Erosion-corrosion and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube

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REPORT


Erosion-corrosion and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube Tan Shang 1), Xian-kang Zhong 1), Chen-feng Zhang 1), Jun-ying Hu 1), and Bálint Medgyes 2) 1) State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China 2) Department of Electronics Technology, Budapest University of Technology and Economics, Budapest H-1111, Hungary (Received: 25 February 2020; revised: 6 May 2020; accepted: 7 May 2020)

Abstract: We investigated erosion-corrosion (E-C) and its mitigation on the internal surface of the expansion segment of N80 steel tube in a loop system using array electrode technique, weight-loss measurement, computational-fluid-dynamics simulation, and surface characterization techniques. The results show that high E-C rates can occur at locations where there is a high flow velocity and/or a strong impact from sand particles, which results in different E-C rates at various locations. Consequently, it can be expected that localized corrosion often occurs in such segments. The E-C rate at each location in the expansion segment can be significantly mitigated with an imidazoline derivative inhibitor, as the resulting inhibitor layer significantly impedes the electrochemical reaction rate. However, we found that this inhibitor layer could not effectively reduce the difference in the erosion rates at different locations on the internal surface of the expansion segment. This means that localized corrosion can still occur at the expansion segment despite the presence of the inhibitor. Keywords: erosion-corrosion; expansion segment; array electrode technique; inhibitor; localized corrosion

 

1. Introduction Erosion-corrosion  (E-C),  considered  to  be  one  of  the greatest safety  threats  in  the  petroleum  and  natural  gas   industry, causes pipeline thinning, leakage, and even perforation,  which  result  in  serious  economic  losses  and  can  even have catastrophic consequences. The expansion of the internal diameter of a tube is often designed for a certain number of wells for which some production parameters must be adjusted. For example, tubing with various internal diameters may be  used  in  one  well  due  to  the  need  to  adjust  the  flow  and production  rates.  Additionally,  a  threaded  connection  can cause changes in the internal diameters of the tube. For example, the internal structure of the America Petroleum Institute  thread  connection  is  usually  characterized  by  different internal  diameters  [1].  When  fluid  flows  through  a  tubing segment with variable diameters, the hydrodynamic parameters, such as the flow velocity or shear stress on the internal surface,  obviously  change  [2‒4],  especially  when  solid particles are carried in the transmission medium, which results  in  serious  E-C  damage  in  these  segments.  As  such, changes in the hydrodynamics parameters can cause further mass loss, which poses a huge safety risk. Therefore, it is im   

portant to understand