MATSEL: UNA HERRAMIENTA PARA ORIENTAR LA SELECCIÓN DE MATERIALES PARA TUBERÍAS DE PRODUCCIÓN

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1 MATSEL: UNA HERRAMIENTA PARA ORIENTAR LA SELECCIÓN DE MATERIALES PARA TUBERÍAS DE PRODUCCIÓN Claudio Morales, Javier Etcheverry, Teresa Perez REDE- AR TENARIS- SIDERCA 1

2 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 2

3 Objetivo del modelo MATSEL es un software desarrollado por Tenaris Siderca R&D, que tiene por objetivo proveer una herramienta que ayude en la selección de materiales para tuberías de producción de petróleo y gas (Tubing and Casing), en base a su resistencia a la corrosión. 3

4 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 4

5 Materiales considerados Aceros al carbono y de baja aleación (hasta 3% Cr) con y sin inhibidor. (H40, J55, K55, M65, N80, L80, C90, C95, T95, P110, Q125, TN80Cr3, etc) CRAs (aleaciones resistentes de la corrosión) (Cr13, Cr13S, Cr22, Cr25, aceros austeníticos de alta aleación, aleaciones austeníticas de alto níquel). 5

6 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 6

7 Estructura MATSEL TUBING Corrosion por CO2+H2S Sulfide stress cracking Materiales Aceros al Carbono y de baja aleación CRAs: Cr13, Cr13S, Cr22, Cr25, aleaciones austeníticas y de alto Ni. Casing de Produccion Sulfide stress cracking Materiales Aceros al Carbono y de baja aleación 7

8 Aceros Carbono y de baja aleación Sulfide Stress Cracking Corrosion por CO 2 Inhibición y no inhibición Materiales adecuados LCC Modelo de Flujo CRAs CO 2, H 2 S, Cl -, Temperature, ph Se considera el efecto de ambos gases Materiales recomendados 8

9 Estructura del modelo Datos de entrada Aceros al carbono y de baja aleación CRAs Corrosión por CO 2 Modelo de flujo Modelo de De Waard s Factotres de correción Inhibición Fisuración por H 2 S (SSC) NACE MR 0175 / ISO part 2, opt 2 (PH2S, PCO2, ph) Condiciones de performance aceptable Datos de comportamiento en función de (CO2, H2S, Cl-, T, PH) - Velocidad de Corrosión rate - Leak risk Listado de materiales aceptables por su resistencia al SSC Listado de materiales adecuados para el medio 9

10 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 10

11 In-situ ph SSC Aceros al carbono y de baja aleación NACE MR0175/ISO standard, part 2, Options 1 and kpa (0.05 psi) La opción 2 requiere el ph como input. Se estima con la ecuación de Oddo H 2 S partial pressure (kpa) 11

12 Ecuación de Oddo ph act - HCO TDS TDS log t t P pco

13 Corrosión por CO 2 en aceros al carbono y de baja aleación Modelo de Waard (95) s con sus correcciones del Considera el efecto de la composición y microestructura del acero en la velocidad de corrosión Efecto protectivo de carbonatos y el petroléo 13

14 Aceros al carbono y de baja aleación Corrosión Fcr 1 1 Vr Fc Vm V Modelo de Waard (95) cor por CO y factor oil de Waard 2 oil (03) V r : Reacción en superficie V m : Transferencia de masa F Cr, F C Factores que tienen en cuenta el efecto del carbono y cromo 14

15 Aceros al carbono y de baja aleación Corrosión Fcr 1 1 Vr Fc Vm V Modelo de Waard (95) cor por CO y factor oil de Waard 2 oil (03) Aceros Normalizados Reacción en Superficie 1119 log( V ) 4.84 r 0.58log( pco2 ) 0.34( ph phco2 ) T Transferencia de masa 0.8 U V m 2.8 p 0.2 CO2 d Efecto de la Composición Cromo 1 F Cr 1 2.3Cr% Carbono F C 1 4.5C% Aceros templados y revenidos Reacción en Superficie 1119 log( V ) 5.07 r 0.58log( pco2 ) 0.34( ph phco2 ) T Transferencia de masa 0.8 U V m 2.7 p 0.2 CO2 d Efecto de la Composición Cromo 1 F Cr 1 1.4Cr% Carbono F C 1 15

16 Aceros al carbono y de baja aleación Factor protectivo por efecto del hidrocarburo Maximo tenor de agua W break = API F oil 4 W W U W W 90 W break break break U 90 Factor de protección por efecto de la formación de productos protectivos 2400 Tscale log pco log F scale 0.44 log( pco2 ) 6.7 F scale 1 T Factor de protección por formación de sulfuros FH2S = 1/( [HS-] (mol/liter)) Up to 0.01% H2S If > 0.01% the factor remains constant 16

17 Módulo de CRA Principales variables consideradas : CO 2, H 2 S, Cl -, Temperatura, ph La aplicabilidad se determina comparando condiciones de pozo con cartas que informan condiciones límites de aplicación Definition of acceptable regions: Craig, BP, TENARIS 17

18 CRAs Variables consideradas :CO 2, H 2 S, Cl -, T, ph Límites en las condiciones de servicio T crit ( C) p CO2 (psi) NaCl (g/l) 0 Límites para L80 13Cr, corrosión por CO 2 18

19 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 19

20 Modelo de flujo Calcula en función de la profundidad : Temperatura, presión, tipo de flujo, velocidad de gas, y líquido; flujos de gas, oil y agua Existen dos versiones : Black oil : es el modelo actualmente incluído en el MATSEL. Black oil + Composicional : el composicional está en desarrollo. 20

21 Considera un petróleo con baja proporción de gas Composicional Se basa en ecuaciones de estado de gases reales y es aplicable a pozos de gas 21

22 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 22

23 Input para versión que incluye sólo Black oil Profundidad, desviación, diámetro y espesor de las diferentes secciones de la tubería 23

24 Datos del pozo y materiales Producciones, temperatura y presión de tope. Características del agua, oil y gas. Tipo de acero : tenores de C y Cr; tratamiento térmico. Criterio evaluación sour. Posible uso de inhibidor. 24

25 Input para versión que incluye Black oil + Composicional Además de la información indicada previamente 25

26 Output modelo de flujo 26

27 Output módulo sour para aceros al carbono y de baja aleación 27

28 Out put módulo corrosión por CO 2 de aceros al carbono y de baja aleación 28

29 Output módulo CRA 29

30 30

31 Agenda Objetivo Materiales considerados Estructura del modelo Descripción módulo de corrosión Descripción módulo de flujo Entradas y salidas del modelo Cálculo estadístico 31

32 Cálculo estadístico Se aplica a la estimación de la velocidad de corrosión por CO2 para aceros al carbono y de baja aleación. Permite analizar el efecto relativo de distintas variables. Permite seleccionar un rango para las principales variables en vez de un solo valor. Usando el método el programa permite armar set con distintas combinaciones de variables. Para cada set se corre el modelo de flujo y calcula velocidades de corrosión en función de la profundidad y hace un análisis estadístico de los resultados : valores medios, distribuciones. 32

33 33

34 Vel liq Vel gas Water cut Prof (m) Prof (m) Prof (m) 34

35 V corr base line Factor oil Factor scale V corr Prof (m) Prof (m) Prof (m) Prof (m) 35

36 Frequency Frequency Frequency Corrosion Velocity Median 10 % 90 % Mean Depth (m) 10 Wellhead 12 Maximum median velocity 10 Well bottom Corrosion velocity

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