Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Транспорт нефти по подводным трубопроводам с использованием очистных снарядов и устройств для удаления загрязняющих веществ из трубопровода

ВАК РФ 25.00.18, Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Транспорт нефти по подводным трубопроводам с использованием очистных снарядов и устройств для удаления загрязняющих веществ из трубопровода"

^пш^.^.-т.иш 2. 3 С-'р На правах рукописи

Калашников Павел Кириллович

ТРАНСПОРТ НЕФТИ ПО ПОДВОДНЫМ ТРУБОПРОВОДАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЧИСТНЫХ СНАРЯДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ТРУБОПРОВОДА

Специальность 25.00.18 - «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых (технические науки)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бородавкин Пётр Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Королёнок Анатолий Михайлович

кандидат технических наук Грудницкий Геннадий Васильевич

Ведущая организация Общество с ограниченной

ответственностью «НИПИморнефть»

Защита состоится «29» июня 2011 г. в 15 часов 00 минут в аудитории 1802 на заседании диссертационного совета Д212.200.11 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу Ленинский проспект, 65, Москва, ГСП -1, 119991, Россия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа имени И.М.Губкина.

Автореферат разослан «27» мая 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д212.200.11, д.т.н., доцент

И.Е. Литвин

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы

Развитие морского трубопроводного транспорта нефти и газа приобрело в последнее время особое значение в связи с тем, что многие разведанные, но всё ещё не разработанные месторождения располагаются в акваториях морей, в том числе арктических. Это накладывает различные ограничения на технологию проектирования, строительства и эксплуатации как морских нефтегазовых сооружений в целом, так и морских трубопроводов (МТ), по которым нефть, газ, газоконденсат транспортируются до береговых терминалов.

Как и при эксплуатации сухопутных трубопроводов вопросы очистки и внутритрубной диагностики морских нефтепроводов (МН), проложенных в условиях Арктических морей, представляются крайне важными для обеспечения их надежной работы.

Цель диссертационной работы заключается в совершенствовании технологии проведения операций очистки и диагностики внутренней полости морских нефтепроводов, без чего их эксплуатация невозможна.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие основные задачи в соответствии с которыми необходимо:

1. Исследовать особенности эксплуатации морских нефтепроводов в условиях арктических морей.

2. Разработать модель движения внутритрубного дефектоскопа в потоке перекачиваемой жидкости.

3. Исследовать особенности движения внутритрубного устройства при различных исходных параметрах системы «трубопровод-дефектоскоп».

4. Разработать методику расчёта критической длины парафиновой пробки и способа её извлечения из подводного нефтепровода.

Научная новизна

1. Предложена математическая модель движения твёрдого тела в потоке капельной жидкости в трубопроводе, учитывающая рельеф местности.

2. Разработана и защищена патентом на полезную модель №63718 «Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода» новая конструкция очистного устройства.

3. Разработана теория и методика расчёта максимально допустимой длины парафиновой пробки, при которой очистной скребок будет продолжать поступательное движение в трубе.

4. Приведён новый способ извлечения парафиновых отложений из внутренней полости подводного нефтепровода.

На основе новых научных положений разработан программный комплекс «8(ЮС», позволяющий определять местоположение внутритрубного дефектоскопа (ВД) в трубопроводе, а также производить моделирование движения диагностического устройства без его помещения в трубу на произвольном участке трубопровода. Программный комплекс имеет государственную регистрацию программы ЭВМ №2011610335 (Программа расчёта параметров движения внутритрубного дефектоскопа по рельефному трубопроводу).

Практическая ценность

На основе разработанной математической модели создан программный комплекс, предназначенный для компьютерного моделирования движения внутритрубного снаряда в потоке углеводородов в трубопроводе, что позволяет повысить точность определения местоположения дефектов и ВД, а также обеспечить безопасность проведения технологической операции инугритрубной диагностики путём выявления участков возможного застревания внутри трубного устройства.

Разработана методика определения критических размеров парафиновой пробки, при которых очистное устройство прекратит поступательное движение в трубопроводе. Предложены новая конструкция очистного устройства и новый способ удаления парафиновых отложений из внутренней полости МН, позволяющие повысить эффективность эксплуатации подводных МН, проложенных в условиях Арктических морей, за счёт увеличения пропускной способности.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертации докладывались на:

1. XI Международной научно-практической конференции «Повышение нефтегазоотдачи пластов и интенсификация добычи нефти и газа» -г.Москва, 2007.

2. Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса высших учебных заведений 2008» - Санкт-Петербург, 2008.

3. Международном форуме молодых учёных «Проблемы недропользования» - Санкт-Петербург, 2008.

4. 11-й Московской межвузовской научно-практической конференции «Студенческая наука» - Москва, 2008.

5. Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» - Тюмень, 2009.

6. Восьмой всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» - Москва, 2009.

7. 64-й Студенческой научной конференции «Нефть и газ» - Москва, 2010. Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи 1! российских журналах, рекомендованных ВАК.

Структура, объём и содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, список литературы включает 104 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации показана актуальность темы, формулируются цели и задачи работы, определена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрены особенности образования свободнодисперсных и связнодисперсных систем в зависимости от компонентного состава нефтей, схемы оборудования скважин и схемы предварительной подготовки продукции к дальнейшей транспортировке по подводному МТ. Описываются внешние и внутренние процессы, влияющие на процесс перекачки нефти в условиях арктических морей. Подробно рассматривается механизм движения и осаждения различных фракций механических примесей, содержащихся в потоке перекачиваемой по трубопроводам нефти (С'молдырев А.Е., Михайлова H.A., Тарасов В.К.). Отмечаются особенности технологических операций очистки и диагностики морских арктических МН, осуществляемых в процессе эксплуатации последних. Предлагается новая конструкция очистного скребка, который, двигаясь по внутренней полости трубопровода в потоке перекачиваемого продукта, совершает вращательное движение. Обоснована необходимость создания алгоритма, позволяющего моделировать движение ВД в несущем потоке в трубе в связи с тем, что точность существующих методов определения

местоположения ВД при его движении в потоке перекачиваемой среды в трубопроводе недостаточно высока.

Во второй главе приводятся основные уравнения нестационарного течения нефти в трубопроводе и движения внутритрубного устройства в потоке нефти, излагается метод их решения, а также вводится дополнительный параметр расчёта - угол наклона профиля трассы к горизонту.

Движение ВД неразрывно связано с движением потока, в связи с чем оказывается невозможным рассчитать траекторию снаряда без того, чтобы не рассчитать параметры движения несущего потока. Для расчёта основных параметров транспортируемой среды до и после ВД - давления и скорости -производится решение системы дифференциальных уравнении в частных производных с помощью метода характеристик.

ВД движется в трубопроводе под воздействием перекачиваемой среды. Движение снаряда описывается следующим уравнением:

«W ■= - Р') ■ - S/" ] -' 8 ■sin 1а - V ■{»'<„:, ■ g - А) ■ eos а, (1)

где asml - ускорение ВД, [.м-с2]; тт, - масса ВД, [кг]; р'-давления нефти на торцах ВД, [Я«]; d - внутренний диаметр нефтепровода, [.и]; Sp/ -суммарная площадь перетока, [.и2]; g- ускорение свободною падения, [.wc "]; ¡j- коэффициент трения ВД о стенку нефтепровода. [ ]: Л-сила Архимеда, [я].

Следует отметить, что особенности конструкции вмутритрубных устройств способствуют возникновению перетока жидкости через них. поэтому их нельзя рассматривать как движущиеся местные сопротивления. Принимая допущение о линейной зависимости расхода и перепада давлений на торцах

Результаты исследовании, изложенные во второй и третьей главах диссертации, выполнены под научным руководством д.т.н.. профессора М.В. Лурье.

снаряда, уравнение, связывающее величину перетока с перепадом давления на торцах снаряда, записывается в виде:

я (Г 4

(2)

где и - скорость транспортируемой среды вблизи ВД, ^м-с V- скорость ВД, [л • с"1 ]; к - коэффициент перетока жидкости через ВД, [(л<3

Траектория движения внутритрубного снаряда на участке трубопровода 0<х<Ь имеет вид х = /(/). На сетке характеристик в каждый момент времени /га_, <?</„, она будет иметь вид наклонного отрезка прямой.

На рис.] представлена схема пересечения линий характеристик перекачиваемой жидкости и линии характеристики снаряда для одного из случаев. Для определения параметров жидкости в точках К и С, необходимо вычислить их значения в точках Е и Р.

кис

V

\ / Л

Л1л

р N I» )

© /

X

\

Д.Т,

/

\

В

:И

м

Д.Г,

Рис.1 Один из случаев пересечения траектории движения ВД с характеристиками системы

уравнений.

Давление и скорость в точке Е определяются по формулам:

Р~е р' с' и'^ — Рд-р-си„ + Д/-1 Х-£^-ив-\лв\+ р-ё-с-ьта 1,

(3)

где р- плотность транспортируемой среды, с- скорость

распространения волн возмущения в трубопроводе, А/ — шаг по

времени, [с]; Х - коэффициент гидравлического сопротивления, [ ].

Давление и скорость в точке В известны из начальных условий, а значения этих параметров в точке Б можно найти из закона пропорциональности:

/ % 2 ■ Ах - 2 ■ Ах, Ро = Ра+[РК-РА)--тг-1>

(4)

, х 2-Ах-2-Ах, к }

ио=илЦин-«А)--д^-

где Ах- шаг по координате, [л*]; Ах, - расстояние от узловой точки В до характерной точки пересечения линий характеристик перекачиваемой нефти и движущегося снаряда, [л<].

Для того чтобы узнать величины отрезков необходимо определить величину Ах,:

Ах. = . (5)

-Система (3), имеющая 4 неизвестных (рЕ, р~Е, иЕ, иЕ), дополняется уравнением перетока жидкости через ВД (2).

С учётом несжимаемости нефти (-и£ =и'Е) имеем:

к-сР

4

После того, как будут найдены значения давлений и скорости в точке Е, можно рассчитать давление и скорость в точке К. Для этого необходимо записать формулы приведения вдоль линий К.А и КЕ:

рк - р с-ик = рг - р■ с • иЕ + А?• | Я - ■ н/; • | + р• ^• с■ вша

Аналогичные расчёты необходимо провести для точек Р и С. Расстояние от узловой точки N до характерной точки пересечения линий характеристик перекачиваемой неф ти и движущегося снаряда определяется как:

/ , -х,,

Ах, = ""' А . (8)

Таким образом, можно найти значения давлений и скоростей жидкости по всей длине нефтепровода. Далее необходимо определить параметры движения ВД: координату 1т и скорость Ут в момент времени I = (т.

Координата снаряда в момент времени / = (т :

/„,=/„,-, +К»-.-Д/- (9)

Скорость снаряда в момент времени 1 =1т :

К, = К„-1 + ",«/,„-1 •Д/- (10)

Ускорение снаряда определяется из уравнения движения (1).

Приведенные во второй главе материалы являются, по существу, алгоритмом расчета скорости и координаты ВД в любой момент времени с учётом угла наклона профиля трассы к горизонту.

На его основе создан программный пакет, позволяющий рассчитывать параметры движения ВД в потоке капельной и упругой жидкости. С помощью пакета проведён ряд численных экспериментов, анализ которых представлен в третьей главе.

В третьей главе представлены примеры расчёта нестационарного процесса, возникающего в результате движения ВД по участку трубопровода в потоке жидкости. В численных экспериментах проанализировано влияние различных параметров системы на характеристики движения ВД и выявлено

влияние учёта профиля трассы на скорость движения снаряда. Кроме того, приводятся краткие сведения о компьютерной программе, созданной автором.

Результаты численных расчётов движения снарядов на участках спуска и подъёма нефтепровода с различным наклоном а при изменении таких параметров ВД, как коэффициент перетока, коэффициент трения и вес ВД. представлены на рис.2,3.

Отставание или опережение внутригрубным снарядом потока несущей нефти определяется величиной е2 =(м - К)/и • 100%. В случае, если величина положительная, скорость нефти превышает скорость ВД, если же величина отрицательная, наоборот, скорость ВД выше скорости транспортируемой нефти. Причём, чем больше значение с2 по модулю, тем больше разница в скоростях.

В экспериментах, результаты которых представлены на рис.2, коэффициент трения ц считался во всех вариантах постоянным и равным 0.2, в то время как коэффициент перетока к варьировался в диапазоне (5+ 20)-10 ''(.и3 /с)/Па.

На участках подъёма и некоторых участках спуска трубопровода (а>а ) величина £', увеличивается при всех значениях коэффициента к, что

свидетельствует об отставании снаряда от потока нефти (чем круче подъём, тем больше отставание снаряда). На определенных участках спуска трубопровода (а<а ) можно проследить обратную закономерность - снаряд опережает

несущую нефть.

Необходимо отметить, что участок уклона трубопровода может иметь такой угол {а-а ), при котором скорость снаряда практически равна

скорости нефти вне зависимости от величины коэффициента перетока. Это случается всякий раз, когда скатывающая составляющая ■5,"5ша(д-) силы веса снаряда уравновешивается силой его трения и-шлг,(/ ■С05а(.\). Поскольку, как правило, инерция снаряда не слишком велика (тхл1 =0), то

мал перепад Ар = ру -р давлений на снаряде и, следовательно, переток нефти через снаряд практически отсутствует.

Рис.2 Графики зависимостей £-, от а для различных значений к для нефтепровода:

А, = 20 -10 \ А, = 16.7 -10 \ к. = 14.3-10 \ А, = 12.5-10 \ Л, = Х.З-10 \ А; = 5-К)'.(л/"1/£•)///«

Несмотря на то, что рассматриваемый диапазон углов наклона профиля трассы к горизонту с избытком перекрывает возможные их значения в практике сооружения морских трубопроводов, вполне можно предположить, что на реальном морском нефтепроводе перепад высот составит 100 м на 1 км. что составляет 5"43'. Из графиков видно, что при таком угле наклона профиля трассы к горизонту относительная скорость изменяется на несколько процентов, что свидетельствует о заметном влиянии наклона трассы трубопровода на скорость движения ВД.

В ходе расчётов исследовалось также влияние коэффициента трения на движение снарядов в потоке несущей нефти без учета парафиновых отложений (рис.3). В сравниваемых вариантах коэффициент перетока считался

неизменным и равным 14.3- 10"5(л<3/с)/Па, в го время как коэффициент

трения варьировался в диапазоне 0.1-^0.9.

По результатам анализа можно сделать вывод, что с увеличением коэффициента трения величина Iтакже увеличивается, следовательно, скорость движения снаряда уменьшается. Следует отметить, что при увеличении угла наклона трубопровода величина е, также увеличивается.

Результаты численных экспериментов по движению снарядов с разным весом в рельефном трубопроводе при постоянных значениях коэффициента трения ¡л и коэффициента перетока к по своему характеру оказались схожи со случаем изменения коэффициента перетока.

Рис.3 Графики зависимостей от а при разных значениях ¡л для нефтепровода: = 0.9, = 0.85. /г = 0.8, = 0.7, = 0.3. //„ = 0.1 Необычный эффект равенства скоростей ВД и нефтяного потока при варьировании перетока и массы снаряда при определенном угле наклона профиля трассы к горизонту требует более детального исследования. Необходимо выяснить, как критическая точка будет смещаться на графиках

зависимостей Е2={а,к) и е2 ={a.,mmd) (и будет ли она смещаться) при изменении других исходных параметров.

Исходя из графиков на рис.2 можно сделать заключение, что даже при незначительных углах наклона профиля трассы к горизонту скорость ВД заметно меняется, что свидетельствует о целесообразности учёта данного параметра в алгоритме, описанном во второй главе.

Анализ численных экспериментов был проведён на программе «SOD Calculation» (SODC), разработанной автором.

Четвёртая глава включает в себя описание экспериментов, проведённых с целью определения мгновенных и длительных напряжений сдвига парафина на стенках труб. Описан разработанный алгоритм расчёта критической длины парафиновой пробки, скапливающейся перед движущимся внутритрубным скребком, с использованием данных, полученных в лабораторных экспериментах. Предложен новый способ извлечения парафиновой пробки из полости морского нефтепровода без нарушения режима перекачки.

При рассмотрении вопроса удаления парафина, отложившегося на внутренней поверхности трубы, следует обратить особое внимание на решение задачи определения координаты сечения, в котором с большой долей вероятности произойдет застревание очистного скребка. Данная задача сводится к определению величин сил, действующих на снаряд в процессе его движения. В частности, силы давления на снаряд со стороны нефти Ap-S, силы тяжести снаряда ■ g-sin(a) и результирующей сил сопротивления, действующих на снаряд и состоящих из сдвигового усилия Hsh, необходимого для проталкивания твёрдой части парафиновой пробки, силы пассивного давления Е -S, необходимой для соскребания парафиновых отложений в

каждом сечении МН, силы трения рыхлой части парафиновой пробки о слой парафина pmi,-S и силы трения снаряда р •("?„„, ■ g - Л) ■ cos(a).

Условие остановки очистного устройства в трубопроводе для этого случая имеет вид:

Ап<И*+Е +п , К* • g "s + -S-A)- cosa(*))

" pan г nibs ^ . \ J

Сдвиговое усилие:

Я* (12)

где -длина парафиновой пробки, [.«]; тл - касательное напряжение, возникающее при соскребаиии парафина очистными манжетами скребка, [/7<з].

Пассивное давление, оказываемое слоем парафина, отложившегося на стенках, на скребок, находится по уравнению пассивного давления:

+ + + (13)

гДе 7„и,- - удельный вес парафина, £#-лГ3]; с/ш. -сцепление парафина, 8¡m.- толщина парафиновых отложений, [л/]; tg(<p)— коэффициент внутреннего трения, [ ].

Расчёт силы трения и силы тяжести снаряда не представляет значительных трудностей, так как масса снаряда, коэффициент трения манжет о трубу и угол наклона профиля трассы к горизонту являются исходными данными задачи, рассмотренной во второй главе данной диссертационной работы. Силой трения рыхлой части пробки приходится пренебречь вследствие неясности её структурного состояния: то ли это высоковязкая жидкая смесь нефти с парафином, то ли двухфазная смесь нефти и твёрдых частиц парафина. Определение структурного состояния возможно только путём проведения экспериментов на специальных промышленных полигонах.

Сдвиговое усилие, необходимое для проталкивания твёрдой части парафиновой пробки по трубе, определяемое из уравнения (12), зависит от:

• количества отложений, снятых на данный момент с поверхности грубы;

• мгновенного сдвигового усилия парафина.

Количество отложений зависит от толщины слоя парафина, отложившег ося на внутренней стенке трубы в процессе эксплуатации МН.

Для определения мгновенного сдвигового усилия парафина был проведён ряд лабораторных экспериментов, позволивших определить искомый параметр. В результате получена зависимость касательных напряжений г(Л от вертикального давления ст для парафина при комнатной температуре (рис.4).

0.7 0.6

ст. [Л/ГА<1

0.: 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Рис.4 График зависимости касательных напряжений тл от вертикального давления а .

В данном случае плотность и вязкость парафина были достаточно высоки, что привело к большим значениям г1Л. Это говорит о том, что для парафина, находящегося при данных условиях, длина возможной пробки невелика. Однако при уменьшении (вследствие рыхлости парафина или низкой вязкости) длина пробки значительно возрастает. Это говорит о том, что препятетвование спрессовыванию парафина путём перепуска нефти через байпасные отверстия очистного скребка и путём увеличения температуры нефти будет способствовать значительному росту предельно допустимой длины парафиновой пробки.

Таким образом, в приведенном неравенстве (11) остается неизвестной величина перепада давления на снаряде. Найти её можно на основе алгоритма, представленного во второй главе. При этом:

•V !>'/;-Рг- (14)

р\:, р'Е могут быть найдены из системы уравнений (6), с учётом того, что при расчёте ускорения снаряда на предыдущем слое в формулу уравнения движения (1) будут добавлены силы сопротивления парафина: сдвиговое усилие #лЛ, сила пассивного давления Е/1Ш • S и сила трения рыхлой части

парафиновой пробки о слой парафина рпт ■ S.

При попытке учёта этих сил встает закономерный вопрос получения информации о распределении парафиновых отложений по длине трубопровода. Данная информация может быть получена путём математического моделирования выпадения парафина с помощью программных комплексов типа Olga или PipeSym (для высоковязких нефтей), при наличии информации о будущих характеристиках трубопровода, нагнетательных агрегатах, фракционном составе нефти, рабочих режимах течения и условиях внешней среды.

Далее при расчёте скорости снаряда с помощью программного комплекса «SODC» необходимо определять момент, когда скорость становится отрицательной. Это и будет моментом застревания снаряда. Зная координату этого сечения, можно определить длину скопившейся парафиновой пробки, что даст информацию о необходимом объёме резервуара для приёма этой пробки.

Однако может сложиться ситуация, когда скребок уже застрял в подводном трубопроводе. В этом случае одним из немногих методов устранения данной аварии является повышение давления в трубопроводе. Повышение давления (в совокупности с ростом давления в трубе при перекрытии сечения) может служить примером длительного напряжения сдвига.

Результаты одной из серий замеров представлены на рис.5. Рассматривая изменение величины деформации во времени, можно обратить внимание, что для каждого из опытов с разными вертикальными нагрузками Ргт шаг деформации по времени рос при увеличении горизонтальной нагрузки, в результате чего увеличивался коэффициент внутреннего трения tg(<p).

При сравнении графиков зависимостей деформации Е^ от / при разных Ргт можно отметить, что интенсивность роста деформации падает с ростом РтП причём данный эффект просматривается при всех горизонтальных нагрузках, прикладываемых к образцу.

Рис.5 Графики зависимостей деформаций с от времени l при разных а : а, =24.8, гг, = 47.3. <7, = 69.8, ст., = 92.3, ^ = 114.8. ст„ = 134.8, (я)/ см1.

В процессе перекачки углеводородного сырья по морскому трубопроводу при возникновении различных местных сопротивлений велика вероятность застревания парафиновой пробки, а, следовательно, и очистного снаряда, что приводит к серьёзной технологической аварии.

Рассмотрим более подробно схему извлечения парафиновых отложений из подводного трубопровода, представленную на рис.6. В случае если по длине МП (2) с определённым интервалом установить тройники особой формы (5), к которым можно присоединять технологические патрубки, и через которые часть парафиновой пробки (4), толкаемой снарядом, будет удаляться из полости МТ, вероятность застревания скребка (3) сущест венно снизится. Возможны два варианта очистки внутренней полости МН.

1. Очистка осуществляется в летние месяцы, когда поверхность воды Арктических морей, как правило, свободна ото льда. Перед началом движения внутритрубного скребка к месту установленного тройника подплывает многоцелевое судно, с которого спускается патрубок и стыкуется с тройником цанговым соединением. Задвижка (7), установленная на конце участка технологического трубопровода (8), и задвижка (6), установленная на конце тройника, закрыты.

Далее запускается очистное устройство. При прохождении скребком датчика (Г), установленного на расчётном расстоянии от тройника, производится открытие задвижек (6) и (7). За счет существенного перепада давления смесь, двигаясь по технологическому трубопроводу, попадает в резервуар (9), установленный на судне. Закрытие задвижек производится при прохождении скребком датчика (1").

Местоположение датчиков (Г) и (Г') должно быть определено с учётом возможной скорости движения внутритрубного снаряда на данном участке трубопровода.

Рис.6 Схема участка нефтепровода и устройства для извлечения загрязняющих веществ из

МН.

К моменту полного перекрытия задвижек, осуществляется расцепление патрубка и тройника и поднятие технологического трубопровода на палубу судна. После этого внутритрубный снаряд продолжает движение до следующего тройника, толкая перед собой оставшиеся и новые загрязнения, скопившиеся на последующем участке МТ.

2. Очистка осуществляется в Зимине месяцы, когда водная поверхность покрыта льдом.

В зимний сезон разумно применять подводные резервуары для временного хранения парафиновых и других отходов, составляющих общую массу грязевой пробки. Технологический трубопровод (II) с установленной на нем задвижкой (10) цанговым механизмом соединён с одной стороны с тройником (5) и уложен на морское дно. а с другой стороны - с выходным патрубком (12) подводного резервуара (13), установленного и закреплённого разъемным соединением на бетонном основании.

При осуществлении операции очистки все этапы соответствуют этапам первого сценария за исключением того, что углеводородная смесь с парафиновыми отложениями поступает в подводный резервуар, а не на судно.

Объем резервуара рассчитывается в соответствии с продолжительностью ледового периода в данной климатической зоне, периодичностью запуска виутритрубиых скребков, а также физико-химическими характеристиками не ре кач и вае м о й нефти.

С наступлением летнего периода к подводному резервуару подходит судно, с которого опускаются манипуляторы, позволяющие разъединить технологический трубопровод (II) и патрубок (12) и отсоединить резервуар от бетонного основания, п манипуляторы, захватывающие резервуар с имеющимися отложениями. При необходимости данные манипуляторы могут отсоединить технологический трубопровод от тройника. Данная необходимость может быть вызвана переходом со второго сценария проведения операции очистки на первый. Далее резервуар поднимается на борт судна, а на его место

устанавливается новый резервуар, который фиксируется на бетонном основании и присоединяется к технологическому трубопроводу (11).

Помимо этого, подводный резервуар должен быть снабжён обратным клапаном (15), плавающей перегородкой (14) и быть частично заполненным водой для выравнивания давления по обе стороны от резервуара.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В настоящее время ведётся разведка и разработка морских месторождений нефти. Многие из открываемых месторождений находятся в Арктике, в акватории Северных морей, что делает трубопроводный транспорт наиболее эффективным способом 'транспортировки по сравнению с танкерным транспортом. Однако особенностью эксплуатации подводных МТ является их относительная труднодоетупность в период установления ледового покрова.

В работе были проанализированы существующие методики определения местоположения ВД при его движении в перекачиваемом потоке, а также способы очистки внутреннем полости МН, и выявлен ряд недостатков, связанных с их использованием.

На основании данных, приведенных I! диссертации, можно сделать следующие выводы:

1. Выявлены особенности движения впутритрубного дефектоскопа в потоке перекачиваемой продукции в трубопроводе, что позволило получить ряд решений проблем, связанных с транспортом нефти в условиях Северных морей по трубопроводам.

2. Разработана математическая модель, на основе которой создан программный комплекс «БОвС», позволяющий определять местоположение дефектов и самого дефектоскопа в трубопроводе, а также производить моделирование движения дефектоскопа без его помещения в трубу на произвольном участ ке трубопровода.

3. Предложена новая конструкция очистного устройства, совершающего не только поступательное, но и вращательное движения при перемещении

по трубопроводу, соскребая дополнительный объём отложений с внутренних стенок трубы.

4. Приведён новый способ удаления парафиновых отложений, скапливающихся перед движущимся скребком, из полости морского подводного нефтепровода, проложенного в арктических условиях, позволяющий удалять парафиновую пробку без остановки перекачки из трубопроводов, уложенных на значительных глубииах.

5. Предложена методика определения критической длины парафиновой пробки, при которой очистное устройство не сможет продолжать поступательное движение в морском нефтепроводе. Это позволяет определять частоту расстановки путевых пунктов сброса парафиновых отложений, а также объёмы резервуаров для временного хранения данных отложений.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях из перечня ВАК:

1. Калашников П.К. Моделирование движения СОД по участку нефтепровода/'/' «Проблемы недропользования» (записки Горного института. Т. 181) - Санкт-Петербург, 2009. - с. 127-128.

2. Калашников П.К. Механика движения внутритрубных снарядов в рельефных нефтепроводах// Известия вузов «Нефть и газ», 2009, №6. - с. 38-44.

3. Калашников П К. Проблемы создания подводных объектов для разработки

нефтегазовых месторождений в условиях российской Арктики// «Бурение и нефть», 2010, №3. - с. 62-64.

4. Калашников П.К. Особенности взаимного влияния внутритрубного дефектоскопа и транспортируемой нефти на параметры их движения// «Территория НЕФТЕГАЗ», 2010, №9. - с. 22-25.

Другие публикации:

1. Калашников П.К., Лурье М.В. Патент на полезную модель № 63718 «Устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода» от 23.03.2007г.

2. Калашников П.К. Новая конструкция очистного устройства для очистки трубопровода от отложений// Сборник докладов XI Международной научно-практической конференции «Повышение нефтегазоотдачи пластов и интенсификация добычи нефти и газа» - М., 2007 г.

3. Калашников П.К. A New Geometry of the Piston Cups of Cleaning Scrapers// Сборник трудов студенческого научного общества за 2007 год - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2007.

4. Калашников П.К., Лурье М.В. Движение внутритрубных снарядов в профильных нефте- и нефтепродуктопроводах// Научно-технический сборник №1. Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2007.

5. Калашников П.К. Новая конструкция поршня для очистки трубопровода от отложений//Сборник докладов 11-й Московской межвузовской научно-практической конференции «Студенческая наука» - М.: Московский студенческий центр, 2008.

6. Калашников П.К., Кувичко A.M. Математическое моделирование движения диагностического снаряда в потоке нефти в трубопроводе// Научно-технический журнал «Вестник ЦКР Роснедра» 1/2009 - М., 2009.

7. Калашников П.К., Кувичко A.M. Прогнозирование времени движения диагностического устройства по участку нефтепровода// Сборник тезисов Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» - Тюмень, 2009.

Подписано в печать 24 мая 2011 г.

Формат 60x90/16

Объём 1,0 п.л.

Тираж 100 экз.

Заказ № 240511364

Оттиражировано па ризографе в ООО «УниверПринт»

ИНН/КПП 7728572912\772801001

Адрес: г. Москва, улица Ивана Бабушкина, д. 19/1.

Тел.740-76-47, 989-15-83.

http://www.univerprint.ru

11-1210 0

2010201722

2010201722