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Agosto de 2010
Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
Fabin BenedettoTechnical Sales ManagerSouthern Cone
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 2Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 3Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 4Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes
Complejidad de las mezclasGeneralmente los pozos productores entregan una mezcla compuesta por, al menos, tres de los siguiente elementos:
Hidrocarburos lquidos (petrleo, condensado, bitumen)
Hidrocarburos slidos o cuasi-slidos (parafinas, hidratos)
Hidrocarburos gaseosos
Otros gases (CO2, H2S, N2)
Agua con sales disueltas
Arena u otros componentes slidos
La complejidad de estas mezclas hace que, si bien los fenmenos erosivos son una fuente bien reconocida de problemas en la industria del petrleo y el gas, su tratamiento no presente demasiada difusin en la bibliografa.
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TenarisUniversity 5Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes
Complejidad de las formasAdicionalmente, la factibilidad de ocurrencia de estos fenmenos est asociada a las formas de los elementos que componen las instalaciones.
La lista siguiente es una gua bsica de los elementos mas propensos a sufrir fenmenos de erosin o bien erosin-corrosin.
Curvas
Bifurcaciones
Chokes
Cambios de secciones (Restricciones)
Vlvulas
Cordones de soldaduras con protuberancias o intrusiones
T Tubulares ubicados en zona de punzados
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TenarisUniversity 6Agosto de 2010Fabin Benedetto
Las altas velocidades de flujo obtenidas en lugares de turbulencia
localizada favorecen a la corrosin porque:
Remueven a los productos de corrosin
Favorecen las reacciones que producen corrosin
Complejidad de las formas
Componentes presentes
Velocidad del flujo en zonas con protuberancias: hasta 300 m/s
Velocidad media del flujo: 2 m/s
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 7Agosto de 2010Fabin Benedetto
Entonces, las partes mas vulnerables de los sistemas sern aquellas
en donde:
1. El Flujo cambia de direccin rpidamente
2. Las velocidades son elevadas debido a caudales
importantes
3. Las velocidades son importantes debido a restricciones
de rea
4. El flujo impacta de manera concentrada en un rea
determinada
Complejidad de las formas
Componentes presentes
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TenarisUniversity 8Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes
Hay presencia de slidos?La presencia de slidos es la principal preocupacin para definir una estrategia que permita mitigar los fenmenos de erosin-corrosin.
No hay una forma emprica exacta de estimar prdida de espesor debido a erosin por slidos.
Zona preferencial de prdida de espesor
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TenarisUniversity 9Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes
ClasificacinEn sistemas de produccin de gas, agua y petrleo, la erosin se clasifica en estos 4 grupos:
La erosin por lquidos no corrosivos (impacto de gotas de lquido) Erosin debido a fluidos no corrosivo que contiene partculas slidas Erosin-corrosin debido a un medio corrosivo en ausencia de slidos Erosin-corrosin mediante un fluido corrosivo que contiene slidos
Fenmenos erosivos prdida de material en zonas de alta velocidad superficies brillantes (metal expuesto)
Fenmenos corrosivos morfolgicamente mas errticos anlisis de los productos de corrosin.
La erosin-corrosin es la combinacin de ambos efectos. La experiencia indica que, en pozos de gran caudal, para aceros al carbono, el efecto combinado de la erosin y la corrosin es mayor a la sumatoria de cada efecto si este actuara solo por separado.
Fuente: Paper NACE 06592. Corrosin 2006 Design and Operations Guidelines to Avoid Erosion Problems in Oil and Gas Production Systems One Operators Approach
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TenarisUniversity 10Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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TenarisUniversity 11Agosto de 2010Fabin Benedetto
Mecanismos de falla
Mecanismos de defensa de los materialesLos diferentes materiales generan pelculas protectivas con los componentes resultantes de los fenmenos corrosivos (o de precipitacin), as la presencia de carbonato, xidos y sulfatos desaceleren los fenmenos dependiendo de la estabilidad de estas pelculas.
Capa protectiva L80 Capa protectiva 3Cr
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TenarisUniversity 12Agosto de 2010Fabin Benedetto
Mecanismos de falla
Mecanismos de defensa de los materiales
Vcorr
Vflujo
En presencia de la capa protectora
Sin presencia de la capa protectora
Rotura de la capa
protectora
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TenarisUniversity 13Agosto de 2010Fabin Benedetto
Mecanismos de falla
Tipo de falla (I)
Remocin de las pelculas protectivas debido a Erosin por partculas slidas
From www.mtc-metlab.com
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TenarisUniversity 14Agosto de 2010Fabin Benedetto
Mecanismos de falla
Tipo de falla (II)
Remocin de las pelculas protectivas debido a Erosin por gotitas de lquido
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TenarisUniversity 15Agosto de 2010Fabin Benedetto
Mecanismos de falla
Tipo de falla (III)
Remocin de las pelculas protectivas debido a Cavitacin
From www.answers.com
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TenarisUniversity 16Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 17Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
GeneralidadesLos fenmenos erosivos por lo general se distinguen morfolgicamente por prdida de material en zonas de alta velocidad.
Los fenmenos corrosivos por lo general son morfolgicamente mas errticos y su confirmacin depende del anlisis de los productos de corrosin.
La erosin-corrosin es la combinacin de ambos efectos. Segn el balance entre las caractersticas del fluido y su velocidad ser la predominancia:
CobreAcero al carbono
From Copper.org
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TenarisUniversity 18Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
Generalidades
Fluidos muy corrosivos a baja velocidad: Alta velocidad de corrosin (picado) Formacin de pelculas protectoras Posibilidad de inhibicin
Flujos altamente erosivos de fluidos poco corrosivos: Superficies brillantes Poca contribucin de la corrosin Difciles de inhibir
Condicin intermedia: Difcil predecir la tasa de prdida de espesor
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 19Agosto de 2010Fabin Benedetto
Influencia de fluidos erosivos
La velocidad de flujo acelera los fenmenos corrosivos!!
Erosin-corrosin
From www.maverickinspection.com
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 20Agosto de 2010Fabin Benedetto
Fluidos multi-fsicos
Una regla ya establecida en la Industria del petrleo es la utilizacin de la ecuacin de la API 14E para evitar problemas erosivos.
La ecuacin se utiliza para determinar VelocidadesErosionales lmites para mezcla de gases y lquidos. No considera presencia de slidos.
En la expresin anterior:VE = Velocidad erosional lmite (ft/seg)C = Constante erosional (emprica)
= Densidad de la mezcla (lbs/ft3)
La expresin emprica no considera el efecto de la corrosividad del medio, adems no tiene en cuenta la remocin de productos protectores que a su vez favorecen la corrosin.
C=Ve
Erosin-corrosin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 21Agosto de 2010Fabin Benedetto
Fluidos multi-fsicos
API 14E sugiere algunos valores de la constante C emprica, como se muestra a continuacin:
C = 100 para servicio continuo C = 125 para servicio intermitente C = 150 a 200 para servicio continuo con fluidos no corrosivos C = 250 para servicio intermitente con fluidos no corrosivos
Tambin se recomienda que, si hay prediccin de presencia de slidos, las velocidades del fluido se deberan reducir significativamente.
En su contenido, este documento especifica que otros valores de la constante "C" pueden ser utilizados en aplicaciones especficas que hayan demostrado ser apropiadas.
Erosin-corrosin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 22Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
Fluidos multi-fsicos
Fuente: Paper NACE 58 Corrosion 98: Erosion and multiphase production of oil and gas Shell Offshore Incorporated
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 23Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
Fluidos multi-fsicos
Fuente: Paper NACE 06592. Corrosin 2006 Design and Operations Guidelines to Avoid Erosion Problems in Oil and Gas Production Systems One Operators Approach. Field Data for low sand content production.
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 24Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
Fluidos multi-fsicos
Fuente: Paper NACE 58 Corrosion 98: Erosion and multiphase production of oil and gas Shell Offshore Incorporated
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 25Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
Fluidos multi-fsicos en tubos verticales
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 26Agosto de 2010Fabin Benedetto
Erosin-corrosin
Fluidos multi-fsicos en tubos horizontales
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 27Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 28Agosto de 2010Fabin Benedetto
Ocurre por lo general cuando un lquido pasa a travs de una restriccin y su presin se reduce por debajo de la presin de vapor.
Las burbujas que all se generan implotan al aumentarse nuevamente la presin generando ondas de impacto que daan al material.
Es comn de encontrar en: Vlvulas con restricciones Rotores de bombas Chokes
Generalidades
Cavitacin
From www.fluidlab.naoe.t.u-tokyo.ac.jp
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TenarisUniversity 29Agosto de 2010Fabin Benedetto
Cavitacin
La prediccin de ocurrencia usualmente se analiza a travs del nmero K:
En donde:Pmin = Presin mnima en la zona de anlisis (Pa)Pvap = Presin de vapor del lquido (Pa)
= Densidad del fluido (kg/m3)V = Velocidad a travs del rea de anlisis (m/s)
Un valor de K < 1,5 indica que cavitacin puede ocurrir
Generalidades
2
min2
V
PPK
vap
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 30Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 31Agosto de 2010Fabin Benedetto
Los codos y las tes son los lugares mas propensos a que se produzcan fenmenos corrosivos asistidos por erosin precisamente por la influencia de los cambios de flujo.
Generalidades
Cambios de flujo
From Erosion in elbows in hydrocarbon production systems: Review document
Prepared by TV NEL Limited for the Health and Safety Executive 2003
RESEARCH REPORT 115
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 32Agosto de 2010Fabin Benedetto
Generalidades
Cambios de flujo
Zona de baja presin en la curva interna del codo
Zona de alta presin en la
curva externa del codo
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 33Agosto de 2010Fabin Benedetto
Presencia de arena o slidos en los separadores es indicacin de potenciales problemas de erosin. Debido a lo complejo del sistema, la mejor manera de evitar roturas es establecer un programa de medicin por US en las zonas propensas tales como codos o cambios de secciones.
Esta tcnica tiene como deficiencia que permite evaluar solo partes limitadas de las instalaciones.
Prediccin
Cambios de flujo
From www.inspeccion.com.mx
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 34Agosto de 2010Fabin Benedetto
Componentes presentes en la produccin de HC
Mecanismos de falla
Erosin-Corrosin
Cavitacin
Erosin en cambios de flujo
Factores a considerar en el diseo o seleccin
Contenido
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 35Agosto de 2010Fabin Benedetto
El concepto a seguir es determinar los valores de velocidades lmitesmediante las cuales se puede asegurar una prdida de espesor de 0,1 mm/ao o menos debido a erosin.
Para eso se establecen 3 categoras de fluidos:1.Fluidos totalmente libre de slidos:
Es importante certificar que no hay presencia de slidos de ningn tipo antes de otorgar esta clasificacin.
2.Fluidos nominalmente libre de slidos: Menos de 1 lb de slidos cada 1000 barriles de lquido Menos de 0,1 lb de slidos cada 1 MMstdCuft
3.Fluidos con presencia de slidos: Valores en exceso a los anteriormente mencionados
(1) Fuente: Oilfield Corrosion Course, por Bijan Kermani.
Gua de evaluacin para evaluar velocidades lmites (1)
Diseo o seleccin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 36Agosto de 2010Fabin Benedetto
Entorno no corrosivo:Fluidos de 1 sola fase (lquidos o gas):
No hay velocidades lmites establecidas en las especificaciones.Fluidos multi-fsicos:
No superar la velocidad de acuerdo a los niveles de ruido permitido.
Entorno corrosivo:Fluidos de 1 sola fase (lquidos o gas):
No hay velocidades lmites establecidas en las especificaciones.Fluidos multi-fsicos sin inhibicin:
No superar la velocidad de acuerdo a los niveles de Ruido permitido.Fluidos multi-fsicos con inhibicin:
Utilizar API 14E con C = 200 (lmite 20 m/s).
(1) Fuente: Oilfield Corrosion Course, por Bijan Kermani.
Fluidos libres de slidos (Erosin < 0,1 mm/ao) (1)
Diseo o seleccin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 37Agosto de 2010Fabin Benedetto
Por lo general, los valores de constante erosional CE que propone la API 14E son considerados en la industria como muy conservativos.
Basado en la prctica se proponen los siguientes valores (1):Transporte de lquidos, usar API 14E con:
CE = 250 para aceros al carbono CE = 300 para acero con 13% de Cr CE = 400 para Duplex
Transporte de fluidos multifsicos, usar API 14E con: CE = 135 para aceros al carbono CE = 300 para acero con 13% de Cr CE = 350 para Duplex
Transporte de gas, utilizar otro modelo.
(1) Fuente: Oilfield Corrosion Course, por Bijan Kermani.
Fluidos nominalmente libres de slidos (Erosin < 0,1 mm/ao) (1)
Diseo o seleccin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 38Agosto de 2010Fabin Benedetto
En los sistemas en donde se produce hidrocarburos acompaados de una cantidad importante de slidos no es posible establecer un criterio de velocidad mnima para garantizar wall loss < 0,1 mm/ao.
V.erosional ~ (energa cintica de las partculas)
En esos casos se recomienda:
1- Medios mecnicos para retener slidos (filtros, gravel pack, etc)
2.- Programa de Monitoreo y conteo de slidos en los fluidos producidos
3.- Frecuencia de inspeccin en lugares mas vulnerables por medio de UT.
(1) Fuente: Oilfield Corrosion Course, por Bijan Kermani.
Fluidos con presencia de slidos (Erosin < 0,1 mm/ao) (1)
Diseo o seleccin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 39Agosto de 2010Fabin Benedetto
Fluidos con presencia de slidos
Diseo o seleccin
Por ejemplo los linepipe API 5L Grado B tiene una dureza Brinnel ~120 (dureza Mohs ~3), el xido de hierro tiene una dureza Mohs ~6 y el xido de silicio (arena) ~7.
Si hay arena la capa de xido se destruye y por lo tanto el material queda expuesto al fenmeno de erosin-corrosin.
~7
~3
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 40Agosto de 2010Fabin Benedetto
(1) Fuente: Intalacin en Rumania, Reservorio de areanas no consolidadas
Fluidos con presencia de slidos
Diseo o seleccin
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 41Agosto de 2010Fabin Benedetto
Fuente: Tenaris REDE AR, Report 2758/08
Fluidos con presencia de slidos
Diseo o seleccin
String part Depth
(m)
String part Depth
(m)
Liner hanger 101
Casing shoe 105
Damage position 113.5
Slotted liner upper limit 114
Tubing-pump joint 115
Pump end 118
Slotted liner lower limit 120
Liner shoe 125
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 42Agosto de 2010Fabin Benedetto
Fluidos con presencia de slidos
Diseo o seleccin
Fuente: Tenaris REDE AR, Report 2758/08
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Erosin: Su influencia en la Corrosin y su interaccin con el Diseo
TenarisUniversity 43Agosto de 2010Fabin Benedetto
Regla del pulgar para considerar Erosin Corrosin (1):
Aceros al carbono = Rate de erosin + 2*Velocidad de corrosin
Aleacin con 13% Cr = Rate de erosin + Velocidad de corrosin (si hay posibilidad de re-pasivacin)
Duplex = Rate de erosin
Como siempre en estos casos, la evidencia experimental de campo es mandatoria.
(1) Fuente: Oilfield Corrosion Course, por Bijan Kermani.
Influencia de la erosin en el proceso corrosivo
Diseo o seleccin
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