Осложнения в нефтедобыче
..pdf
—коррозионно-эрозионное разрушение металла наиболее интенсивно на поверхности образцов, обращенной навстречу потоку;
—в продуктах коррозии присутствуют механические примеси;
—скорость локальной коррозии металла в 100-150 раз пре
вышает скорость его общей коррозии 9-14 мм/год).
Скорость эрозионного износа достигает наибольших значе ний при углах атаки от 10 до 40 град, (с максимумом при угле 20 град.) [140].
В работе [130] исследована зависимость абразивного воздей ствия частиц силикатного песка от их концентрации в движущей ся среде.
Показано, что для различных марок чугунов и сталей суще ствует определенная область значений концентраций механиче ских примесей, после достижения которой сопротивление коррози онно-эрозионному износу данных конструкционных материалов в сточных водах резко снижается. Так, серый чугун и углероди стая сталь начинают интенсивно изнашиваться после того, как со держание механических примесей в среде достигает 500-700 мг/л, легированные стали — при 150-300 мг/л, износостойкие чугуны — при 600-800 мг/л. При дальнейшем возрастании содержания меха нических примесей в среде стойкость всех конструкционных мате риалов в движущейся жидкости еще больше снижается, однако по сравнению с другими металлами легированные стали и чугуны достаточно абразивостойкие. Их сопротивление износу возраста ет в ряду: хромомарганцевая сталь 25Х14Г8Т, износостойкий чугун 300X1ЗГЗМ, хромоникелевая сталь Х18Н9Т, что обусловле но их физико-механическими и коррозионными свойствами (твер дость, коррозионная стойкость в сточных водах).
Неодинаковое сопротивление коррозионно-эрозионному из носу различных конструкционных материалов автор [130] связы вает также с формированием на их поверхности защитных пленок различной природы, обладающих отличной друг от друга стойко стью к абразивному износу. С увеличением концентрации меха нических примесей в потоке жидкости выше критических значе ний стойкость всех защитных пленок становится недостаточной для сопротивления эрозионному износу. Поэтому защитные плен-
ки удаляются с поверхности металла, и абразивному действию подвергается оголенная металлическая поверхность.
В. В. Шайдаковым, С. Н. Смольниковым были проведены испытания на гидроабразивную износостойкость некоторых ли тейных сталей и чугунов: 30ХГ2СТЛ; ЗОХГСЛ; 5Х5МФНЮРЛ; ЗОХГСНМДТЛ; 30ХГ2РСТЛ; 4Х16М2Т; 360X5; 360Х5М2; 4ХЗМФ6; 250Х25Т; 170Х30ГЗ.
Опытные сплавы выплавляли в открытых индукционных пе чах с основной футеровкой емкостью 25-400 кг методом перепла ва в чистой шихте. Доводку химического состава и легирование проводили, применяя ферросплавы, присадкой их в ванну печи. Химический состав контролировали методом спектрального анализа.
Образцы для испытаний (цилиндры диметром 13 мм и высо той 55 мм) отливали методом точного литья по выплавляемым моделям и подвергали термообработке.
Для сравнительных испытаний на износостойкость образцы закрепляли в специальные держатели, которые вращались со ско ростью 10-12 м/с в среде глинистой эмульсии с содержанием 10 % кварцевого песка и электрокорунда. Износостойкость оценивали по потере массы по сравнению со сплавом ЗОЛ.
Результаты испытаний представлены на рис. 4.13. Лучшие ре зультаты получены на сталях 30Х2ГСТЛ, 5Х5МФНЮРЛ и чугунах 250Х25Т, 170Х30ГЗ. Данные материалы рекомендованы для литья корпусов гидроциклонов, турбин турбобуров.
Отдельно следует выделить случай коррозионного разруше ния, который наблюдается, в частности, при эксплуатации нефте сборных коллекторов и низконапорных водоводов месторожде ний нефти Западной Сибири.
Разрушение представляется в виде одноили двухрядной ка навки по нижней образующей трубы, так называемая ручейковая коррозия (рис. 4.14), протекающая со скоростью 2-3 мм/год. Такие разрушения, как правило, наблюдаются на восходящих участках трассы трубопровода с расслоенным режимом течения газоводонефтяных смесей.
Зарождение и развитие ручейковой коррозии происходит вследствие возвратно-поступательных движений нестабильной
116
цикличности расслоенного водонефтяного потока, содержащего частицы абразива, а также в результате обратных ударов скапли вающегося и периодически проходящего газа [132, 141].
Ускорению протекания ручейковой коррозии способствуют повышение твердости металла (в 2-2,5 раза) на поверхности ниж ней образующей трубы по сравнению с исходным состоянием
врезультате наклепа за счет сил "микрорезания" абразивных частиц и функционирование макрогальванопар "отложениеметалл трубы" большой электродвижущей силы (АЕ = 0,2 В). Кроме того, ручейковая коррозия усугубляется действующими
встенке трубы растягивающими остаточными напряжениями металлургического происхождения и напряжениями от давления перекачиваемой жидкости.
4.2. УДАЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ПЕРЕКАЧИВАЕМЫХ СРЕД
Существуют два основных направления снижения количества механических примесей в жидкости: предотвращение их попада ния в жидкость и удаление уже содержащихся в ней примесей (рис. 4.15).
На практике получили развитие оба направления, причем максимальная эффективность по решаемой задаче достигается при комплексном их использовании.
Профилактические мероприятия, препятствующие попада нию механических примесей в жидкость, как правило, требуют значительно меньших затрат, чем ее очистка. Однако, применяя только профилактические мероприятия трудно, а в ряде случаев и невозможно, достигнуть заданного уровня чистоты жидко сти. Поэтому их целью является максимальное снижение коли чества примесей в жидкости, поступающей на очистительные устройства.
Методы удаления механических примесей из перекачиваемых по трубопроводам сред можно подразделить на три группы — удаление в силовом поле, фильтрование и комбинированные методы. К первой группе относят гравитационную, центробеж-
Рис. 4.15. Классификация методов снижения количества механических
примесей в жидкости |142]
ную, вибрационную, магнитную очистку, а также электроочист ку. Комбинированные методы сочетают в себе различные вариа ции методов первых двух групп указанной классификации.
Гравитационная очистка. На твердую частицу, находящуюся
вжидкости действуют гравитационная (сила тяжести) и выталки вающая (архимедова) силы, направленные вертикально в проти воположные стороны. Если в результате-их взаимодействия на блюдается выпадение взвешенных частиц, это явление можно ис пользовать для удаления из нефтепромысловых сред находящихся
вних механических примесей. Такой процесс получил название отстаивания, или седиментации.
Эффективность реализации данного метода зависит от плот ности очищаемой жидкости и частиц механических примесей,
а также их размеров и концентрации. На практике применяют две разновидности отстаивания: статическое, осуществляемое, как правило, при атмосферном давлении, и, реже, динамическое, про текающее при избыточном давлении.
Метод отстаивания хотя и прост, но имеет ряд недостатков, связанных со значительной зависимостью качества очистки от ха рактеристик механических примесей и содержащих их сред (дис персность, плотность, стабильность и др.).
Центробежная очистка. При данном методе удаление механи ческих примесей из жидкости происходит под действием центро бежной силы. Наряду с ней на частицу также действует противо положно направленная выталкивающая сила, при расчете кото рой, в отличие от процесса седиментации, ускорение свободного падения заменяют центробежным.
Для реализации центробежной очистки используют аппараты двух типов: гидроциклоны и центрифуги.
В гидроциклонах центробежная сила возникает вследствие вращательного движения жидкости в неподвижном корпусе ци линдрической, цилиндроконической или конической формы. Вы деляют противоточные, способствующие изменению направления потока на 180 град., и прямоточные гидроциклоны, в которых по ток сохраняет первоначальное направление. В зависимости от способа подвода жидкости и конструкции устройства, закручива ющего поток, различают аппараты с боковыми патрубками (тан генциальными или спиральными) и аксиальные (с лопаточными завихрителями в виде винта или розетки). Наибольшее распрост ранение получили гидроциклоны противоточного типа с цилинд-
120