Kegagalan analisis pada tabung baja berlubang oleh korosidalam pipa pengeboran sumur

Kegagalan pipa merupakan masalah yang sangat serius di industri minyak dan gas. Industri-industri menghabiskan jutaan pound setiap tahun untuk memperbaiki kerusakan [1-5]. Pulasan sampel yang disediakan oleh con-signor adalah bagian dari potongan tabung baja sendi yang rusak dari minyak lepas pantai pengeboran sumur pipa ditunjukkan pada Gambar. 1. The berkaratDaerah tusukan diindikasikan dengan panah, dan pipa baja ukuran 140 mm diameter luar dan 9 mm dengan ketebalan dinding.Sendi yang rusak ditandai dengan warna cokelat tua di permukaan eksternal, warna abu-abu gelap di permukaan internaldan label, CCSISZ2009001, pada permukaan eksternal di mana sekrup benang akhir.

Pengirim mengklaim bahwa sendi baja diuji tabung itu tetap dalam Kelas SPEC API 5CT L80-1 pengeboran sumur pipa baja,di mana cairan yang mengandung minyak, air, pasir dan komponen lainnya mengalir. Arah aliran, kecepatan, tekanan dan suhu cairan yang tidak jelas.

Sebuah pipa dapat menderita erosi-korosi bila cairan kecepatan tinggi sedang digunakan [6-9]. Dalam karya ini, makro / Mikroanalisis, komposisi kimia, kekerasan dan ketangguhan impak analisis, metalurgi dan asam pengujian serangan dari rusakBagian telah selesai. Faktor utama yang menyebabkan kegagalan dibahas.

Prosedur percobaan

Ia baja patungan tabung bocor dari pipa pengeboran sumur diperiksa secara visual dan makroskopik, saat mengambilpeduli untuk menghindari kerusakan lebih lanjut pada permukaan etchpit. Sendi tabung baja menekan dianalisis dengan mikroskop optikdan analisis kimia. Untuk melengkapi karakterisasi material, sifat mekanik juga diukur,termasuk kekerasan, kekuatan tarik, ketangguhan dan energi. Untuk menentukan apakah ada jaringan cacat dalam pengujian pasangan-Material, serangan asam juga dilakukan.

Berdasarkan analisis kebutuhan dan tuntutan pengirim itu, uji sampel diambil dari daerah sekitar berkarattusukan dan dari daerah mana tidak ada korosi jelas. Berikut ini dianalisis: struktur metalurgi,ukuran butir, dan asam korosi, EM pemindaian, komposisi kimia dari material, sifat mekanik-ketegangan danV-berbentuk kedudukan dampak.

Permukaan yang tertusuk ultrasonically dibersihkan dan diamati dengan mikroskop elektron scanning (SEM) yang dilengkapidengan Energy-dispersif X-ray spektroskopi (EDX). Untuk mengkonfirmasi mekanisme kegagalan, produk korosi pada pukulanlokasi dianalisis dengan mikroskop elektron yang dilengkapi dengan EDX.

Hasil dan diskusi

Macroanalysis dari bagian yang rusak

Penampilan luar dari bagian korosi-berlubang dibersihkan ditunjukkan pada Gambar. 2a-e, di mana (a dan b) menunjukkan eksternalpermukaan dari dua bagian meninju, (c dan d) menunjukkan permukaan internal dan (e) menunjukkan bagian berlubang di mana sampeldiambil.

Dengan memeriksa bagian, hal ini terlihat dari (a dan b) bahwa ada tiga tusukan dengan bentuk tidak teratur. Gambar (c dan d)menunjukkan bahwa ada lubang besar korosi pada permukaan internal pipa baja, dengan korosi mulai dari internalpermukaan dan secara bertahap memperluas ke permukaan eksternal.Dalam (c dan d), adalah berguna untuk melihat panah-langkah yang ditunjukkan berbentuk struktur, yang terbentuk karena datum posisi-tioning dalam lubang bagian dalam harus terlebih dahulu lathed dengan 124 mm mm £ 15 dan lebar ke mesin benang pipa bersama.Karena off-pusat mesin, ada ketinggian langkah tidak merata (lokal lebih besar dari 1,5 mm) dan tidak ada langkah-langkah di beberapa lokasi.Setelah pemeriksaan korosi dan tusukan, ditetapkan bahwa lubang korosi dan tusukan tidak ada di manalangkah-langkah yang tajam tidak hadir, dan ada daerah berkarat lebih besar dan lebih tusukan di mana terdapat ketinggian langkah yang lebih besar. inimengarah pada kesimpulan bahwa tusukan berkarat erat terkait langkah-langkah''''.Ukuran dari lubang korosi pada permukaan bagian dalam yang lebih besar dibandingkan pada permukaan eksternal dan berbentuk seperticorong, dengan kontur bagian dalam permukaan berbentuk seperti kuku kuda dan diameter rata-rata 14-18 mm. Di lerenglubang korosi yang besar, banyak yang tumpang tindih lubang kecil yang hadir yang memiliki diameter kurang dari 1 mm dan bagian bawahyang dalam bentuk hemispherical. Di antara lubang kecil,'' tepi perbatasan'' ada, yang tampaknya telah dibentuk oleh internalsaling ekstrusi.

Itu ditentukan dari pengamatan di atas bahwa lubang korosi pada pipa baja telah macrofeatures konsistendengan erosi yang disebabkan oleh turbulensi dan gelembung [10,5]. Dari morfologi lubang, pada Gambar. 2c dan d, araherosi cairan harus dari atas ke bawah. Mungkin juga ada erosi kavitasi. Bentuk hemisphericaldari kawah, patah intergranular dan kominusi bawah permukaan membuat kerusakan dibedakan dari plastik umum

deformasi, dan kerusakan dianggap hasil dari gelombang geser [11].Sumber gelembung, terutama karena menuangkan air atau suhu tinggi uap biasanya untuk meningkatkan sumur minyak pro-produksi, sehingga campuran minyak dan air dipompa dari dasar sumur, yang mengandung lebih banyak udara, CH4 dan CO 2, adaGas H2S juga, Di tikungan dalam pipa (tee), atau bel lubang, karena perubahan laju aliran dan tekanan, akan ada timbultekanan rendah gelembung dan teradsorpsi pada permukaan kasar. Dalam kondisi tertentu, gelembung meledak, mengakibatkan gelombang kejut,merusak permukaan logam. Jika cedera adalah peristiwa berulang, lapisan permukaan logam mengupas dan penipisan sampai perforasi

Gambar. 2. Penampilan luar korosi-bolong Kelas tabung bersama L80-1 baja sekrup dan sampel analitis mengambil tempat. (a) Panah-diindikasikantusuk pada permukaan eksternal dari pipa baja. (b) Panah-tusukan yang ditunjukkan setelah (a) yang diputar oleh 90?. (c) Permukaan di tempatditunjukkan oleh panah dalam (a) tusuk, (1), (2) pit korosi yang besar, (3)'''' langkah dari mesin. (d) Permukaan di tempat yang ditunjukkan oleh panah di(b), (1) tusuk, (2) pit korosi yang besar, (3)'''' langkah dari mesin. (e) sampel Analytical diambil dari daerah panah ditunjukkan dalam (d).

Analisi komposisi kimia

Hasil dari dua pengukuran dengan DVGE-jenis fotolistrik langsung membaca spektrograf-emisi spektrometriMetode yang ditunjukkan pada Tabel 1, yang menyajikan komposisi kimia standar 30Mn2 20Mn2 dan baja ditentukan

Hal ini terlihat dari Tabel 1 bahwa komposisi kimia dari baja L80-1 Kelas diuji mirip dengan baja lainnya yang tercantum dalammeja.

Tes kemampuan

Uji kekerasan

Makro-kekerasan bahan yang diuji adalah 192-197 HBW di luar penampang melintang dan 201-207HBW dalamnya.

3.3.2.1. Kekerasan dan ketangguhan material. Sesuai dengan ASTM E8 - Ketegangan Pengujian Metallic Bahan II, tigaUji sampel dengan melengkung lintas-bagian dan permukaan kasar disiapkan. Mereka diambil secara aksial dari 156 mm-panjangKegagalan tabung dan diukur 156 mm dan 10 ± 0,2 mm lebar.Hasil diuji ditunjukkan pada Tabel 2, yang memberikan data yang kredibel dengan dispersi yang rendah.Data uji tarik dari tabung baja gagal dan data dari baja 20Mn2 telah mengalami pendinginan dan

temperingmenunjukkan bahwa kekuatan hasil dari kedua baja serupa, tapi gagal tabung baja memiliki kekuatan tarik yang lebih rendah, lebih tinggi elon-gation, kontraksi daerah yang lebih tinggi dan rasio hasil yang lebih tinggi.Selain itu, perbandingan data uji tarik dengan orang-orang dari Kelas L80-1 baja yang telah mengalami pendinginan dan menunjukkan tem-Pering bahwa kekuatan hasil dan tarik dari kedua baja serupa, tapi gagal baja memiliki elongasi rendah. ituFakta bahwa Kelas L80-1 baja memiliki kekerasan 217-220 HBW di luar penampang-nya, 217-224 HBW ditengah ketebalan dan 218-224 HBW di dalam mengungkapkan bahwa kekerasan tabung baja gagal adalah sedikit lebih rendah.3.3.2.2. Para patah tulang dalam sampel uji. Setelah abrupsi, penampilan fraktur dari tiga sampel uji pada dasarnyayang sama dan menampilkan patah tulang berbentuk cangkir dengan bibir geser ditandai. SEM dari patah tulang dalam sampel 1 No tarik yangditunjukkan pada Gambar. 3.

3.3.3. dampak ujiUntuk melakukan tes Charpy dampak pada fraktur, sesuai dengan metode uji ASTM E23 standar untuk berlekuk-bardampak pengujian bahan logam, kami menyiapkan tiga sampel bentuk yang tepat dan ukuran dari tabung baja gagal,yang diambil dalam arah aksial.Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 3. Meskipun tiga sampel tidak rusak dalam proses uji dampak, merekamengambil bentuk V-dan dispersi rendah, dan data uji layak acuan.Sebuah perbandingan data dampak uji dari tabung baja gagal dengan orang-orang dari 1.330 baja telah mengalami pendinginan dantempering menunjukkan bahwa pekerjaan dampak dari kedua baja yang sama dan sesuai dengan baja 1.320 khas.Sebuah perbandingan kerja dampak baja gagal dan Kelas L80-1 baja adalah mustahil karena pengirim tidakmenawarkan data yang relevan.Hasil di atas menunjukkan bahwa tabung baja gagal, 1320 dan 1.330 memiliki komposisi kimia yang mirip dan kekuatan, tetapiplastisitas dan ketangguhan dari mantan lebih baik.

Dibandingkan dengan Kelas L80-1 baja, kekuatan hasil dan tarik dari sendi baja gagal sama, kecuali untuk margin-sekutu elongasi yang lebih rendah dan kekerasan.

Gambar. 4. Perbandingan penampilan dari tabung baja gagal sebelum dan setelah serangan asam. (a) Munculnya sampel nomor r sebelum serangan asam. (b)penampilan sampel nomor r setelah serangan asam. (c) Munculnya sampel nomor t setelah serangan asam. (Tempat panah yang ditunjukkan adalah pit korosi).

Keimpulan

1. Komposisi kimia dari tabung baja berkarat mirip dengan baja 1320, 1330 dan L80-1 ditentukan dalam ASTM standar-standar. Pemeriksaan makroskopik menunjukkan bahwa kualitas bahan yang baik, tidak ada cacat organisasi mengandung-ing kotoran, seperti gas atau non-logam, dan jejak korosi, seperti ruang pori, tidak diamati setelah asammenyerang tes. Pemeriksaan mikroskopis menunjukkan bahwa kandungan non-logam inklusi dalam tabung baja gagal menghasilkandalam kelas 1,0-1,5, yang berada dalam kisaran yang diizinkan.2. Sifat mekanis dari tabung baja yang gagal diperiksa. Kekuatannya adalah dekat dengan yang 1320 dan 1.330 baja,tapi itu plastisitas lebih baik dan ketangguhan. Bila dibandingkan dengan L80-1 baja, perbandingan hasil panen dan kekuatan tarik terpenuhipersyaratan kualitas, kecuali untuk perpanjangan sedikit lebih rendah dan kekerasan.3. Lubang-lubang utama dan tusukan didistribusikan sepanjang'''' langkah, yaitu bentuk dengan off-pusat mesin pada internalpermukaan tabung. Cacat memiliki kuku kuda dan kontur hemispherical. Struktur metalurgi pada wajah subsur-dari beberapa lubang korosi dan bintik-bintik tusukan menampilkan melengkung, defleksi lentur dalam struktur banded (stream-garis). Struktur ini menunjukkan bahwa pit dan tusukan terutama disebabkan oleh erosi kavitasi.4. Zat meliputi lubang korosi dan tusukan mungkin produk korosi kimia dari bahan tabungoleh media mengalir, seperti minyak, H2 S dan / atau CO2. Para tusukan di sendi baja tabung gagal disebabkan oleh erosi Corrosion, kavitasi erosi dan korosi kimia, yang membuat dinding pipa secara bertahap menjadi lebih tipis hingga tusukan ituterbentuk dari tindakan mekanik dan kimia gabungan.

Saran

Setelah mesin perkakas, yang'''' langkah-langkah yang harus dihilangkan. Eksentrisitas mesin-alat harus dikurangi sebanyakmungkin, atau langkah-langkah'' yang'' sulit untuk menghilangkan

3.5.4. Metalurgi struktur tempat tanpa lubang besar korosi penetrasiPada lubang korosi lebih besar ditunjukkan oleh panah pada Gambar. 4c dan dalam arah panah, kami mengambil sampel uji yangpermukaan dipoles ditunjukkan pada Gambar. 10, di mana tempat ditandai dengan angka rv adalah bawah permukaan dari lubang etch. Gambar. 11menggambarkan struktur mikroskopis ditandai dengan angka rv pada Gambar. 10, dan komposisi metalurgi adalah sama denganyang pada Gambar. 6, yaitu, sorbit tempering. Dalam Gambar. 11, yang melengkung struktur, banded pada titik-titik yang ditandai dengan angka r, s dan v dalamGambar. 10 menunjukkan kelainan.Gambar. 11 menunjukkan defleksi lentur dalam struktur banded (arus) di bawah permukaan lubang korosi. The deflections di nomor r, s dan tempat-tempat v yang jelas dan ditandai dengan struktur

merampingkan deformasi yang disebabkan olehgelembung udara erosi (gelombang dampak yang kuat)

Gambar. 7. Mikroskopis penampilan dan ukuran butir dalam tabung baja gagal. (a) Setelah menggunakan asam pikrat dan xantat ETSA. (b) Lokal membesar (a).

3.5.2. Penentuan ukuran butir dalam tabung baja gagalSesuai dengan ASTM E112'' Memperkirakan Ukuran Butir rata-rata Logam'', ukuran butiran bisa dideteksi dengan semutetch berdasarkan asam pikrat dan natrium xantat.Penampilan dan ukuran butir yang ditunjukkan pada Gambar. 7, di mana indeks kelas butir penampang dari baja gagaltube 5.47 dekat permukaan bagian dalam, 5,78 di tengah dan 6,07 dekat permukaan luar, yang merupakan indeks yang tepat untuk biji-bijianrendah paduan baja dalam kondisi normal

3.5.3. Metallurgical struktur tusukan menembusDi sisi kiri dari sampel ditunjukkan pada Gambar. 2e, kami mengambil sampel dalam arah aksial dari tusukan, dan penampilandari permukaan dipoles dari sampel ditunjukkan pada Gambar. 8. Tepi tusukan yang ditandai dengan angka rv, yangdigunakan untuk menunjukkan lokasi pengamatan struktur mikroskopis

3.4. Asam serangan ujiSifat dari bahan logam sangat dipengaruhi oleh cacat struktur [12-15] dan perlu untuk menganalisis degaruhi oleh uji serangan asam. Lima sampel persegi panjang yang diambil dari lokasi tanpa jejak yang signifikan dari korosi,dimana sisi panjang dari tiga sampel bernomor rt diambil dari lingkar, dan sisi panjanglain dua sampel bernomor u dan v diambil dalam arah aksial. Permukaan sampel, di sini berarti batinpermukaan dinding tabung, yang kira-kira dipoles dengan tangan dengan amplas.Tes dari lima sampel dilakukan sesuai dengan ISO 4969-1980'' Pemeriksaan Makroskopik dengan etsadengan asam mineral yang kuat''.Para penampilan luar dari lima sampel serupa sebelum dan setelah serangan asam. Ada permukaan sempurna setelahtes serangan asam, dan kita tidak melihat micropores dalam akumulasi, baja rendah titik leleh konstituen, organisasicacat mengandung kotoran, seperti gas atau nonlogam, atau jejak korosi, seperti ruang pori. Penampilan asamdiserang nomor r dan t ditunjukkan pada Gambar. 4, dimana asammenyerang struktur tempat ditandai dengan bagian atas''dari permukaan'' terlihat. Ini adalah permukaan'''' atas yang merupakan datum posisi untuk pekerjaan

mesin yang disebutkan dalam Gambar. 2,dimana asammenyerang struktur tidak terlihat karena kekasaran sangat kecil.

4. analisa komprehnsif

Hasil menunjukkan bahwa substansi terkorosi pada sendi baja gagal tabung memiliki kandungan karbon yang cukup tinggi, yang datangdari karbonat, minyak itu sendiri, hidrokarbon dan mineral.Media mengalir di dalam pipa termasuk minyak, air, lumpur dan CO 2 2.CO larut dalam air dan membentuk asam karbonat, yangmenurunkan pH dari media mengalir, meningkatkan korosivitas dan menyebabkan pitting / korosi pada permukaan bagian dalamtabung. The asam karbonat tidak hanya menyebabkan korosi pada permukaan tabung tapi juga bereaksi dengan unsur lain dalam tabung untuk membentukkarbonat yang memiliki struktur butir berbentuk yang meningkatkan korosi erosi. Reaksi keseluruhan adalah: Fe + CO 2 + H2O?FeCO3 + H2.Struktur kristalografi tanah liatseperti substansi pada acara tabung baja patungan yang mengandung FeS, yang berasal dariH 2S di migas. Kelarutan 2S H dalam air sangat tinggi, dan solusinya adalah asam lemah yang menyebabkan korosi asambesi dan pitting korosi pada pipa baja. Korosi secara bersama-sama disebabkan oleh H2 S dan CO2, dan keberadaan CO 2 dalam gas minyakmembuat korosi yang lebih besar dari H2 S saja.

Seperti disebutkan di atas, langkah-langkah yang disebabkan oleh mesinalat posisi dapat dilihat pada Gambar. 2c dan d, dan langkah-langkah menyebabkanperubahan diameter bagian dalam pipa dan menciptakan kondisi yang menguntungkan untuk pembentukan turbulensi. Turbulensi bisa menusukhampir semua lapisan batas stasioner dekat dengan permukaan logam dan dapat menyebabkan tegangan geser permukaan besar. Tegangan gesercairan dapat mengupas zat dari permukaan logam, sehingga korosi dikupas atau erosi. Selain itu, hal ini jarang terjadiuntuk menghilangkan gelembung udara dalam cairan. Gelembung udara mudah berkumpul di lokasi di mana ada erosikorosi. Erosikorosi, bahkan gelembung baru, muncul dari perbedaan tekanan yang besar dalam cairan. Dalam situasi yang moderat, gelombang dampakdisebabkan oleh gelembung udara runtuh mengakibatkan erosi kupas serius pada permukaan logam dan menyebabkan pembentukan kecil banyakkorosi lubang pada permukaan yang barumengelupas. Permukaan logam terkikis oleh turbulensi dan gelembung udara selalu mengambil bentukdari parit, kuku kuda atau selokan, memiliki permukaan yang bersih dan zat berkarat tidak menumpuk. Semua yang disebutkan di atassifat-sifat lubang korosi dan tusukan memiliki fitur terdeteksi dan dijelaskan.

Dalam aksi gabungan korosi erosi, erosi kavitasi dan korosi kimia, dinding pipa menjadi lebih tipisdan tipis sampai tusukan terjadi, yang mewujudkan tindakan mekanik dan kimia gabungan.