرعت سیال
2- چگالی سیال
3- اندازهی شن
4- شدت تولید شن
5- قطر لوله یا هر وسیلهی انتقال دیگر
6- هندسهی سیستم
7- سختی فلز (مقاومت در برابر سایش)
3-2-1- دسته بندی مدلهای موجود
به طور کلی مدلهای موجود برای پیشبینی میزان سایش و همچنین سرعت سایش به سه دسته تقسیم میشوند [13و14]:
1- مدلهای تجربی
2- مدلهای نیمه تجربی
3- مدلهای CFD 74
مدلهای تجربی بر اساس پارامترهای دینامیکی مثل سرعت، بنا نهاده شدهاند. مدل ارائه شده توسط API یک مدل کاملأ تجربی است. در مدلهای نیمه تجربی اثر پارامترهایی مثل زاویهی برخورد و انرژی جنبشی ذرات و … علاوه بر پارامترهای تجربی دیگر در نظر گرفته میشود. مدل CFD به بررسی دقیق مکان برخوردها، تعداد برخوردها و … میپردازد و در واقع دو مدل دیگر را کاملتر میسازد. این مدل با نرم افزارهایی مثل FLUENT, ANSYS, COMSOL ارائه میشود.
3-3- مروری بر کارهای گذشته
تحقیق و پژوهش بر روی پدیدهی سایش به صورت مطالعات آزمایشگاهی و علمی، اولین بار در سال 1960 میلادی توسط آقای فینی75 آغاز شد [23]. ایشان به بررسی سایش جریان گاز حاوی ذرات شن بر روی صفحات فلزی پرداختند. در سال 1963 آقای بیتر76 [26] به اصلاح مدل ارائه شده قبلی توسط آقای فینی پرداخت. در سال 1966 آقایان فینی و شلدون77 [27] تأثیر تفاوت مواد شکننده78 و مواد انعطاف پذیر79 (فلزات) را بر سایش مورد مطالعه قرار دادند [13]. بعد از آن و در سال های 1975 تا 1982 استانداردهای API و دیگر شرکتها ارائه شد[11]. آقایان سالاما80 و ونکاتش81 [9] در سال 1983 براساس مدل API ( V_e= C/√(ρ_m )) فاکتور C را 80 تا 100 برای جریان گاز

مطلب مرتبط :   پایان نامه با کلید واژگاننرم افزار، شبیه سازی، دانشگاه شیراز

دیدگاهتان را بنویسید