مقدمه
خوردگی دشمن خاموش سیستمهای بالابر مصنوعی است. برخلاف سایش شنی - که خراشهای قابل مشاهده و تغییرات ابعادی قابل اندازهگیری بر جای میگذارد - یا قفل گاز - که خود را از طریق ناهنجاریهای کارت دینامومتر نشان میدهد - خوردگی اغلب به طور نامرئی پیشرفت میکند تا زمانی که یک قطعه به طور ناگهانی و بدون علائم هشدار دهندهای که امکان مداخله پیشگیرانه را فراهم میکنند، از کار بیفتد.
آمارها همواره نگرانکننده هستند. تحلیلهای صنعتی در مناطق مختلف تولیدکننده نفت، بین ۲۵ تا ۴۰ درصد از کل ...پمپ میله ای مکندهخرابیها - و رویدادهای تعمیراتی متعاقب آن - به خوردگی به عنوان عامل اصلی یا عامل مؤثر مهم مربوط میشوند. در میادینی با آب تولیدی با شوری بالا، غلظت بالای H₂S یا محتوای قابل توجه شرکت₂، این درصد بالاتر میرود. در برخی از میادین گاز ترش، خرابیهای مرتبط با خوردگی بیش از نیمی از کل رویدادهای کشش پمپ را تشکیل میدهند.
هزینههای مستقیم قابل توجه هستند: تعمیرات ناشی از خوردگی اجزای پمپ در بسیاری از محیطهای عملیاتی، قبل از احتساب از دست دادن تولید در طول دوره تعمیرات، از 30،000 دلار تا بیش از 100،000 دلار متغیر است. هزینههای غیرمستقیم - خرابیهای تسریعشده میلههای مکنده ناشی از ترکخوردگی ناشی از خوردگی، آسیب لولهها در اثر محصولات جانبی خوردگی و افزایش تدریجی دفعات تعمیرات که با یک برنامه خوردگی مدیریت نشده همراه است - هزینههای مستقیم را در هر عملیات چند چاهی و چند ساله به طور قابل توجهی افزایش میدهد.
آنچه مدیریت خوردگی را قابل کنترل میکند این است که اساساً یک مشکل شیمی و مواد است - مشکلی با مکانیسمهای به خوبی درک شده و راهحلهای مهندسی مستند شده. اپراتورهایی که مکانیسمهای خاص خوردگی فعال در چاههای خود را درک میکنند، اجزای پمپ را با مقاومت مناسب مواد انتخاب میکنند، برنامههای مهار شیمیایی را در صورت لزوم اجرا میکنند و شاخصهای خوردگی را به طور سیستماتیک رصد میکنند، به طول عمر دو تا سه برابر بیشتر از چاههای مشابه که بدون کنترل عمدی خوردگی مدیریت میشوند، دست مییابند.
این راهنما تصویر کاملی از پیشگیری از خوردگی را پوشش میدهد.پمپ میله ای مکندهکاربردها: مکانیسمهایی که با آنها مبارزه میکنید، اجزایی که به شدت به آنها حمله میکنند، استراتژیهای پیشگیری که مؤثر هستند، و اشتباهات رایجی که اجازه میدهند شکستهای خوردگی قابل پیشگیری ادامه یابند.
مکانیسمهای خوردگی که به اجزای پمپهای میلهای مکشی حمله میکنند
خوردگی یک فرآیند واحد نیست - بلکه خانوادهای از واکنشهای الکتروشیمیایی و شیمیایی است که هر کدام توسط اجزای سیال تولید شده و شرایط عملیاتی خاص هدایت میشوند. پیشگیری مؤثر مستلزم شناسایی مکانیسمهای فعال در یک چاه معین و پرداختن به آنها به طور خاص است.
خوردگی سولفید هیدروژن (H₂S) و ترک خوردگی تنشی سولفیدی
H₂S خطرناکترین عامل خورنده در محیطهای نفتی است، نه در درجه اول به دلیل خوردگی ناشی از کاهش وزن که ایجاد میکند - هرچند که این هم قابل توجه است - بلکه به دلیل توانایی آن در ایجاد شکست ناگهانی و فاجعهبار اجزا از طریق ترکخوردگی ناشی از تنش سولفیدی (اس اس سی) و ترکخوردگی ناشی از هیدروژن (اچ آی سی).
این مکانیسم شامل اتمهای هیدروژن تولید شده در سطح فلز در طول واکنش خوردگی H₂S است. این اتمهای هیدروژن، که به اندازه کافی کوچک هستند تا در ساختارهای شبکهای فولاد نفوذ کنند، در نقاط تمرکز تنش داخلی - مرزهای دانه، فصل مشترکهای آخال، سطوح ماشینکاری شده با تنش پسماند - جمع میشوند. هنگامی که غلظت هیدروژن در این نقاط به سطح آستانه میرسد، فلز اطراف را شکننده میکند و مقاومت آن را در برابر انتشار ترک کاهش میدهد. تحت بارگذاری تنش چرخهای که مشخصه عملکرد پمپ میلهای مکنده است (هر چرخه ضربه، اجزای پمپ را بارگیری و تخلیه میکند)، فلز شکننده ترکهایی را ایجاد میکند که فولاد معمولی ایجاد نمیکند - این ترک خوردگی تنشی سولفیدی است و میتواند باعث شکستگی اجزا در سطوح تنشی بسیار پایینتر از استحکام تسلیم اسمی آنها شود.
اس اس سی مسئول دسته خاصی از خرابیهای پمپهای میلهای مکنده است که اپراتورهایی را که مکانیسم آن را تشخیص نمیدهند، گیج میکند: اجزایی که از نظر ظاهری سالم به نظر میرسند - بدون سایش قابل مشاهده، بدون نازک شدن آشکار - اما ناگهان تحت بارهای عملیاتی عادی دچار خرابی میشوند. تجزیه و تحلیل پس از خرابی، الگوهای ترک خوردگی را نشان میدهد که با اضافه بار مکانیکی مغایرت دارند و سابقه قرار گرفتن در معرض H₂S آنچه را که تجزیه و تحلیل متالورژیکی تأیید میکند، توضیح میدهد.
آستانه بحرانی برای خطر خرابی مرتبط با H₂S در اجزای پمپهای فولادی کربنی پایین است - حتی فشار جزئی 0.05 پسی از H₂S (تقریباً 50 پی پی ام در شرایط جوی) برای شروع ترک خوردگی تنشی سولفیدی در گریدهای فولادی حساس تحت شرایط خاص کافی است. بسیاری از میادین نفتی که به عنوان دددحسور عالی بود طبقهبندی نمیشوند، غلظتهای H₂S دارند که خطر اس اس سی را در شرایط بارگذاری چرخهای عملکرد پمپ ایجاد میکنند.
خوردگی شیرین دی اکسید کربن (شرکت₂)
شرکت₂ حل شده در آب تولیدی، اسید کربنیک (H₂شرکت₃) تشکیل میدهد که از طریق یک مکانیسم خوردگی کاهش وزن که به خوبی مشخص شده است، به سطوح فولادی حمله میکند. خوردگی شرکت₂، رسوب کربنات آهن (فکو₃) را به عنوان محصول واکنش تولید میکند - این رسوب میتواند تا حدودی محافظ باشد وقتی که به صورت یک لایه متراکم و چسبنده تشکیل شود، اما اغلب وقتی در شرایط جریان آشفته (مانند شیرهای پمپ و مجاری جریان محدود) یا در معرض اختلال مکانیکی دورهای تشکیل میشود، محافظ نیست.
نرخ خوردگی شرکت₂ با افزایش دما و فشار تا محدودههای مشخصی افزایش مییابد، به این معنی که چاههای عمیق و داغ با فشار جزئی قابل توجه شرکت₂، خوردگی سریعتری نسبت به چاههای کمعمق و خنک با غلظتهای مشابه شرکت₂ تجربه میکنند. پی اچ آب تولیدی (که توسط فشار جزئی شرکت₂ و محتوای بیکربنات تعیین میشود) یک عامل اصلی است - پی اچ پایینتر از محتوای شرکت₂ بالاتر، نرخ خوردگی را افزایش میدهد.
در پمپهای میلهای مکنده، خوردگی شرکت₂ ترجیحاً به نقاط محدودکننده جریان حمله میکند - نشیمنگاه سوپاپها، قطعات داخلی قفس و اجزای ورودی که در آنها سرعت سیال بالاترین است و اسید کربنیک خورنده به طور مداوم با سطوح فولادی تازه تماس پیدا میکند. ترکیب حمله خورنده و فرسایش جریان در این مکانها، حذف مواد را سریعتر از هر دو مکانیسم به تنهایی تسریع میکند.
خوردگی اکسیژن
در حالی که سیالات تولیدی از مخزن معمولاً فاقد اکسیژن هستند (اکسیژن مدتها قبل از رسیدن سیالات به دهانه چاه توسط فعالیت میکروبی زیرسطحی و واکنشهای ژئوشیمیایی مصرف میشود)، ورود اکسیژن در حین سرویس چاه - سیالات تعمیر، سیالات تکمیل، تنفس تاسیسات سطحی - میتواند خوردگی اکسیژنی را آغاز کند که پس از رویداد ورود ادامه مییابد. اکسیژن حتی در غلظتهای پایین (قسمت در میلیارد) به طور چشمگیری خوردگی عمومی و حفرهدار شدن را در اجزای فولادی تسریع میکند و سیال حاوی اکسیژن که به اجزای پمپ درون چاهی میرسد، میتواند حفرهدار شدن موضعی را آغاز کند که مدتها پس از مصرف اکسیژن به عنوان محل خوردگی باقی میماند.
مفهوم عملی: کنترل اکسیژن سیال در مراحل تعمیر و تکمیل - از طریق جمعآوری مواد شیمیایی و حذف اکسیژن از سیستم سطحی - عنصر مهمی در مدیریت خوردگی پمپهای درونچاهی است، حتی در میدانهایی که خود سیال تولیدی عاری از اکسیژن است.
خوردگی حفرهای و شیاری ناشی از کلرید
آب تولیدی با شوری بالا - که در بسیاری از میادین نفتی بالغ که برش آب در طول سالها تولید افزایش یافته است، امری عادی است - غلظتهای کلریدی ایجاد میکند که حتی مواد مقاوم به خوردگی اسمی را از طریق مکانیسمهای خوردگی حفرهای و شکافی مورد حمله قرار میدهد. یونهای کلرید، لایههای اکسید غیرفعالی را که از فولاد ضد زنگ و بسیاری از مواد آلیاژی محافظت میکنند، مختل میکنند و باعث خوردگی موضعی در نقاط خاص میشوند که به جای حمله یکنواخت، به عمق ماده نفوذ میکنند.
خوردگی شکافی - حمله در فضاهای محدود که در آن شیمی سیال با سیال تودهای متفاوت است - به طور خاص به ... مربوط میشود.پمپ میله ای مکندهطراحی. فاصله حلقوی بین پیستون و سیلندر، اتصالات رزوهدار و رابطهای شیر با قفس، همگی هندسههایی را ایجاد میکنند که در صورت وجود سیال با کلرید بالا، منجر به خوردگی شکافی میشوند. ایجاد حفره در این مکانها، نقاط تمرکز تنش ایجاد میکند که شکست خستگی را تحت بارگذاری چرخهای پمپ تسریع میکند.
خوردگی ناشی از میکروبیولوژی (میکروفون)
باکتریهای کاهنده سولفات (اس آر بی) - میکروارگانیسمهای بیهوازی که یونهای سولفات را به عنوان بخشی از فرآیند متابولیک خود به سولفید تبدیل میکنند - میتوانند تولید موضعی H₂S را در محیطهای چاه ایجاد کنند که در غیر این صورت به عنوان محیط ترش طبقهبندی نمیشوند. اس آر بی در محیطهای گرم (20 تا 80 درجه سانتیگراد) و کم اکسیژن با کربن آلی و سولفات رشد میکند - شرایطی که دقیقاً بسیاری از محیطهای آب تولیدی میدان نفتی را توصیف میکند.
خوردگی مرتبط با میکروفون ناشی از فعالیت اس آر بی باعث ایجاد حفرههای موضعی میشود که به ویژه به سطوح اجزای پمپ آسیب میرساند و H₂S تولید شده به صورت موضعی میتواند باعث خرابیهای اس اس سی و تردی هیدروژنی که قبلاً توضیح داده شد، حتی در چاههایی بدون مخزن H₂S شود.
میکروفون اغلب کمتر از حد تشخیص داده میشود زیرا آزمایشهای معمول شیمی آب، فعالیت باکتریایی را ثبت نمیکنند و حالتهای خرابی که ایجاد میکند مشابه حالتهای خرابی ناشی از مکانیسمهای خوردگی غیرزیستی است. زمانی به میکروفون مشکوک شوید که نرخ خرابی خوردگی با پیشبینیهای شیمی آب در حجم زیاد مغایرت داشته باشد، یا زمانی که رسوبات سیاه سولفید آهن روی اجزای کشیده شده یافت شود.
جایی که خوردگی ابتدا حمله میکند: اجزای پرخطر در یک پمپ میلهای مکشی
همه اجزای یک پمپ میلهای مکنده در معرض خوردگی یکسانی قرار ندارند. درک اینکه کدام اجزا ابتدا در اثر خوردگی دچار خرابی میشوند - و چرا - هم به تصمیمگیری در مورد انتخاب مواد و هم به اولویتهای بازرسی کمک میکند.
گویها و نشیمنگاههای سوپاپ: اولین خط خرابی
شیرهای پمپ - چه در حالت ایستاده و چه در حالت در حال حرکت - به دلایل مختلف، پرخطرترین مکانهای خوردگی هستند:
بالاترین سرعت جریان: سرعت سیال از طریق روزنه شیر، بالاترین سرعت در سیستم پمپ است. سرعت بالا، انتقال جرم گونههای خورنده به سطح فلز را افزایش میدهد، سرعت حذف رسوب یا فیلم محافظ را افزایش میدهد و فرسایش جریان را با خوردگی شیمیایی در یک مکانیسم سینرژیک (خوردگی-فرسایش) ترکیب میکند که نسبت به هر یک از آنها به تنهایی، تهاجمیتر است.
تخریب مکانیکی مکرر لایههای محافظ: هر بار بسته شدن شیر، گوی را به صورت مکانیکی به نشیمنگاه (سیت) ضربه میزند. این ضربه، هرگونه پوسته محافظ یا لایه بازدارندهای را که از زمان بسته شدن قبلی تشکیل شده است، از بین میبرد یا تخریب میکند. در نشیمنگاههای شیر، ناحیه برخورد - ناحیه تماس حلقوی بین گوی و نشیمنگاه - دچار تخریب مکرر لایه محافظ میشود که فلز تازه و محافظت نشده را در معرض سیال خورنده قرار میدهد.
انتخاب مواد از نظر تاریخی محافظهکارانه بوده است: توپیها و نشیمنگاههای شیر استاندارد رابط برنامهنویسی کاربردی از جنس فولاد ضد زنگ 440C یا فولاد کربنی، عملکرد کافی را در سرویسهای تمیز و غیر خورنده ارائه میدهند، اما در محیطهای حاوی H₂S، شرکت₂ بالا یا کلرید بالا بدون ارتقاء آلیاژ، ناکافی هستند.
سطح داخلی بدنه پمپ
لولهی سیلندر یک سطح در معرض خوردگی مداوم در تمام طول خود است. مکانیسمهای خوردگی فعال در اینجا عبارتند از:
خوردگی عمومی شرکت₂ فولاد پایه زیرین آبکاری کروم که در آن لایه کروم نازک، ترک خورده یا دارای سوراخهای ریز است - این عیوب در لایه کروم نواحی آندی کوچکی ایجاد میکنند که خوردگی موضعی شدیدی را تجربه میکنند (کاتد بزرگ، سلول گالوانیکی آندی کوچک که خوردگی را در سوراخهای ریز پوششهای نجیب روی زیرلایههای فلزی فعال به طور چشمگیری تسریع میکند).
حمله H₂S به زیرلایه فولادی که در آن عیوب کروم وجود دارد، که به طور بالقوه منجر به تردی هیدروژنی فولاد بشکه در مجاورت عیوب میشود.
حفرههای کلریدی زیر لایه کروم که از محلهای نقص کروم آغاز میشوند، میتوانند پیشرفت کرده و بخشهای مهم ساختاری لوله را تخریب کنند.
مفهوم بحرانی ماده: یک بشکه آبکاری شده با کروم با رسوب کروم با کیفیت بالا و بدون سوراخ، محافظت قابل توجهی در برابر خوردگی ایجاد میکند. بشکهای با لایه کروم تخریب شده یا آسیب دیده میتواند در برخی از محیطهای خورنده از فولاد بدون روکش بدتر باشد، زیرا کوپل گالوانیکی بین کروم (کاتدی) و فولاد در معرض (آندی) حمله به محلهای نقص را تسریع میکند.
پوشش و زیرلایه کروم پیستون
پیستون تحت همان شرایط شیمیایی که بدنه در معرض آن قرار دارد، عمل میکند، با این تفاوت که در هر حرکت بین داخل بدنه پمپ و داخل رشته لوله در حال چرخش است - که به طور بالقوه شیمی سیال متفاوتی را در هر مکان تجربه میکند.
آبکاری کروم روی پیستون عملکرد دوگانهای از جمله ایجاد مقاومت در برابر سایش و محافظت در برابر خوردگی را ارائه میدهد. عیوب کروم - سوراخهای ریز، لبپریدگی لبه، آسیب ناشی از ضربه ناشی از ذرات شن - فولاد زیرلایه را در معرض همان شتاب گالوانیکی که برای عیوب سیلندر توضیح داده شد، قرار میدهد.
مجموعه ورودی و نشیمنگاه پمپ
مجموعه ورودی پمپ - قفس، توری (در صورت وجود) و ناحیه نشیمنگاه نیپل - بالاترین غلظت گونههای خورنده را در سیال چاه تجربه میکند، زیرا سیال ورودی هنوز از شیر ایستاده عبور نکرده است، جایی که هرگونه عملیات شیمیایی بالادستی اولین فرصت خود را برای تعامل با سیستم پمپ پیدا میکند.
در چاههای با H₂S بالا، ناحیه ورودی اولین نقطه تماس برای سیال مملو از سولفید است. در چاههای با شرکت₂ بالا، سیال اسید کربنیک با پی اچ پایین در شرایط ورودی (قبل از هرگونه تغییر پی اچ از لوله یا تجهیزات پمپ) با حداکثر شدت به اجزای ورودی حمله میکند.
اجزای اتصال رشته میله پمپاژ
ابزار روشن/خاموش و اجزای اتصال پمپ میلهای در رابط بین رشته میلهای و پمپ عمل میکنند - مکانی که تحت تأثیر موارد زیر است:
بارگذاری تنش چرخهای که با تردی هیدروژنی ناشی از قرار گرفتن در معرض H₂S در تعامل است
خوردگی شیاری در هندسه اتصال رزوه شده
خوردگی گالوانیک در جایی که فلزات غیرمشابه در تماس هستند
طراحی ابزار روشن-خاموش دونگشنگ بهطور خاص به انتخاب مواد برای مقاومت در برابر خستگی و خوردگی در این سطح مشترک میپردازد. نواحی کلیدی تحمل بار از مقاطع ضخیمتر مواد با سختکاری سطحی استفاده میکنند - سطوح سختشده در مقایسه با سطوح نرم، در برابر شروع تردی هیدروژنی مقاومتر هستند زیرا چگالی بالاتر نابجایی در ناحیه سطحی، نفوذ هیدروژن را کاهش میدهد.
چگونه ریسک خوردگی را در چاههای خود ارزیابی کنید
قبل از اجرای اقدامات پیشگیرانه، تعیین کمیت محیط خوردگی در چاههای خاص شما، سرمایهگذاری را به سمت راهحلهای مناسب هدایت میکند.
آنالیز شیمیایی آب تولیدی
تجزیه و تحلیل جامع شیمی آب تولیدی، اساس ارزیابی ریسک خوردگی است. پارامترهای کلیدی:
غلظت H₂S: اندازهگیری مستقیم H₂S محلول در آب تولیدی، به علاوه محتوای H₂S فاز گازی در گاز تولیدی. نتایج را به صورت پی پی ام وزنی و فشار جزئی (پسیا) برای طبقهبندی مناسب خدمات ترش NACE بیان کنید.
فشار جزئی شرکت₂: آنالیز گاز برای محتوای شرکت₂ همراه با فشار سرچاهی/جداکننده، امکان محاسبه فشار جزئی شرکت₂ - عامل اصلی شدت خوردگی شیرین - را فراهم میکند.
کل جامدات محلول (تی دی اس) و میزان کلرید: غلظت بالای تی دی اس و کلرید نشان دهنده خطر خوردگی حفرهای و شکافی است، به خصوص برای قطعات فولادی ضد زنگ که در غیر این صورت مقاومت خوبی در برابر خوردگی عمومی دارند.
بیکربنات و پی اچ: پی اچ آب تولیدی، تعادل اسیدهای خورنده (شرکت₂، H₂S) و بیکربنات بافرکننده را نشان میدهد. پی اچ پایینتر به معنای سرعت خوردگی بالاتر است.
میزان سولفات: سولفات بالا همراه با کربن آلی و شرایط دمایی مناسب، پتانسیل رشد اس آر بی را ایجاد میکند. سولفات بالای ۱۰۰ میلیگرم در لیتر، نظارت بر باکتریها را ایجاب میکند.
دما در عمق تنظیم پمپ: نرخ خوردگی با افزایش دما تا محدودههای وابسته به مکانیسم خاص، افزایش مییابد. چاههای عمیق و داغ نسبت به چاههای کمعمق و خنکتر با شیمی سیال مشابه، به انتخاب مواد تهاجمیتری نیاز دارند.
برنامههای کوپن خوردگی
کوپنهای خوردگی - نمونههای فلزی با وزن دقیق که برای یک دوره زمانی مشخص در معرض جریان سیال تولید شده در سطح نصب میشوند - اندازهگیری مستقیم نرخ خوردگی را در شرایط واقعی سیال تولید شده فراهم میکنند. کاهش وزن کوپن پس از قرار گرفتن در معرض، تقسیم بر زمان قرار گرفتن در معرض و مساحت کوپن اولیه، نرخ خوردگی را بر حسب میلیلیتر در سال (ام پی وای) یا میلیمتر در سال (میلیمتر/سال) نشان میدهد.
برنامههای کوپن خوردگی در سرچاه یا جداکننده، دادههایی در مورد نرخ خوردگی در بخش سطحی سیستم سیال تولیدی ارائه میدهند. استقرار کوپن درونچاهی (پیچیدهتر اما نمایندهتر) دادههایی را در شرایط واقعی پمپ ارائه میدهد.
طبقهبندیهای عمومی شدت نرخ خوردگی که معمولاً در صنعت استفاده میشوند:
کمتر از ۱ ام پی وای: مواد کم خطر، استاندارد و مناسب
۱-۵ ام پی وای: خطر متوسط، مواد پیشرفته یا مهار ضروری است
۵-۱۰ ام پی وای: ریسک بالا، آلیاژهای ارتقا یافته و مهار فعال مورد نیاز است
بالای ۱۰ ام پی وای: ریسک شدید، انتخاب آلیاژ مرغوب و مهار تهاجمی الزامی است
یک بحث در ردیت در r/مهندسی نفت ارزش این دادهها را به صورت عملی نشان داد: "ما داشتیم جایگزین میکردیمپمپ میله ای مکندهقبل از اینکه یک پنل شیمی آب مناسب راهاندازی کنیم، هر چهار ماه یکبار در یکی از چاههای نفت سنگینمان، شیرها را تعویض میکردیم. معلوم شد که ۴۵۰ پی پی ام H₂S و ۲.۸٪ شرکت₂ داریم - از زمانی که چاه نه سال قبل حفر شده بود، هیچکس آن را اندازهگیری نکرده بود. به اجزای شیر اینکونل و توپهای کاربید تنگستن تغییر دادیم، یک برنامه مهارکننده اضافه کردیم و الان ۱۸ ماهه هستیم و روی همان پمپ حساب میکنیم. ددد
استراتژی پیشگیری ۱: انتخاب مواد برای سرویس خورنده
انتخاب مواد، اساسیترین و بادوامترین اقدام برای جلوگیری از خوردگی است. برخلاف مهار شیمیایی - که نیاز به مدیریت مداوم برنامه دارد - انتخاب ماده مناسب، یک سرمایهگذاری یکباره است که محافظت را برای کل طول عمر قطعه فراهم میکند.
ارتقاء مواد بشکه برای چاههای خورنده
بشکههای آبکاری شده با کروم با کیفیت بالا: برای شرایط خورندگی خفیف تا متوسط، یک بشکه آبکاری شده با کروم با چگالی بالا و به درستی اجرا شده، علاوه بر مقاومت در برابر سایش، محافظت قابل توجهی در برابر خوردگی نیز فراهم میکند. مشخصات مهم، کیفیت رسوب کروم - چگالی، چسبندگی و چگالی سوراخ سوزنی - است. یک بشکه کروم با کیفیت بالا از یک سازنده با کنترل دقیق فرآیند آبکاری، در شرایط خورندگی، صرفاً به دلیل اجرای بهتر همان پوشش، از یک بشکه کروم استاندارد بهتر عمل میکند.
قابلیتهای تولیدی تیلینگ دونگشنگ شامل تولید بشکه برنجی کرومی است - ساختار بشکه برنجی با روکش کروم که دقت ماشینکاری برنج (که تلرانسهای ابعادی را با پیچیدگیهای کارسختی کمتری نسبت به برخی از فولادها حفظ میکند) را با سطح کرومی سخت برای مقاومت در برابر سایش و خوردگی ترکیب میکند. این ساختار به ویژه در شرایط خورندگی متوسط مؤثر است.
بشکههای نیتریده شده برای محیطهای H₂S: نیتریده کردن گازی یک لایه ترکیبی در سطح بشکه ایجاد میکند که عمدتاً از نیتریدهای آهن تشکیل شده است - یک ترکیب شیمیایی سطح که ذاتاً در برابر حمله H₂S و نفوذ هیدروژن نسبت به فولاد کربنی مقاومتر است. لایه ترکیبی نیتریده شده همچنین مانعی در برابر ورود هیدروژن ایجاد میکند که خطر ترک خوردگی تنشی سولفیدی را در فولاد بدنه بشکه زیرین کاهش میدهد.
بشکههای فولادی ضد زنگ برای خوردگی شدید: در محیطهای با H₂S بالا، شرکت₂ بالا یا کلرید بالا که حتی فولاد کربنی نیتریده شده نیز محافظت کافی را ارائه نمیدهد، ساختار بشکه از جنس فولاد ضد زنگ 316L یا 17-4 پی اچ مقاومت به خوردگی بسیار بالاتری را فراهم میکند. هزینه اولیه قابل توجه است، اما در چاههایی که خوردگی عمر بشکه را به کمتر از 6 ماه محدود میکند، عمر طولانیتر معمولاً سرمایهگذاری را به وضوح توجیه میکند.
انتخاب پوشش پیستون برای شرایط خورنده
محدودیتهای استاندارد آبکاری کروم: کروم سخت رسوب داده شده با الکترود، مقاومت در برابر سایش را فراهم میکند، اما مقاومت ذاتی محدودی در برابر خوردگی دارد - نسبت به فولاد نجیب است (مشکل کوپل گالوانیک در نقصهای پوشش که قبلاً توضیح داده شد) و میتواند حاوی ترکهای ریز باشد که اجازه ورود سیال به زیرلایه را میدهد. در سرویس خوردگی، آبکاری کروم باید با حداکثر ضخامت عملی با حداقل چگالی سوراخ سوزنی مشخص شود.
پوششهای پاششی پیستون فلزی در شرایط خورنده: پوششهای پاششی حرارتی - به ویژه پوششهای کاربید تنگستن یا کاربید کروم اعمال شده با اچویاواف (سوخت اکسیژن با سرعت بالا) - در مقایسه با کروم آبکاری شده، هم مقاومت سایشی برتر و هم مقاومت خوردگی بهبود یافتهای را ارائه میدهند. فرآیند اچ وی او اف یک پوشش متراکم و کم تخلخل ایجاد میکند که نفوذ سیال به زیرلایه را محدود میکند و ترکیبات کاربید تنگستن و کاربید کروم مقاومت خوردگی ذاتی خوبی در بسیاری از محیطهای سیال میدان نفتی دارند.
قابلیت تولید دونگشنگ شامل تولید پیستون اسپری متال است - فرآیندی که همزمان مزیت سختی برای مقاومت در برابر سایش و مزیت چگالی پوشش برای محافظت در برابر خوردگی را ارائه میدهد.
پوششهای سرامیکی برای محیطهای شیمیایی شدید: پوششهای سرامیکی آلومینا و زیرکونیا حداکثر مقاومت شیمیایی را برای تهاجمیترین محیطهای سیال تولید شده فراهم میکنند. پیستونهای با پوشش سرامیکی ذاتاً در برابر حمله اسیدی، خوردگی سولفیدی و حفرهدار شدن کلریدی مقاوم هستند. در مقابل، شکنندگی پوشش - سرامیکها در برابر آسیب ضربه مکانیکی آسیبپذیر هستند - آنها را برای چاههای شیمیایی تهاجمی با سایش مکانیکی نسبتاً کم مناسبتر میکند.
آلیاژهای اجزای شیر: سرمایهگذاری در مواد با بالاترین بازده
همانطور که در زمینه مدیریت سایش اشاره شد، انتخاب مواد برای اجزای شیرآلات، بالاترین بازده را به ازای هر دلار سرمایهگذاری در مواد، برای کاربردهای خوردگی فراهم میکند.
اجزای شیر فولادی ضد زنگ 17-4 پی اچ: 17-4 پی اچ (فولاد ضد زنگ سخت شده با رسوب، آیسی نوع 630) ترکیبی عالی از مقاومت در برابر خوردگی، سختی (قابل دستیابی بالای 40 اچ آر سی) و استحکام را ارائه میدهد. محتوای کروم و نیکل آن، مقاومت در برابر خوردگی در برابر محیطهای متوسط شرکت₂ و کلرید را فراهم میکند. این شیر برای چاههایی که غلظت H₂S زیر آستانههای سرویس ترش NACE است و خوردگی شرکت₂/کلرید نگرانی اصلی است، مناسب است.
فولاد ضد زنگ دوپلکس برای محیطهای کلرید بالا: فولادهای ضد زنگ دوپلکس (مانند 2205) مقاومت بالاتری در برابر حفرهدار شدن کلریدی و ترکخوردگی ناشی از خوردگی تنشی نسبت به فولادهای ضد زنگ آستنیتی استاندارد ارائه میدهند، در حالی که خواص مکانیکی خوبی را حفظ میکنند. برای محیطهای آب با شوری بالا با H₂S و شرکت₂ متوسط، اجزای شیرآلات ضد زنگ دوپلکس یک گام قابل توجه از پی اچ 17-4 ارائه میدهند.
اینکونل ۶۲۵ برای شرایط اسیدی شدید و دمای بالا: اینکونل ۶۲۵ (آلیاژ نیکل-کروم-مولیبدن) بالاترین سطح مقاومت در برابر خوردگی را برای اجزای پمپهای میدان نفتی ارائه میدهد. این آلیاژ موارد زیر را فراهم میکند:
مقاومت در برابر غلظتهای H₂S که باعث خرابی سریع در هر نوع فولاد یا فولاد ضد زنگ استاندارد میشود
پایداری در دمای بالا با حفظ خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی بالاتر از 300 درجه سانتیگراد
مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی کلریدی
مقاومت در برابر خوردگی شرکت₂ حتی در فشارهای جزئی بالا
پمپ بازیابی حرارتی تزریق بخار دونگشنگ بهطور خاص از ساختار آلیاژ اینکونل ۶۲۵ برای اجزای کانال بخار استفاده میکند - اجزایی که در معرض بخار ۳۵۰ درجه سانتیگراد همراه با محیط شیمیایی نفت خام سنگین قرار دارند. انتخاب اینکونل ۶۲۵ برای این کاربرد تصادفی نیست - این نشان دهنده یک قضاوت مهندسی است که هیچ آلیاژ رایج دیگری، مقاومت ترکیبی دمایی و خوردگی کافی را برای این محیط کاری فراهم نمیکند.
برای چاههای سرویس ترش که فشار جزئی H₂S از آستانههای سرویس ترش NACE (0.05 پسیا) فراتر میرود، اجزای شیر، محفظه داخلی و (در موارد بسیار شدید) ساختار بشکه و پیستون از جنس اینکونل 625 انتخاب مادهای است که خوردگی H₂S را به عنوان یک عامل شکست از بین میبرد.
کاربید تنگستن برای محیطهای فرسایش-خوردگی: در چاههایی که هم خوردگی و هم سایش فعال هستند، کاربید تنگستن سختیای را ایجاد میکند که در برابر سایش مقاوم است و همچنین بیاثری شیمیایی ایجاد میکند که در برابر اکثر عوامل خورنده میدان نفتی مقاومت میکند. گویها و نشیمنگاههای شیر کاربید تنگستن در چاههای حاوی H₂S و تولیدکننده شن، هر دو مکانیسم شکست را به طور همزمان برطرف میکنند.
استراتژی پیشگیری ۲: مهار خوردگی شیمیایی
انتخاب مواد، محافظت غیرفعال را فراهم میکند - ماده ذاتاً در برابر خوردگی مقاومت میکند. مهار خوردگی شیمیایی، محافظت فعال را فراهم میکند - ترکیبات شیمیایی به جریان سیال تولید شده وارد میشوند که واکنش خوردگی را در سطوح فلزی اصلاح میکنند.
نحوه عملکرد بازدارندههای خوردگی
بازدارندههای خوردگی میدان نفتی معمولاً مولکولهای فعال سطحی هستند - یک سر مولکول روی سطح فلز جذب میشود و سر دیگر آن مانعی در برابر عوامل خورنده موجود در سیال ایجاد میکند. با تشکیل یک لایه محافظ در مقیاس مولکولی، یک بازدارنده خوب به طور چشمگیری سرعت خوردگی را در نرخهای پایین تصفیه (که بر حسب قسمت در میلیون در سیال تولیدی اندازهگیری میشود) کاهش میدهد.
خانوادههای شیمیایی مختلف مهارکننده، مکانیسمهای خوردگی متفاوتی را نشان میدهند:
مهارکنندههای آمین تشکیلدهنده فیلم: به طور گسترده برای خوردگی شرکت₂ استفاده میشوند. مولکولهای مبتنی بر آمین به راحتی روی سطوح فولادی در مخلوطهای روغن و آب جذب میشوند و محافظت طیف گستردهای را در بسیاری از محیطهای خوردگی شیرین فراهم میکنند.
مهارکنندههای حاوی گوگرد برای سرویس H₂S: برخی از فرمولاسیونهای مهارکننده شامل گروههای عاملی حاوی گوگرد هستند که با H₂S برای مکانهای جذب روی سطح فلز رقابت میکنند و هم خوردگی ناشی از کاهش وزن و هم جذب هیدروژن مرتبط با قرار گرفتن در معرض H₂S را کاهش میدهند.
زیستکشها برای کنترل میکروفون: ترکیبات آمونیوم چهارتایی و سایر زیستکشها، باکتریهای کاهنده سولفات و سایر میکروارگانیسمهای مرتبط با خوردگی را از بین میبرند. تصفیه با زیستکش در چاههایی که خطر میکروفون دارند، اغلب همراه با مهارکنندههای خوردگی مرسوم مورد نیاز است، زیرا مهارکنندهها باکتریها را از بین نمیبرند و باکتریها میتوانند برخی از ترکیبات شیمیایی مهارکننده را متابولیزه کنند.
روشهای تزریق مهارکننده برای کاربردهای پمپ درونچاهی
رساندن مهارکننده به محیط پمپ درون چاهی - جایی که حفاظت مورد نیاز است - نیازمند انتخاب سیستم انتقال مناسب است.
لولههای تزریق مویرگی: یک خط مویرگی با قطر کوچک که در امتداد لولههای تولید قرار دارد، مهارکننده را به طور مداوم به نقطهای نزدیک به ورودی پمپ میرساند. این امر دوز ثابت و قابل تأیید مهارکننده را در محل حداکثر در معرض خوردگی فراهم میکند. سیستمهای مویرگی موثرترین روش رساندن مهارکننده برای محافظت از اجزای پمپ میلهای مکنده هستند، اما نیاز به سرمایهگذاری اولیه برای نصب دارند.
تصفیه دستهای (فشردهسازی یا تخلیه دورهای): کاربرد دستهای و دورهای مهارکننده - چه به صورت فشرده شده در سازند و چه به صورت تخلیه شده در حلقه پوششی بالای پمپ - به جای پوشش مداوم، محافظت دورهای ایجاد میکند. تصفیه دستهای هزینه اولیه کمتری دارد، اما محافظت ناپایداری ایجاد میکند (غلظت بالا بلافاصله پس از تصفیه، که با گذشت زمان تا تصفیه بعدی به محافظت نزدیک به صفر کاهش مییابد).
میلههای مهارکننده: میلههای مهارکننده جامد که در حلقه چاه قرار میگیرند، به آرامی طی هفتهها تا ماهها حل میشوند و مهارکننده را به طور مداوم در پمپ آزاد میکنند. این میلهها برای چاههای دورافتاده یا متناوب که تزریق مداوم در آنها عملی نیست، کاربردی هستند.
دستگاههای متصل به رشته میلهای: برخی از سیستمهای انتقال مهارکننده به رشته میلهای مکنده متصل میشوند و مهارکننده را در عمق پمپ در حین عملکرد عادی میله آزاد میکنند.
یک پاسخ کورا از یک مهندس خوردگی میدان نفتی، منطق انتخاب روش تحویل را اینگونه توصیف کرد: "روش تحویل مناسب بازدارنده به زیرساخت شما، دفعات دسترسی به چاه و میزان خوردگی بستگی دارد. برای محیطهای خوردگی شدید - H₂S بالا، شرکت₂ بالا، آب با شوری بالا - تزریق مداوم مویرگی تقریباً همیشه پاسخ صحیح است زیرا تحویل دورهای ناگزیر به معنای دورههایی از قرار گرفتن در معرض محافظت نشده است که بر آمار شکست تسلط دارد.ددد
مدیریت برنامه بازدارنده
یک برنامه بازدارنده خوردگی بدون پایش سیستماتیک، برنامهای است که هزینهبر است، بدون اینکه فایده قابل اثباتی داشته باشد. مدیریت موثر برنامه بازدارنده شامل موارد زیر است:
پایش مهارکننده باقیمانده: نمونهبرداری منظم و تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی آب تولیدی برای غلظت مهارکننده باقیمانده، تأیید میکند که شیمی تصفیه در غلظتهای مؤثر به منطقه هدف میرسد. باقیمانده کمتر از حداقل غلظت مؤثر به معنای محافظت ناکافی است، صرف نظر از آنچه محاسبه نرخ تزریق نشان میدهد.
پایش نرخ خوردگی: برنامههای کوپن، پروبهای مقاومت الکتریکی یا ابزارهای مقاومت قطبش خطی در تأسیسات سطحی، روند نرخ خوردگی را ردیابی میکنند. کاهش نرخ خوردگی پس از شروع برنامه مهارکننده، اثربخشی را تأیید میکند؛ نرخ خوردگی پایدار یا رو به افزایش، نشاندهنده شکاف در عملیات تصفیه، عدم موفقیت در رساندن ماده به سطح یا ناسازگاری شیمیایی است.
آنالیز شمارش آهن: آهن محلول در آب تولیدی (آهن²+ و آهن³⁺) نشاندهنده فعالیت خوردگی مداوم است. روند منظم شمارش آهن، نشانگر حساس و لحظهای از تغییرات نرخ خوردگی را ارائه میدهد.
استراتژی پیشگیری ۳: انتخابهای طراحی پمپ که باعث کاهش مواجهه با خوردگی میشوند
فراتر از انتخاب مواد و عملیات شیمیایی، انتخابهای طراحی پمپ بر الگوهای مواجهه با خوردگی و شکست تأثیر میگذارند.
طراحی مسیر جریان و مدیریت سرعت
سرعت بالای سیال در نقاط محدودکننده - روزنههای شیر، قسمتهای داخلی قفس، مجاری جریان - فرسایش جریان را با خوردگی شیمیایی در مکانیسم فرسایش-خوردگی ترکیب میکند که بسیار فراتر از هر یک از این دو اثر به تنهایی است. طرحهای پمپ که سرعت سیال را در سطوح شیر و قفس به حداقل میرسانند، از طریق بهینه سازی سطح جریان و هندسه ساده گذرگاه، شدت فرسایش-خوردگی را کاهش میدهند.
طراحی پمپ میلهای مکنده ضد گاز دونگشنگ بهطور خاص شامل طراحی کانال راهنمای ساده برای کاهش تلاطم در مسیر جریان سیال است. هدف از طراحی اعلامشده، کاهش افت فشار و به حداقل رساندن انتشار گاز محلول است - اما همان سادهسازی که تلاطم را کاهش میدهد، سرعت جریان را در سطوح خیس نیز کاهش میدهد و مزیت ثانویه کاهش فرسایش-خوردگی در قسمتهای داخلی شیر و قفس را فراهم میکند.
انتخاب کلاس مناسب پیستون برای محیطهای خورنده
در شرایط خورنده، انتخاب کلاس تناسب پیستون، علاوه بر فاکتورهای راندمان حجمی و نرخ سایش که به طور جداگانه مورد بحث قرار گرفتند، ملاحظات دیگری نیز دارد. کلاس تناسب شلتر - کلاسی که اجازه میدهد جریان سیال کمی بیشتر از پیستون عبور کند - به این معنی است که حجم سیال بیشتری در هر ضربه با سطح بشکه تماس پیدا میکند و در نتیجه میزان قرار گرفتن در معرض خوردگی در واحد زمان را افزایش میدهد. برعکس، کلاس تناسب بسیار سفت در چاهی با شن و ماسه به همراه خوردگی میتواند باعث شود که اگر ذرات شن به دام افتاده در فضای خالی با تجمع محصولات خوردگی ترکیب شوند، پیستون گیر کند.
برای چاههای خورنده و غیر شنی: کلاسهای با تناسب کمی تنگتر را ترجیح دهید که تماس سیال با لوله را به حداقل میرساند. برای چاههای خورنده و شنی: کلاسهای با تناسب متوسط را ترجیح دهید که اجازه میدهند شن و ماسه بدون ایجاد پل عبور کند و عملیات سطحی را هم روی لوله و هم روی پیستون ارتقا دهید تا در برابر محیط ترکیبی سایش-خوردگی مقاومت کند.
انتخاب پمپ میلهای اینسرتی روی پمپ لولهای در شرایط خورنده
پیکربندی پمپ اینسرتی (میلهای) رابط برنامهنویسی کاربردی یک مزیت خاص مرتبط با خوردگی نسبت به پمپهای تیوبدار دارد: هنگامی که خوردگی باعث تسریع خرابی قطعه میشود و نیاز به تعویض پمپ است، پمپ میلهای اینسرتی را میتوان بدون کشیدن تیوب تولیدی بازیابی و تعویض کرد. این به این معنی است:
چرخه تعویض سریعتر - زمان کمتری برای هر بار کشیدن پمپ لازم است
رشته لوله آسیب دیده از خوردگی با تعویض پمپ آسیب نمیبیند (کشیدن غیرضروری لوله در شرایط خورنده، اتصالات رزوه را در معرض تنش اضافی ناشی از جابجایی قرار میدهد، در حالی که ممکن است از قبل در اثر خوردگی ضعیف شده باشند)
فرصتهای بیشتر برای بازرسی مکرر پمپ - اگر بتوانید پمپ را به طور مؤثر روی میلهی نگهدارنده بکشید، میتوانید بدون هزینهی گزاف، بازرسیهای بیشتری انجام دهید.
برای چاههایی با برنامههای خوردگی فعال، فلسفه طراحی پمپ اینسرتی مبنی بر امکان تعمیر و نگهداری لولههای بدون نیاز به پمپ، یک مزیت عملیاتی معنادار است.
استراتژی پیشگیری ۴: نظارت، بازرسی و مداخله زودهنگام
پیشرفتهترین برنامه انتخاب مواد و عملیات شیمیایی بدون نظارت و بازرسی سیستماتیک که پیشرفت خوردگی را قبل از رسیدن به آستانه شکست شناسایی کند، ناقص است.
شاخصهای سطحی خوردگی درون چاهی
چندین پارامتر قابل مشاهده سطحی، سیگنالهایی در مورد فعالیت خوردگی درون چاهی ارائه میدهند:
روند شمارش آهن در آب تولیدی: همانطور که قبلاً توضیح داده شد، آهن محلول نشاندهنده انحلال مداوم فلز است. افزایش پلهای شمارش آهن در آب تولیدی از یک سطح پایه پایدار، یا نشاندهنده تسریع فعالیت خوردگی (گونههای خورنده جدید، شکاف برنامه بازدارنده یا شکست یک لایه رسوب محافظ) یا شروع خوردگی حاد در مکانی است که قبلاً محافظت شده است.
تغییرات کارت دینامومتر: نشانههای نشتی سوپاپ و الگوهای کاهش راندمان روی کارت دینامومتر میتواند ناشی از آسیب خوردگی به سطوح سوپاپ و اجزای داخلی سیلندر و همچنین سایش مکانیکی باشد. تشخیص کاهش راندمان ناشی از خوردگی از سایش همیشه تنها از دادههای سطحی امکانپذیر نیست، اما نرخ کاهش - که برای خرابی سوپاپ ناشی از خوردگی سریعتر از سایش پیشرونده سیلندر پیستون است - میتواند گویای این موضوع باشد.
رنگ و شیمی آب تولیدی: آب تولیدی سیاه و آغشته به سولفید، نشاندهنده خوردگی فعال H₂S و احتمالاً میکروفون است. تغییرات غیرمعمول پی اچ (اسیدیتر، از محصولات متابولیک شرکت₂ یا اس آر بی) با ابزار دقیق میدانی ساده قابل تشخیص هستند و نشاندهنده تغییر شیمی خوردگی میباشند.
پروتکلهای بازرسی کشش پمپ
وقتی پمپی به هر دلیلی - تعویض برنامهریزیشده، بررسی عملکرد یا تعمیر - از مدار خارج میشود، بازرسی سیستماتیک از وضعیت خوردگی تمام اجزای بازیابیشده، دادههای میدانی را فراهم میکند که هیچ پایش سطحی نمیتواند آن را تکرار کند.
بازرسی چشمی: از تمام شاخصهای خوردگی روی قطعات بازیابی شده عکس بگیرید و آنها را مستند کنید. توزیع حفرهها، الگوهای نازک شدن عمومی، رسوبات پوستهای و رنگآمیزی سولفید آهن سیاه، همگی اطلاعاتی در مورد مکانیسمها و مکانهای خوردگی فعال ارائه میدهند.
اندازهگیری ابعادی: قطر داخلی لوله را در عمقها و جهتهای مختلف اندازهگیری کنید تا هرگونه تغییر ابعادی ناشی از خوردگی، فراتر از سایش مکانیکی مورد انتظار، تعیین کمیت شود.
بازرسی اجزای شیر: سطوح گوی و نشیمنگاه را از نظر خوردگی، الگوهای حمله شیمیایی و رسوبات پوسته بررسی کنید. حمله خوردگی روی سطوح نشیمنگاه شیر - که از نظر بافت و توزیع سطح از سایش مکانیکی قابل تشخیص است - خوردگی فعال در این محل را تأیید میکند و نیاز به بررسی ارتقاء مواد دارد.
تحلیل مواد در موارد خوردگی شدید: برای قطعاتی که حالتهای شکست غیرمنتظره - ترک خوردگی، شکست ترد، حفرهدار شدن شدید - را نشان میدهند، تحلیل متالورژیکی (ترکیب شیمیایی، سختی، بررسی ریزساختاری، تحلیل سطح شکست) مکانیسم شکست را تأیید کرده و تصمیمات مشخصات آینده را هدایت میکند. ترک خوردگی ناشی از تنش سولفیدی، تردی هیدروژنی و حفرهدار شدن کلریدی، همگی دارای امضاهای ریزساختاری مشخصی هستند که آنها را از اضافه بار مکانیکی یا سایش سایشی متمایز میکند.
اشتباهات رایج در مدیریت خوردگی در برنامههای پمپهای میلهای مکنده
جوامع مهندسی نفت و عملیات میدان نفتی به طور مداوم مجموعه یکسانی از اشتباهات قابل پیشگیری را مستند میکنند.
عدم اندازهگیری سیستماتیک شیمی آب تولیدی
اساسیترین اشتباه: تصمیمگیری در مورد انتخاب مواد و تصفیه شیمیایی بدون دادههای شیمیایی جامع و بهروز آب تولیدی. شیمی چاه در طول عمر تولید یک میدان تغییر میکند - کاهش آب افزایش مییابد، فشارهای جزئی شرکت₂ و H₂S با کاهش فشار مخزن تغییر میکنند، جمعیت باکتریها تکامل مییابد. تصمیمات مربوط به مواد و تصفیه بر اساس دادههای تکمیل اولیه که سالها یا دههها قدمت دارند، تصمیماتی مبتنی بر شیمیای هستند که دیگر وجود ندارد.
تجزیه و تحلیل سیستماتیک شیمی آب تولیدی - حداقل سالانه در چاههای فعال دارای مشکل خوردگی، و پس از هرگونه تغییر قابل توجه در تولید - برای مدیریت مؤثر خوردگی غیرقابل انکار است.
تعیین مواد استاندارد برای شیمی غیر استاندارد
سفارش قطعات شیرآلات استاندارد رابط برنامهنویسی کاربردی از جنس فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ ۴۴۰C برای چاههایی با H₂S یا شرکت₂ بالا، به این دلیل که چیزی که ما همیشه استفاده کردهایم، بهینهسازی سادگی تدارکات به قیمت عملکرد خوردگی است. گفتگو در جوامع تدارکات میدان نفتی در این مورد ثابت است: ارتقاء مواد برای شیرآلات (اولین نقطه خرابی در اکثر چاههای خورنده) برای هر پمپ چند صد دلار هزینه دارد. هزینه تعمیراتی که آنها جایگزین میکنند دهها هزار دلار است. اقتصاد ارتقاء مواد قانعکننده است.
در نظر گرفتن نرخ تزریق مهارکننده به عنوان یک پارامتر تنظیم و فراموشی
دوزینگ مهارکننده نیاز به تأیید منظم دارد که ماده شیمیایی در غلظتهای مؤثر به هدف خود میرسد. نقص سیستم تزریق - گرفتگی مویرگی، خرابی پمپ، قطع تغذیه مواد شیمیایی - باعث کمبود مهارکننده میشود که ممکن است بلافاصله از دادههای تولید آشکار نشود. نظارت منظم بر باقیمانده، این شکاف را پر میکند.
نادیده گرفتن میکروفون به عنوان یک مکانیسم مؤثر
باکتریهای کاهنده سولفات، از عوامل مؤثر در شکست خوردگی در بسیاری از محیطهای میدان نفتی هستند که کمتر از حد تشخیص داده میشوند. هنگامی که نرخ خوردگی با پیشبینیهای شیمی آب در حجم زیاد مغایرت دارد - بالاتر از غلظتهای اسید کربنیک و H₂S به تنهایی - میکروفون باید بررسی شود. تصفیه بایوساید به عنوان بخشی از برنامه مدیریت خوردگی، نسبت به تأثیر آن بر خوردگی به کمک باکتری، ساده و ارزان است.
خرید قطعات پمپ بدون تعیین الزامات خوردگی
فرآیندهای استاندارد درخواست استعلام (RFQ) و سفارش خرید برای اجزای پمپهای میلهای مکنده اغلب شامل دادههای شیمی آب تولیدی یا طبقهبندی صریح خدمات خوردگی نمیشوند. تأمینکنندهای که سفارش استاندارد را تکمیل میکند، مواد استاندارد - مناسب برای خدمات تمیز و غیر خورنده - را بدون اطلاع از اینکه کاربرد مورد نظر در محیط ترش، با شرکت₂ بالا یا با شوری بالا است، ارسال میکند. خریدار محصولاتی را دریافت میکند که از نظر فنی سازگار هستند و برای کاربرد مورد نظر مناسب نیستند.
تدارکات مؤثر با محوریت خوردگی مستلزم انتقال صریح اطلاعات محیط چاه به تأمینکننده - فشارهای جزئی H₂S و شرکت₂، شوری آب، دما در عمق پمپ، برش شن و ماسه و هرگونه شاخص خطر میکروفون - و درخواست مشخصات مواد متناسب با آن محیط است. تولیدکنندگان باتجربه با کادر مهندسی میتوانند مواد مناسب را برای شرایط مشخص کنند.
ایجاد یک برنامه مدیریت خوردگی: رویکرد یکپارچه
مدیریت مؤثر خوردگی پمپهای میلهای مکنده یک اقدام واحد نیست - بلکه ادغام انتخاب مواد، عملیات شیمیایی و نظارت در یک برنامه منسجم است.
مرحله ۱ - توصیف محیط: تجزیه و تحلیل جامع شیمی آب تولیدی، اندازهگیری نرخ خوردگی و پایش باکتریایی برای تمام چاههای موجود در برنامه. طبقهبندی شدت خوردگی و مکانیسمهای فعال هر چاه.
مرحله 2 - انتخاب مواد مناسب برای هر دسته چاه: بر اساس شدت و مکانیسم خوردگی، آلیاژهای قطعات و عملیات سطحی را که عوامل اصلی خرابی را برطرف میکنند، مشخص کنید. برای اکثر محیطهای میدان نفتی، این به معنای حداقل استفاده از کاربید تنگستن یا آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی در قطعات شیرآلات است؛ در چاههای ترش یا با شرکت₂ بالا، ارتقاء مواد بشکه و پیستون نیز لازم است.
مرحله ۳ - در صورت لزوم، مهار شیمیایی را اجرا کنید: برای محیطهای خوردگی شدید که ارتقاء مواد به تنهایی محافظت کافی را فراهم نمیکند، یا در مواردی که از نظر اقتصادی، مهار به آلیاژهای مرغوب ترجیح داده میشود، یک برنامه تصفیه شیمیایی با سیستم انتقال و نظارت مناسب طراحی و اجرا کنید.
مرحله ۴ - ایجاد روالهای نظارت و بازرسی: نمونهبرداری از آب تولیدی (تعداد آهن، باقیمانده مهارکننده، باکتری)، تجزیه و تحلیل منظم کارت دینامومتر برای روند بهرهوری، و مستندسازی بازرسی سیستماتیک پمپ.
مرحله ۵ - پیگیری، تجزیه و تحلیل و تنظیم: برنامههای مدیریت خوردگی با دادهها بهبود مییابند. عمر پمپ را بر اساس دسته چاه و حالت خرابی پیگیری کنید، با دادههای شیمیایی و پارامترهای تصفیه مرتبط کنید و مشخصات یا تصفیه را بر اساس نتایج تنظیم کنید.
این رویکرد یکپارچه، همان چیزی است که اپراتورهایی را که به طور مداوم به عمر مفید ۱۸ تا ۲۴ ماهه پمپ در شرایط خورنده دست مییابند، از اپراتورهایی که ۴ تا ۸ ماه خرابی در همان نوع چاه را تجربه میکنند، متمایز میکند.
نتیجهگیری
خوردگی پمپهای میلهای مکشی یک چالش چندبعدی است - H₂S، شرکت₂، کلرید، اکسیژن، باکتریها، زوجهای گالوانیکی و چرخههای حرارتی هر کدام مکانیسمهای آسیب خود را در اجزای خاص پمپ و شرایط عملیاتی ایجاد میکنند. پیشگیری مؤثر مستلزم درک مکانیسمهای فعال در هر چاه، انتخاب موادی است که در برابر آن مکانیسمها مقاومت میکنند، اجرای عملیات شیمیایی در جایی که انتخاب مواد به تنهایی کافی نیست، و نظارت مداوم بر اثربخشی برنامه است.
ابزارهای موجود برای مهندسان فرازآوری مصنوعی مدرن جامع هستند: پوششهای پیستون فلزی اسپری، مجموعههای سوپاپ کاربید تنگستن و اینکونل ۶۲۵، بشکههای آلیاژی نیتریده شده و مخصوص، طرحهای پمپ بازیابی حرارتی هدفمند، برنامههای مهار شیمیایی سیستماتیک و تکنیکهای نظارت بر خوردگی که دادههای عملی در مورد اثربخشی برنامه ارائه میدهند. هیچ محیط چاهی بدون پاسخ مهندسی مناسب نیست.
اپراتورهایی که به بهترین نتایج دست مییابند - عمر مفید ۱۸ تا ۲۴ ماه در محیطهایی که چاههای مدیریت نشده در عرض ۴ تا ۸ ماه دچار شکست میشوند - کسانی هستند که پیشگیری از خوردگی را به عنوان یک رشته مهندسی سیستماتیک به جای یک فعالیت تعمیر و نگهداری واکنشی در نظر میگیرند. آنها شیمی چاه خود را اندازهگیری میکنند، مشخصات خود را با شیمی چاه مطابقت میدهند، برنامههای خود را نظارت میکنند و نتایج خود را با ثبات کافی پیگیری میکنند تا از هر بار کار کردن پمپ درس بگیرند.
هزینه انجام صحیح این کار نسبت به تعمیراتی که از آنها جلوگیری میشود، ناچیز است. بهبود طول عمر عملیاتی که ایجاد میکند قابل اندازهگیری، مستندسازی و تکرارپذیر است. و مزیت رقابتی که ارائه میدهد - هزینه بالابری کمتر به ازای هر بشکه در میادینی که رقبا خرابیهای خوردگی قابل پیشگیری را به عنوان هزینه انجام کار میپذیرند - بادوام است و با گذشت زمان افزایش مییابد.
سوالات متداول
س: برای مدیریت صحیح خوردگی پمپهای میلهای مکنده، شیمی آب تولیدی هر چند وقت یکبار باید آزمایش شود؟
الف) برای برنامههای مدیریت خوردگی فعال، شیمی آب تولیدی باید حداقل سالانه در تمام چاههای برنامه مدیریت خوردگی آزمایش شود. برای چاههایی که اخیراً تغییراتی داشتهاند - نفوذ به مناطق جدید آب، تغییرات قابل توجه در نرخ تولید، رویدادهای تعمیر که ممکن است باکتریها را وارد کرده باشند یا شیمی آب را تغییر داده باشند - آزمایش بلافاصله پس از رویداد، دادههای بهروز شدهای را برای تصمیمگیریهای مشخصات ارائه میدهد. برای چاههایی که از نظر تاریخی خرابیهای مرتبط با خوردگی را نشان دادهاند، آزمایشهای سهماهه اغلب برای تشخیص تغییرات شیمیایی قبل از اینکه منجر به عدم تطابق مشخصات شوند، ضروری است. پنل آزمایش باید شامل H₂S، شرکت₂، کلرید، تی دی اس، بیکربنات، پی اچ، آهن، سولفات و (به صورت دورهای) تعداد باکتریها باشد. هزینه یک آزمایش جامع شیمی آب - معمولاً چند صد دلار برای هر نمونه - نسبت به ارزش تصمیمات مشخصاتی که ارائه میدهد، ناچیز است.
س: تفاوت بین ترک خوردگی تنشی سولفیدی و خوردگی عمومی H₂S چیست و کدام یک باعث خرابی بیشتر پمپ میشود؟
الف) خوردگی عمومی H₂S (که خوردگی ترش نیز نامیده میشود) باعث کاهش وزن قابل پیشبینی ناشی از انحلال شیمیایی سطح فلز میشود - فلز به تدریج مصرف میشود و آسیب با سرعتی که با غلظت H₂S، دما و شیمی سیال مرتبط است، پیشرفت میکند. ترک خوردگی تنشی سولفیدی (اس اس سی) مکانیسم متفاوتی است: اتمهای هیدروژن تولید شده در سطح فلز در طول خوردگی H₂S به شبکه فولاد نفوذ میکنند، در نقاط تمرکز تنش تجمع مییابند و ماده را شکننده میکنند - که باعث شکستگی ناگهانی در سطوح تنشی میشود که در فولاد بدون هیدروژن باعث شکست نمیشود. شکستهای اس اس سی معمولاً ناگهانی و فاجعهبار هستند تا اینکه پیشرونده باشند و اجزای آسیبدیده اغلب تا زمان شکستگی از نظر بصری سالم به نظر میرسند. در جامعه مهندسی نفت، اس اس سی عموماً خطرناکتر در نظر گرفته میشود زیرا علائم هشدار دهندهای را که امکان مداخله پیشگیرانه را فراهم میکنند، از بین میبرد. برای اجزای پمپ میلهای مکنده، هر دو مکانیسم در چاههای حاوی H₂S فعال هستند، اما اس اس سی علت اصلی شکستگیهای ناگهانی و غیرمنتظره اجزا است - به ویژه در اجزای با سختی بالاتر (بالای 22 اچ آر سی) مانند قفسهای شیر و بدنههای ابزار روشن-خاموش که مستعد تردی هیدروژنی هستند. انتخاب مواد مطابق با NACE MR0175 با کنترلهای سختی به طور خاص به خطر اس اس سی میپردازد.
س: آیا میتوان اجزای استاندارد پمپهای میلهای مکنده از جنس فولاد کربنی را تنها با مهارکنندهها در چاههای با H₂S بالا محافظت کرد، یا همیشه ارتقاء آلیاژ مورد نیاز است؟
الف) مهار شیمیایی میتواند به طور قابل توجهی نرخ خوردگی در چاههای حاوی H₂S را کاهش دهد - در شرایط ایدهآل (تزریق مداوم، شیمی مناسب مهارکننده، نرخ تصفیه کافی، باقیمانده تأیید شده در عمق پمپ)، مهار به تنهایی میتواند نرخ خوردگی عمومی H₂S را در محدوده قابل قبول نگه دارد. با این حال، مهار نمیتواند به طور قابل اعتمادی از ترک خوردگی تنشی سولفیدی در گریدهای فولاد حساس جلوگیری کند. اس اس سی به جذب هیدروژن در شبکه فولاد بستگی دارد که تنها تا حدی توسط پوشش فیلم مهارکننده کاهش مییابد - حتی یک سطح به خوبی مهار شده نیز مقداری تماس H₂S و تولید هیدروژن دارد. برای اجزایی که بالاتر از محدوده سختی NACE (22 اچ آر سی برای شدیدترین محیطهای سرویس ترش) کار میکنند، مهار به تنهایی محافظت اس اس سی کافی را فراهم نمیکند. تغییرات آلیاژ یا عملیات حرارتی که سختی را کاهش میدهند، یا انتخاب آلیاژ با مقاومت ذاتی اس اس سی (مانند اینکونل 625 یا فولاد ضد زنگ دوپلکس) مورد نیاز است. راهنمای عملی: برای چاههایی با H₂S بالاتر از آستانه سرویس ترش NACE، انتخاب مواد و مهار را به عنوان اقدامات مکمل در نظر بگیرید، نه جایگزین. از مواد سازگار با NACE برای مقابله با خطر اس اس سی استفاده کنید و از مهار برای کاهش نرخ خوردگی عمومی در آن مواد استفاده کنید.
س: چگونه بفهمم که خوردگی میکروبیولوژیکی (میکروفون) در خرابی پمپهای میلهای مکنده من نقش دارد؟
الف) زمانی باید به میکروفون مشکوک شد که نرخ شکست خوردگی بالاتر از پیشبینیهای شیمی آب باشد - زمانی که غلظتهای شرکت₂ و H₂S اندازهگیری شده، شدت خوردگی مشاهده شده را توجیه نکنند. شاخصهای خاص از اجزای پمپ کشیده شده عبارتند از: رسوبات سولفید آهن سیاه روی سطوحی که شیمی مخزن تولید نمیکند (نشان دهنده H₂S تولید شده محلی از فعالیت اس آر بی)، الگوهای حفرهای نامنظم و متمرکز در مناطق راکد جریان (جایی که اس آر بی بیوفیلم تشکیل میدهد) و آسیب خوردگی مغایر با سرعت سیال تولید شده (خوردگی بالا در مناطق با سرعت کم که خوردگی شیمیایی کمتر است). تأیید آزمایشگاهی مستلزم جمعآوری نمونههای آب تولید شده و نگهداری مناسب برای کشت باکتریایی است - ویالهای استاندارد در معرض اکسیژن برای ارسال به آزمایشگاه معمولی ممکن است قبل از تجزیه و تحلیل، بیهوازیهای اجباری را از بین ببرند. روشهای زیستشناسی مولکولی (qPCR برای توالیهای ژنی خاص اس آر بی) روی نمونههای به درستی نگهداری شده، تشخیص قابل اعتمادتری نسبت به روشهای کشت ارائه میدهند. پس از تأیید میکروفون، درمان با بایوساید به عنوان بخشی از برنامه مدیریت خوردگی مورد نیاز است - مهارکنندههای خوردگی معمولی به جزء بیولوژیکی نمیپردازند.
س: طول عمر مورد انتظار اجزای شیر اینکونل 625 در مقایسه با فولاد ضد زنگ استاندارد 440C در محیط چاه با ترشی متوسط چقدر است؟
الف) در محیطهای نسبتاً ترش (فشار جزئی H₂S در محدوده 0.05-0.5 پسیا، همراه با شرکت₂ قابل توجه و کلرید متوسط)، تفاوت عملکرد بین فولاد ضد زنگ 440C و اجزای شیر اینکونل 625 قابل توجه است. فولاد ضد زنگ 440C، با وجود سختی خوب و مقاومت در برابر خوردگی عمومی، مستعد اس اس سی بالاتر از سطوح سختی قابل دستیابی در هندسه شیر پمپ است و در محیطهای H₂S حاوی کلرید، در برابر خوردگی حفرهای آسیبپذیر است. عمر مفید 3 تا 8 ماه برای شیرهای 440C در سرویس نسبتاً ترش معمولاً در انجمنهای مهندسی نفت گزارش میشود. اینکونل 625 در این شرایط به طور مؤثر در برابر اس اس سی مصون است و از طریق ترکیب نیکل-مولیبدن-کروم خود در برابر هر دو نوع خوردگی حفرهای کلرید و H₂S مقاومت میکند. عمر مفید مستند 18 تا 36 ماه برای اجزای شیر اینکونل 625 در شرایط مشابه، در گزارشهای متعدد اپراتورها ثابت است. هزینه افزایشی اجزای شیر اینکونل 625 نسبت به فولاد ضد زنگ 440C - که معمولاً چند صد دلار برای هر پمپ است - بازگشت سرمایه را در اولین بازه سرویس طولانی در هر چاهی که عمر مفید شیر قبلی آن کمتر از 12 ماه بوده است، تضمین میکند. برای دریافت توصیه مواد و ارائه قیمت برای پیکربندی اجزای شیر مقاوم در برابر خوردگی، با تیم مهندسی بند کشی دونگشنگ تماس بگیرید و پارامترهای H₂S، شرکت₂، کلرید و دمای خاص خود را ارائه دهید.
شرکت ماشینآلات نفتی تیلینگ دونگشنگ — تولیدکننده دارای مجوز رابط برنامهنویسی کاربردی 11AX-0118پمپ های میله ای مکندهو تجهیزات درون چاهی از سال ۲۰۰۰، لیائونینگ، چین. طیف کاملی از گزینههای مواد مقاوم در برابر خوردگی شامل قطعات اینکونل ۶۲۵، پیستونهای اسپری متال، مجموعههای شیرآلات کاربید تنگستن و آلیاژهای خاص، بشکههای برنجی کرومی و طرحهای پمپ مخصوص برای خدمات بازیابی نفت ترش، سنگین و حرارتی. دارای گواهینامههای ایزو 9001 و ایزو 14001. تأمینکننده واجد شرایط برای شرکت سی ان پی سی، سینوپک، ودرفورد و اس ال بی. ظرفیت تولید: ۳۰۰۰ مجموعه در ماه. تماس: واتساپ +۸۶ ۱۳۰۵۲۷۹۸۸۲۲. پاسخ به استعلام ظرف ۱۲ ساعت.