فهرست مطالب فصل اول مقدمه2 فصل دوم تئوری و مروری بر تحقیقات گذشته42-1- تقسیم بندی انواع خوردگی و مکانیزمها42-1-1- خوردگی عمومی42-1-2- خوردگی موضعی52-1-2-1- خوردگی حفره ای52-1-2-2- خوردگی شیاری72-1-2-3- خوردگی رشته ای92-1-3- خوردگی گالوانیک102-1-4- خوردگی محیطی102-1-4-1- ترکیدگی خوردگی تنشی (SCC)112-1-4-1-1- شکل ترکها112-1-4-1-2- اثرات تنش132-1-4-1-3- زمان شکست132-1-4-1-4- فاکتورهای محیطی152-1-4-1-5- فاکتورهای متالورژیکی152-1-4-2- خسارتهای هیدروژنی (ترک برداری ناشی از وجود هیدروژنHIC )162-1-5- خوردگی در اثر سیال172-1-5-1- خوردگی سایشی182-1-5-2- برخورد182-1-5-3- خوردگی حفره زایی192-1-6- خوردگی بین دانه ای202-1-7- آلیاژ زدایی 202-1-8- خسارت های حبابی212-1-9- خوردگی سوهشی212-3- سیستمهای ترش ، الزامات و استاندرادها222-3- انواع خوردگی درچاه های نفت وگاز252-3-1- خوردگی ناشی از اکسیژن272-3-1-1- چاه های نفت272-3-1-2- لوله های حفاری272-3-1-3- تجهیزات سرچاهی282-3-2- خوردگی ناشی از CO2282-3-2-1- چاه های گازی312-3-3- خوردگی ناشی از H2S322-3-3-1- چاه های گازی352-3-3-2- تجهیزات سر چاهی352-4- روشهای محاسبه نرخ خوردگی و مدلهاي آن352-4-1- مدل M-506(Norsok)362-4-2- مدل Dewaard (1975)372-4-3- مدل Dewaard (1993&1995)382-4-4- مدل Dewaard , Lotz , Dugstad (1995)392-4-5- مدل and Hailey(1993) Boros ، Wright ،Efird392-4-6- مدلKanwar & Jepson (1994)402-4-7- مدل Kanwar(1994)402-4-8- مدل (Bhongale 96) Gopal ، Bhongale ، Jepson412-4-9- مدل (1996)Gopal ، Kang ، Stitzel ، Jepson422-4-10- مدل Gray422-4-11- مدل Nesic(1995)422-4-12- مدل (2003)Nesic ، Lee ، Brown (خوردگي چندفازي CO2در حضور مقادير كمي از H2S )432-4-13- مدل (2004) dewaard ، Nesic ، George44 فصل سوم انتخاب مواد463-1- مقدمه463-2- شرایط سیال در میدان گازی گشوی جنوبی473-3- نقشه چاه (نحوه بکارگیری لوله های درون چاهی )513-4- تهیه و ارائه نرم افزارانتخاب مواد (IMS) برمبنای متدولوژی اشبی، استاندارد ها و مراجع523-4-1- بررسی محدودیتها563-4-2- معرفی نرم افزار573-4-2-1- روش انتخاب مواد603-4-3- ارزیابی خوردگی درشرایط سیال گشوی جنوبی663-4-3-1- انتخاب آلیاژ برای شرایط در تماس مستقیم با سیال663-4-3-2- انتخاب آلیاژ برای شرایطی که در تماس مستقیم با سیال نمی باشد70 فصل چهارم روش تحقیق734-1- مقدمه734-2- بررسی های میدانی744-3- بررسی خواص آلیاژ انتخابی764-3-1- بررسی ترکیب شیمیایی764-3-2- بررسی خواص مکانیکی764-3-3- محیط آزمایش764-3-4- آزمایش SSR (Slow Strain Rate)774-3-4-1- آماده سازی نمونه ها784-3-4-2- شرایط مکانیکی آزمایش794-3-4-3- تجهیزات آزمایش804-3-4-4- نتایج آزمایش80 فصل پنجم نتایج وبحث825-1- بررسی های میدانی825-1-1- بررسی فرایند ساخت825-1-2- تعیین نوع آلیاژ855-1-2-1- بررسی خواص مکانیکی855-1-2-2- بررسی ترکیب شیمیایی855-1-2-3- بررسی عمليات حرارتي865-1-2-4- خواص آلیاژ L80 type I براساس استاندارد API 5CT895-1-3- بررسی خوردگي895-2- نتایج آزمایش های خوردگی برروی آلیاژ انتخابی945-2-1- ترکیب شیمیایی945-2-2- خواص مکانیکی945-2-3- آزمایش SSR955-3- بررسی نتایج95 فصل ششم نتیجه گیری101نتیجه گیری101منابع و مراجع103 فهرست شکل ها فصل دوم شکل2-1 . شماتیک پیدایش خوردگی حفره ای [2].6شکل 2-2.مقطع ترک SCC درفولاد زنگ نزن (X500) [4].12شکل2-3. مقطع ترک SCC در برنج [4].12شکل 2-4. رابطه سرعت پیشروی ترک نسبت به عمق ترک تحت بار کششی ثابت [4].14شکل 2-5. رابطه بین ازدیاد طول نمونه به عنوان تابعی از زمان در یک آزمایش SCC با نیروی ثابت [4].14شکل 2-6. شرایط حاکم برسیستم ترش [15] .24شکل 2-7. محیطهای کاری با توجه به مقدار فشار جزئی H2S و pH [14].25شکل 2-8. شماتیک خوردگی درفولادها درحضور CO2 ,H2S[2].26شکل 2-9. حلالیت دی اکسید کربن در اعماق مختلف یک چاه نفت.30شکل 2-10. اثر افزایش دما بر نرخ خوردگی بر اساس معادله دی وارد میلیام [18].31شکل 2-11. اثر فشار جزئی H2S بر نرخ خوردگی فولادها در درصدهای مختلف NaCl [18].33شکل 2-12. اثر فشار جزئی H2S بر نرخ خوردگی فولاد خالص [18].33شکل 2-13. اثر فشار جزئی H2S و CO2 بر نرخ خوردگی فولاد ها [18].34 فصل سوم شکل3-1. معیار ترش و یا شیرین بودن سیال گازی بر اساس میزان H2S و فشار کل[15]49شکل 3-2. محیطهای کاری با توجه به مقدار فشار جزئی H2S و pH [14]50شکل 3-3. شماتیک قرارگیری لوله های درون چاهی .51شکل 3-4. نقشه طراحی و گرادیان دمایی میدانهای گازی سروک و خامی .52شکل 3-5. اصول اساسی انتخاب مواد مهندسی بر اساس متدولوژی اشبی ]26[.53شکل 3-6. چهار مرحله اصلی از فرایند انتخاب مواد]26[.55شکل 3-7 . فلو دیاگرام انتخاب مواد.58شکل 3-8 . صفحات اول و دوم نرم افزار IMS با دو قابلیت جستجو به منظور "انتخاب مواد" و "پیشنهاد عمومی" .59شکل 3-9 . انتخاب مسیر جستجو در نرم افزارIMS .60شکل 3-10. تعیین فشار جزئی H2S ,CO2 و همچنین ترش و یا شیرین بودن سیستم.61شکل 3-11. جستجو آلیاژ بر مبنای سه پیش فرض "مواد ازپیش تائیدشده " ، "مواد تائید شده بر پایه آزمایشات مشخص" و"اطلاعات میدانی".62شکل 3-12. جستجو آلیاژ بر مبنای " پیشنهاد عمومی".63شکل 3-13. تعیین استاندارد معادل آلیاژ انتخابی.63شکل 3-14. برخی امکانات محاسباتی نرم افزار IMS.64شکل 3-15. امکان جستجو بر مبنای تجهیز مورد نظر.64شکل 3-16. امکان جستجو بر مبنای آلیاژ.65شکل 3-17. انواع مدلهای خوردگی با توجه به فشارجزئی CO2 و H2S سیال.66شکل 3-18. اثر نیکل برکاهش نرخ خوردگی در20%NaCl,140 psi H2S,200 c,48 h)67شکل 3-19. اثر شماتیک عناصر کرم و نیکل بر افزایش مقاومت به خوردگی .68 فصل چهارم شکل4-1. ابعاد آماده سازی نمونه های آزمایش[28].78شکل 4-2. شماتیک اثر نرخ کرنش بر حالات مختلف ایجاد ترک[29].79شکل 4-3. شماتیک دستگاه آزمایش SSR [29] .80 فصل پنجم شکل 5-1. تصویر نمونه مورد بررسی83شكل 5-2. تصوير ساختار مقطع عرضي نمونه در بزرگنمایی x100.83شکل5-3. تصویر ساختار Banding در نمونه در بزرگنمایی x200. (ضخامت یکسان مقطع طولي با نمونه)84شكل5-4. تصویر ساختار Banding در نمونه در بزرگنمایی x200. (مقطع طولي داراي ضخامت بيشتر بوده)84شكل 5-5. ساختار سطح خارجی قطعه، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x200.87شكل 5-6. ساختار مغز قطعه ، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x100.87شكل 5- 7. ساختار مغز قطعه ، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x200.88شكل5-8. ساختار مغز قطعه ، مارتنزیت تمپرشده در بزرگنمایی x 500 .88شکل 5-9. تصویر کلی از لوله مورد آزمایش.90شكل 5-10. تصوير خوردگي حفره اي دربزرگنمایی x100.90شكل 5-11. تصوير خوردگي حفره اي در بزرگنمایی x200.91شكل 4-12. تصوير محصولات خوردگي در نمونه آزمایش در بزرگنمایی x100.91شكل 5-13. تصوير محصولات خوردگي در داخل حفره خوردگي دربزرگنمایی x1000.92شكل5-14. تصوير محصولات خوردگي به شكل دانه بندي دربزرگنمایی x200.92شکل 5-15 .نسبت استحکام تسلیم دردوحالت محیط خورنده وخنثی .97شکل 5-16. زمان شکست نمونه های دردوحالت محیط خورنده وخنثی .98شکل 5-17 .نسبت زمان شکست نمونه ها دردوحالت محیط خورنده وخنثی .98شکل 5-18 .نسبت درصدازدیاد طول نسبی نمونه ها در دو حالت محیط خورنده و خنثی .99شکل 5-19 .نسبت درصد کاهش سطح مقطع نمونه ها در دو حالت محیط خورنده و خنثی .99فهرست جدول ها عنوان صفحهفصل دومجدول 2- 1. اثر عناصر آلیاژی بر مقاومت در برابر حفره دار شدن آلیاژهای فولاد زنگ نزن [4,5,6,7].7جدول 2-2. تاثیر پارامترهای هندسی و الکتروشیمیایی بر مقاومت در برابر خوردگی شیاری [4].9 فصل سوم جدول 3-1. مشخصات سیال درمیدان گازی گشوی جنوبی.48جدول3-2. شرایط سیال در میدان گازی گشوی جنوبی.50جدول 3-3. چهار دستور العمل انتخاب مواد ]26[ .56جدول 3-4. خروجی نرم افزارIMS.69جدول 3-5. آلیاژ پیشنهادی جهت ساختلوله درون چاهیبمنظور بکارگیری در میدان گازی گشوی جنوبی.71 فصل چهارم جدول4-1. شرایط محیطی نمونه معیوب مورد بررسی.74جدول 4-2. شرایط محیطی آزمایش.77 فصل پنجم جدول 5-1. نتایج آزمایش کشش نمونه مورد آزمایش.85جدول5-2. نتایج آزمایش سختی نمونه مورد آزمایش.85جدول 5-3. نتایج آزمایش آنالیز شیمیایی نمونه مورد آزمایش.85جدول 5-4. فرایند ساخت و عملیات حرارتی بر اساس جدول 1 از استاندارد API 5CT[30].86جدول 5-5. نتایج آنالیز XRF از رسوبات داخلی نمونه آزمایش.93جدول 5-6. ترکیب شمیایی نمونه مورد آزمایش.94جدول 5-7. خواص مکانیکی نمونه مورد آزمایش.95 فصل اول مقدمه بررسی مقاومت به خوردگی در لوله های فولادی مورد استفاده درساخت تجهیزات ازقبیل خطوط لوله[1]، لوله های درون چاهی[2]، تجهیزات سرچاهی[3] درمجموعه مخازن گازی ترش و همچنین انتخاب آلیاژمقاوم به خوردگی ازاهمیت بالایی برخورداراست .باتوجه به اینکه فرایند شناسایی وانتخاب مواد در صنایع نفت وگازعمدتا براساس تجربیات موجود دراین صنعت، استاندارهای مرجع و یا ارائه خدمات مهندسی مشاوره توسط شرکتهای طراحی خارجی در ایران انجام می گیرد، در این پروژه با جمع آوری اطلاعات مرجع و بررسی محدودیتهای خوردگی، نسبت به تهیه و ارائه نرم افزار انتخاب مواد اقدام نموده و سپس با انجام آزمایشهای مرتبط امکان بکارگیری آلیاژپیشنهادی توسط نرم افزار فوق الذکر جهت بکارگیری درشرایط سیال میدان گازی ترش بررسی می گردد. فصل دومتئوری و مروری بر تحقیقات گذشتهتئوری و مروری بر تحقیقات گذشته 2-1- تقسیم بندی انواع خوردگی و مکانیزمها درشرایط کلی ده حالت مکانیزم خوردگی وجود دارد که با توجه به نوع تجهیزات و شرایط محیطی یک و یا ترکیبی از چند مکانیزم هم زمان پدید می آید [1,2]. 2-1-1- خوردگی عمومی خوردگی یکنواخت معمولترین نوع خوردگی است. معمولا بوسیله یک واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی بطور یکنواخت در سر تا سر سطحی که در تماس با عامل خورنده قراردارد، مشخص می شود ] 4 [.خوردگی یکنواخت را به طرق زیر می توان متوقف و یا کم نمود:الف- انتخاب مواد و پوشش صحیحب- استفاده از ممانعت کننده هاج- استفاده از حفاظت کاتدی وآندی شیمی محیط خورنده از نظر درصد یونها، وجود ناخالصیهای معدنی یا آلی بر روی خوردگی یکنواخت تاثیر دارند. بعنوان مثال درسیستم Fe-H2O عامل سختی آب بر خوردگی فولاد تاثیر بسزایی می گذارد. کار پلاستیکی بر روی خوردگی یکنواخت تاثیر می گذارد. 2-1-2- خوردگی موضعی[4] انواع مختلف خوردگی موضعی عبارتند از: خوردگی حفره ای[5] ، خوردگی شیاری[6]و خوردگی رشته ای[7]، که در زیر به توضیح آنها می پرداریم [2]. 2-1-2-1- خوردگی حفره ای[8] حفره دار شدن یکی از مخرب ترین انواع خوردگی می باشد و در اثر سوراخ شدن تجهیزات یا قطعات فلزی، باعث بلااستفاده شدن آنها می شود، در حالی که تقلیل وزن حاصل از این نوع خوردگی ناچیز است. این نوع خوردگی دو پیامد مهم را به همراه دارد [2]:الف– سبب کاهش ضخامت، ایجاد حفره وتغیرشکل ظاهری سطح می شود.ب- حفره های تشکیل شده غالبا مخروطی شکل اند و ایجاد تمرکز تنش می نمایند.منشاء پیدایش حفره ها عدیده است که از آن جمله می توان خراشهای سطحی، نابجائیهای برآمده[9]، تغییرات محیطی و یا رسوبات سطحی را-که سبب متفاوت شدن سرعت انحلال فلز می شوند- نام بردکه غالبا بر روی لایه فیلم محافظ و یا پوشش سطحی و یا سطح فلز ایجاد می شوند. اگر خوردگی حفره ای در سطح وسیعی از فلز گسترده شده باشد معمولاحفره ها از عمق کمتری برخوردار می باشند که آنها را کم عمق[10] و اگر حمله درسطح کوچکی از فلز تمرکز یافته باشد، حفره ها عمیقتر شده به آنها عمیق[11] می گویند. حفره ها پیلهای آندی هستند که توسط زمینه کاتدی محاصره شده اند. خوردگی حفره ای پس از طی مرحله پیدایش[12] طبق یک فرایند اتوماتیک یا اتوکاتالیتیک[13] و خودپیش برنده رشد می کند. این مطلب در شکل (2-1) نشان داده شده است. شکل2-1 . شماتیک پیدایش خوردگی حفره ای [2].در اینجا فلزM بوسیله محلول نمک طعام اکسیژن دار در معرض حفره دارشدن قرار می گیرد. در حالیکه انحلال سریع فلز در داخل حفره واقع شده، احیاء اکسیژن روی سطح مجاور انجام می شود. این واکنش خوردگی "خود پیش رونده" و "خود تکثیر" می باشد. انحلال سریع فلز در داخل حفره باعث ایجاد بار مثبت اضافی در این ناحیه می شودکه در نتیجه برای برقراری تعادل الکتریکی یونهای کلر به داخل حفره مهاجرت می کنند. بدین ترتیب در داخل حفره غلظت بالایی از MCl ایجاد می شود و در نتیجه هیدرولیز، غلظت بالایی از Hبوجود می آید. چون قابلیت انحلال اکسیژن در محلولهای غلیظ تقریبا صفر است، هیچ گونه احیاء اکسیژن در داخل حفره صورت نمی گیرد و واکنش کاتدی احیاء اکسیژن روی سطح خارجی مجاور حفره باعث حفاظت آن سطح در مقابل خوردگی می شود. به عبارتی حفره ها بقیه سطح فلز را حفاظت کاتدی می کنند و عمق حفره ها زیادترمی شود [2]. جدول 2- 1. اثر عناصر آلیاژی بر مقاومت در برابر حفره دار شدن آلیاژهای فولاد زنگ نزن [4,5,6,7].عنصرمقاومت دربرابرحفره دارشدنکرومافزایش می دهدنیکلافزایش می دهدمولیبدنافزایش می دهدسیلسیمکم می کند ،بامولیبدن افزایش می دهدتیتانیمدرکلرورفریک کم می کند،دربقیه مواردبی اثراستگوگردکم می کندکربنکم می کندنیتروژنافزایش می دهدمسکاهش می دهد ولی رشد حفره راکاهش می دهدقلعافزایش می دهدولی رشد حفره راافزایش می دهدمنگنزکاهش می دهد اکثر حفره دار شدنها به همراه هالوژنها می باشد. در این رابطه کلروها، برومورها و هیپوکلریت ها متداول ترین و رایج ترین می باشند که اکثر انهدامهای ناشی ازحفره دارشدن در اثر کلروها و یونهای حاوی کلر می باشند. هالوژنیدهای مس، آهن، جیوه شدیدا خورنده می باشند و برای ایجاد خوردگی، کلرورمس و آهن نیازی به وجود اکسیژن ندارند. افزایش سرعت انتقال سیال معمولا احتمال حفره دارشدن را کم ترمی نماید. افزودن %2 مولیبدنیوم به فولاد زنگ نزن 8-18 مقاومت این آلیاژ را در برابر خوردگی حفره ای افزایش می دهد [5].