Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Анализ состояния изученности объекта исследования 9
1.1. Характеристика объекта исследования 9
1.1.1. Эксплуатационная надежность газопроводов 12
1.1.2. Эксплуатационная надежность нефтепроводов 21
1.1.3. Оценка эксплуатационной надежности трубопроводов с точки зрения теории риска; 26
1.2. Результаты анализа 50
1.3. Цель, задачи и методология исследования 51
1.4. Выводы по главе 51
2. Анализ физического процесса при прохонадении потока через рассекающую муфту 53
2.1. Функциональный анализ процессов износа внутренней коррозии
трубопроводов 54
2.1.1. Содержание функционального подхода при построении модели 56
2.Г.2. Функциональная модель процессов износа нефтепроводов 59
2.2. Обоснование и выбор комплекса характерных параметров 61
2.3. Математическая модель процесса образования гомогенной смеси 77
2.4. Выводы по главе 78
3. Лабораторные исследования процесса образования гомогенной смеси...79
3.1. Эксперименты на лабораторном стенде: 79
3.2. Методика проведения лабораторного эксперимента и обработки результатов 90
3.3. Результаты эксперимента: анализ и обсуждение... 93
3.4. Выводы по главе 103
4. Методика расчета параметров рассекателя 104
4.1. Разработка алгоритма расчета рабочих параметров 104
4.2. Пример расчета участка нефтепровода Сергеевской площадки НГДУ « Уфанефт ъ» 118
4.3. Выводы по главе 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124
Список использованной литературы
Введение к работе
Безопасная эксплуатация трубопроводов связана с проблемой повышения их надежности и долговечности и является сложной комплексной задачей, включающей в себя решение технических, технологических, экономических и организационных аспектов. Этой проблеме посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных авторов, однако, в настоящее время она полностью еще не решена и многие вопросы остаются открытыми.
Эксплуатационная надежность нефтепроводов в значительной степени определяется интенсивностью коррозии стенок трубопровода.
Кроме коррозии наружной поверхности трубопроводы подвергаются интенсивной внутренней коррозии, скорость которой часто многократно превышает скорости коррозии их наружной поверхности и зависит от концентрации и состава минеральных солей, содержащихся в пластовой воде, добываемой и транспортируемой в смеси с нефтью до установок подготовки нефти. По количественным показателям (число и размеры дефектов) коррозия на внутренней поверхности трубопровода идёт в 3,0...3,5 раза интенсивнее, чем наружной поверхности. Срок службы трубопроводов в особо тяжёлых условиях (наличие в продукции сероводорода, углекислого газа, кислорода, пластовой воды высокой минерализации) при отсутствии специальных мер по защите их от коррозии исчисляется месяцами.
Анализ условий эксплуатации промысловых трубопроводов и существующих способов повышения их долговечности в условиях активизации внутренней коррозии показывает, что количество отказов промысловых трубопроводов из-за внутренней коррозии составляет по отрасли порядка 90 % от их общего количества. Свыше 70 % аварий приходится на специфическое разрушение в виде «канавочного» износа.
Опыт эксплуатации трубопроводов и резервуаров сбора нефти показывает, что канавочное коррозионно-механическое разрушение и коррозионная усталость являются наиболее опасными видами разрушения. Защита, нефтепромысловых трубопроводов от канавочной (ручейковой) коррозии, вызванной взаимодействием металла трубы и перекачиваемой коррозионно-активной среды, является актуальной в настоящее время во многих регионах России, особенно на месторождениях Западной Сибири. С увеличением срока эксплуатации месторождений возрастает объем добываемой минерализованной воды, закачанной в пласт для поддержания пластового давления. При этом возрастает опасность внутренней коррозии трубопроводов, резервуаров и другого оборудования. Разрушение ряда трубопроводных систем происходит в срок менее одного года после ввода трубопровода в эксплуатацию.
Компания "Сургутнефтегаз" разработала проект по реорганизации систем сбора нефти, поддержанию пластового давления и снижению рисков аварий. Стоимость проекта около $125,5 млн. Цель - снижение затрат на транспортировку добываемой обводненной нефти за счет сокращения потерь из-за коррозийного износа труб. В результате реализации проекта все напорные нефтепроводы компании работают в режиме транспортировки нефти с обводнённостью ниже 10 %. Это привело к тому, что попутно добываемая,вода не провоцирует "ручейковой" коррозии. Помимо этого, скорость коррозии трубы за счет снижения обводненности прокачиваемой жидкости снижается в 175 раз, а срок службы трубопровода увеличивается в 2-10 раз.
Поэтому проблема обеспечения безопасной эксплуатации и повышения долговечности нефтепроводов, несомненно, остается актуальной и своевременной.
Следует отметить, что большинство трубопроводов, подверженных интенсивному внутреннему износу, эксплуатируются без наружной изоляции. Частые порывы трубопроводов, вызванные «канавочным» износом, требуют поиска новых технических решений, направленных на обеспечение их безопасной эксплуатации, повышение долговечности и стабильности функционирования.
Обеспечение безопасной эксплуатации и повышение- долговечности промысловых трубопроводов может быть достигнуто путем улучшения качества- проектирования и строительства трубопроводов, применения более совершенных конструктивных и технологических решений, совершенствования технологий и приемов технического обслуживания и эксплуатации. Одним из новых возможных способов обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов и повышения их долговечности является установка на участках, подверженных «канавочному» разрушению, специальных устройств для перемешивания попутной воды с нефтью. При этом устраняются, условия для возникновения процесса «канавочного» износа, что позволит увеличить срок эксплуатации нефтепроводов за счет обеспечения более равномерного износа внутренней поверхности стенки труб.
В связи с вышесказанным можно сформулировать цель, идею, задачи исследования, объект и предмет исследования, научные положения, научную и практическую значимость работы.
Цель работы. Снижение интенсивности ручейковой коррозии внутренней поверхности стального трубопровода путем предупреждения образования на его дне слоя пластовой воды.
Идея работы заключается в устранении условий возникновения процесса ручейковой коррозии за счет периодического рассеивания коррозионно- активной водной фазы, движущейся в нижней части трубопровода, в ламинарном потоке нефти.
Для достижения поставленной цели необходимо решить, следующие основные задачи:
1. Разработать математическую модель процессов, обеспечивающих устранение условий возникновения явления ручейковой коррозии.
2. Экспериментально исследовать процесс перемешивания воды и нефти для уточнения закономерностей взаимосвязи параметров, потока и устройства для рассеивания воды в нефти.
3. Установить область, применения способа повышения эффективности эксплуатации промысловых трубопроводов, подверженных ручейковой коррозии.
4. Разработать методику расчета рациональных параметров, устройства для исключения возникновения ручейковой коррозии.
Объектом исследования является процесс рассеивания пластовой воды в потоке нефтяной смеси в нефтепроводе.
Предметом исследования является методология определения рабочих параметров устройства для рассеивания» воды в. потоке соответственно условиям эксплуатации нефтепровода.
Методы исследований. В ходе решения поставленных задач будут применялся комплексный подход в исследовании, включающий: анализ и обобщение данных по эксплуатации промысловых и магистральных нефтепроводов; функциональный анализ причин аварий и отказов; использовались подходы и методы теории, подобия, планирования эксперимента и обработки опытных данных.
Научная новизна исследования заключается в установлении закономерностей, процесса рассеивания пластовой воды. в потоке нефтяной смеси и на их основе обоснования и формирования зависимостей для, расчёта? угла наклона рассекателей к оси, трубопровода от скорости потока, формы сечения рассекателя, обеспечивающей безвакуумный слив, потока, шаг расстановки рассеивающих муфт. Обоснованы параметры рассекателей, расстояние между ними и определено рациональное расстояние между муфтами.
Практическая значимость работы:
• Разработана методика расчёта рабочих параметров рассеивающих муфт для предупреждения ручейковой коррозии в нефтепроводах;
• Разработаны конструкция и рекомендации по применению рассеивающей муфты.
Обоснованность и достоверность научных положений планируется обеспечить достаточным объемом проведенных экспериментальных исследований и применением теории подобия для подтверждения адекватности полученных результатов применительно к промышленным условиям.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Снижение интенсивности ручейковой коррозии в нефтепроводе обеспечивается за счёт периодического рассеивания по длине нефтепровода водной фазы в ламинарном потоке нефти.
2. Длина и шаг расстановки устройства для рассеивания водной фазы в ламинарном потоке нефти описывается математической моделью, связывающей характеристики водонефтяной смеси и условия эксплуатации нефтепровода.
