Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции сква

жаться. Особое внимание должно быть уделено ликвидации застойных зон в трубопроводах с медленными потоками, для чего создают завихрения в этих опасных зонах путем пропусков скребков или временного повышения расхода, т. с. выполняют так называемую операцию «промывки» для раз­ рушения колоний бактерий.

Другим видом разрушающих воздействий на трубы промышленных объектов является эрозионная коррозия, которая развивается внутри тру­ бопроводов в местах нарушения нормального течения, например в коленах стояков.

Ранее упоминалось, что зона сварного шва наиболее подвержена внут­ ренней коррозии. На скорость эрозионной коррозии влияют два фактора: скорость течения и pH.

Обычно встречающееся в морских трубопроводах явление, при котором жидкость движется в направлении, противоположном направлению движе­ ния газа, очень существенно. Скорость газа, необходимая для продвижения жидкости вдоль стенок трубопровода, равна примерно 11... 13 км/ч. При меньших скоростях газа жидкость подчиняется закону земного притяжения

ииногда течет в направлении, обратном движению газового потока. Это может создать значительные осложнения в вертикальных перегибах трубо­ провода и стояках.

Следует отметить, что на перегибах трубопровода отложения песка, воды

иуглеводородов располагаются слоями (рис. 53). Твердые материалы осаж-. даются на дне и создают среду для размещения бактерий. Эти отложения служат щитом, прикрывающим поверхность трубы и тем самым позволяю­ щим функционировать коррозионным элементам, что приводит к потере металла в прикрытой зоне.

Рисунок 53 — Расслоение отложений в изогнутых участках газопроводов: 1 — газ; 2 — жидкие углеводороды; 3 — вода; 4 — песок

Над слоем твердых отложений может расположиться слой очень засолен­ ной воды. Затем над этими слоями располагается слой углеводородов, и над всеми ними будет течь природный газ. Когда скорость газа в суженном сече­ нии достигает определенного значения, на поверхности жидких углеводо­

родов возникает рябь, переходящая затем в волны. Углеводороды начинают «соскальзывать» со слоя воды, что может вызвать необычное явление, при котором на восходящем участке трубопровода за перегибом создается боль­ шой слой углеводородов: слой воды смещается по направлению потока газа.

При дальнейшем повышении скорости газа вода ведет себя так же, как и слой жидких углеводородов. При этом на заднем конце водяного слоя возникают волны, промывающие стенки труб. Эта зона, наиболее небла­ гополучная в изогнутом участке трубопровода: промывка стенок труб на определенном участке вызывает образование гальванических пар между промытым и непромытым участками, и эти зоны можно отличить по под­ вергшейся эрозии площади в месте контакта участков.

При росте добычи из морского месторождения и в заключительной фазе его эксплуатации возрастает количество добываемой с нефтью воды, однако осложнения этим не ограничиваются. Часто значительно повышается тем­ пература. Существует мнение, что температура газового потока становится равной температуре воды Мексиканского залива вскоре после поступления газа в подводный трубопровод, но на практике в трубопроводе длиной 16 км, из-за теплоизолирующего действия бетонного покрытия трубопровода, она часто снижается всего на 1,5.. .2 °С. Это очень существенно для трубопрово­ дов от скважин, выдающих газ с температурой порядка 5 °С, а в некоторых случаях температура выходящего из скважины газа достигает 90 °С.

Хотя и неустранимая полностью, эта проблема может быть смягчена путем применения соответствующего очистного устройства. Очистным устройством может являться скребок, механически удаляющий загрязнения. Периодически повышая скорость потока газа, можно заставить пробку воды пройти через такие участки и вынести загрязнения.

Необходимо изготавливать трубы, не чувствительные к загрязнениям, что может осуществляться тремя способами.

Первый способ, наиболее легкий и экономичный, - применение ингиби­ торов. Они выполняют полезную работу, и с экономической точки зрения их применение почти обязательно. Однако следует быть осторожным в их вы­ боре, так как при смешении некоторых ингибиторов друг с другом могут воз­ никнуть осложнения. Например, при перемешивании двух несмешивающихся жидкостей может образоваться эмульсия, когда частички одной жидкости повисают во взвешенном состоянии в виде коллоидов в другой жидкости.

Второй способ - нанесение сплошного покрытия на внутреннюю поверх­ ность трубопровода. Ранее большинство внутренних покрытий наносилось для улучшения только гидравлических характеристик трубопровода. Эти покрытия толщиной 0,025...0,05 мм были недостаточны для защиты тру­ бопровода от коррозии.

В последние годы на внутреннюю поверхность труб в заводских усло­ виях наносились тонкопленочные покрытия из эпоксидных смол, обеспе­ чивающие защиту труб от коррозии. Любые заводские покрытия оставляют незащищенной очень важную зону - поверхность кольцевого шва.

Многообещающим является способ нанесения внутреннего покрытия на уже эксплуатирующийся трубопровод, который может быть успешным, если поверхность металла хорошо подготовлена для его нанесения. Операция подготовки поверхности для нанесения покрытия очень важна и должна быть выполнена качественно. Иначе покрытие может начать отслаиваться, выведет из строя фильтры и измерительные устройства. Стоимость данного способа нанесения покрытия выше, чем первого.

Третий способ - самый надежный - применение какой-нибудь «экзо­ тической» облицовки, например из нихрома. Стоимость такой облицовки в настоящее время очень высока, если ее применять на всем трубопроводе. Многообещающим является применение ее на опасных участках. Наиболее перспективны металлизированные нихромовые или нихромомолибденовые материалы. С каждым из этих материалов было проведено испытание в наи­ более суровых условиях на трубопроводе в Мексиканском заливе. Между материалами был размещен стандартный фитинг. После одного года экс­ плуатации была зарегистрирована значительная потеря металла в стандарт­ ном колене, а колена с наплавленным защитным металлическим покрытием остались такими же, какими были годом раньше.

5.7.2. Воздействие течения и волнения на подводный трубопровод

При сооружении морских трубопроводов необходимо учитывать фак­ торы, влияющие на устойчивое положение трубопровода, проложенного по дну моря [3]. При этом обязательным условием является обеспечение устойчивости трубопровода под воздействием различных нагрузок, стре­ мящихся вызвать сдвиг трубопровода или его всплытие с неизбежным по­ вреждением.Устойчивость трубопровода в прибрежной полосе зависит от глубины укладки, рельефа дна, параметров волнения и придонных течений, а также от расположения трубопровода на дне моря (в грунте или поверх него). В связи с этим перед выбором конструкции трубопровода и способа его заглубления в грунт необходимо всесторонне изучить морской участок по трассе, ограничить зоны в прибрежной полосе моря и определить пара­ метры волн при их трансформации и рефракции. Прибрежную полосу моря делят на следующие зоны:

•глубоководную — с глубиной воды больше половины длины расчетной волны (# > 0 ,5 А); здесь рельеф дна не влияет на основные характеристи­ ки волн;

•мелководную - с глубиной воды 0,5Я > Я > Я р (Н^ - критическая глуби­ на воды, при которой происходит разрушение волн); здесь рельеф дна оказывает существенное влияние на развитие волн и на их основные характеристики; в этой зоне трехмерные волны под влиянием рельефа дна водоема преобразуются в двухмерные; по мере приближения волн к берегу влияние рельефа дна непрерывно возрастает, происходит ко­ ренная перестройка структуры волн, обусловленная концентрацией удельной энергии и ее потерями;

•прибойную - с глубиной воды меньшей Я ^; в пределах этой зоны про­ исходит разрушение волн; поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег.

Для каждой из указанных зон расчет трубопровода на устойчивость име­

ет свою специфику.

При волнении на поверхности моря и глубинах, которые меньше по­ ловины длины волны, трубопровод, расположенный на дне моря, подвер­ гается воздействию волнового давления, которое стремится приподнять

исдвинуть его. Волновое давление на трубопровод снижается по мере по­ гружения трубопровода в воду, однако в непосредственной близости от дна оно существенно возрастает. Такое изменение давления объясняется увели­ чением асимметрии обтекания трубы потоком воды у дна: при соприкасании трубопровода с дном происходит одностороннее обтекание трубы и повы­ шение волнового давления.

Если трубопровод уложен в траншею и засыпан, то в этом случае воз­ действие волн и течений незначительно. Но бывают случаи, когда волны

итечения, направленные поперек продольной оси трубопровода, размывают дно, трубопровод обнажается и образуются провисающие участки.

Взависимости от длины провисающего участка и стрелки прогиба

втрубопроводе от действия сил массы могут возникнуть опасные напряже­ ния, в результате чего возможны повреждения труб. Положение усугубля­ ется тем, что от волн, течений и движения транспортируемого продукта на провисающий участок трубопровода действуют знакопеременные нагрузки, возникающие в результате вибрации. Действие волн на трубопроводы с уве­ личением глубины моря значительно уменьшается, однако оно наблюдается

ина глубинах более 200.. .300 м.

На практике известны случаи повреждения трубопроводов течением

иволнением. Так, в частности, в Северном море в 1975 г. произошло всплы­ тие отрезка нефтепровода диаметром 900 мм вследствие подмыва его подвод­ ным течением, скорость которого в этом районе достигала 13 км/ч. Ремонт­ ные работы заключались в установке утяжеляющих бетонных башмаков

истабилизации этого участка трубопровода после спуска его на дно.

5.7.5.Воздействие литодинамических процессов на подводный трубопровод

Подводный береговой склон следует рассматривать как единую динами­ ческую систему, непрерывно меняющуюся во времени и в пространстве под воздействием гидродинамических факторов, изменение которых приводит к перестройке подводного берегового склона и изменению отметок дна [3]. Основными факторами, влияющими на интенсивность литодинамических процессов, являются следующие: течение, волнение, физико-механические свойства донных грунтов, особенности береговой линии. Однако самым главным следует признать волнение. Основной профиль подводного склона создается сильными штормами, слабое волнение только изменяет его очерта­ ния в верхней части. Сильный шторм за одни сутки может коренным образом изменить профиль, создававшийся слабым и средним волнением в течение длительного времени, исчисляемого месяцами, а иногда и годами.

В зоне разрушения волн у песчаных берегов образуются подводные валы, протягивающиеся параллельными грядами вдоль берега, иногда числом до 5...7. Длина подводных валов достигает многих километров, а их высота - до 4 м и ширина - до нескольких десятков метров. Подводные валы играют существенную роль в трансформации волн и перемещении наносов. Классическая серия подводных валов наблюдается на нефтекон­ денсатном месторождении Чайво-море (Сахалин). Начинаются они от входа в з. Чайво и под углом примерно 45° уходят в море. Высота самого крупного вала в некоторых местах достигает 4.. .7 м.

Литодинамические процессы могут вызвать обнажение, провисание и повреждение трубопроводов, поэтому при проектировании трубопрово­ дов необходимо учитывать максимально возможную глубину размыва под­ водного склона. Процесс прогнозирования размывов трубопроводов носит комплексный характер и включает в себя натурные исследования, обработку имеющихся многолетних материалов и выдачу рекомендаций.

3.2. Инспектирование подводных трубопроводов

5.2.7. Инспектирование стационарных подводных трубопроводов

Внутритрубная дефектоскопия трубопроводов

Хотя все большее число трубопроводов приближается к проектному сро­ ку эксплуатации, очевидно, нет причин выводить их из эксплуатации при условиях сохранения целостности и регулярной оценки их состояния [37].

При оценке эксплуатационного риска, ремонта или восстановления тру­ бопровода выдвигается одно основное требование - необходимость как мож­ но более точно установить фактическое его состояние. Пока такая оценка

не выполнена, не следует строить каких-либо планов относительно восста­ новительных работ.

Для получения всех технических данных, касающихся состояния тру­ бопровода, необходимо выполнить программу его детальной дефектоско­ пии. Информация должна быть собрана из многих источников, включая регистрационные журналы за прошлые годы и результаты неразрушающих испытаний.

Доступ в полость трубопровода обычно возможен только с его концов. Тру­ бопроводы, укладываемые на суше, заглубляются в грунт и могут проходить под руслами рек, шоссейными и железными дорогами. В полость трубопро­ вода можно проникнуть из колодцев, в которых установлены задвижки, одна­ ко расстояние между такими задвижками может достигать десятков километ­ ров. Морские трубопроводы, даже если они не заглублены под морское дно, могут удерживаться на дне в результате навески на них бетонных утяжелите­ лей; трубопроводы укладывают на глубину моря в десятки и сотни метров.

Независимо от того, проходит трубопровод по морскому дну или по суше, единственный метод полной оценки состояния труб - прогон через него вмес­ те с перекачиваемым потоком дефектоскопов - диагностических устройств. Такие устройства позволяют обследовать трубопровод по всей длине без нарушения эксплуатации и с сохранением его целостности.

Серийные внутритрубные дефектоскопы. Первые внутритрубные де­ фектоскопы промышленного изготовления начали применять 40 лет назад. С того времени масштабы использования таких устройств резко возросли, в еще большей степени увеличилась их эффективность с точки зрения как надежности, так и точности.

Многие внутритрубные дефектоскопы используют при обычной эксплуа­ тации и текущем техническом обслуживании. Однако можно воспользовать­ ся и другой информацией для оценки риска эксплуатации трубопровода и принятия решений, касающихся его ремонта или восстановления.

К такого рода информации относится:

•геометрия трубопровода - овальность, расширение, вмятины или мор­ щины;

•местоположение частично закрытых запорных или других устройств, сужающих поток;

•местоположение тройников и радиусы криволинейных участков;

•степень смещения оси трубопровода или его кривизна, вызванные опус­ канием трубопровода, эрозией грунта, землетрясениями или оползнями;

•профиль внутренней поверхности трубопровода;

•потери металла, выражающиеся в уменьшении толщины стенки труб вследствие коррозии или трещинообразования.

На рис. 54 представлены основные этапы развития технологии внутри-

трубной инспекции и ремонта трубопроводов [73].

Рисунок 54 — Этапы развития технологии внутритрубной инспекции и ремонта трубопроводов

На сегодняшний день фирмы-изготовители предлагают более 30 кон­ струкций внутритрубных дефектоскопов, большинство таких фирм являются членами ассоциации «Pigging Products and Services» (PPSA) [37]. Указанная ассоциация - относительно новая организация, которая, можно надеяться, поможет установить стандарты на этот вид оборудования в различных стра­ нах мира. Перечень фирм-изготовителей по каждому типу дефектоскопов приведен ниже.

Каждый внутритрубный дефектоскоп относительно уникален по кон­ струкции и может использоваться трубопроводной фирмой для проведения конкретных видов инспекции.

Стоимость внутритрубной дефектоскопии колеблется в широких пре­ делах. Затраты на проведение внутритрубной инспекции зависят от про­

тяженности трубопровода. Значительные статьи затрат - на рабочую силу и оборудование, и поэтому (при сопоставимости других факторов) дефек­ тоскопия короткого трубопровода обойдется дороже, чем длинного. Однако еще большее влияние на стоимость внутритрубной инспекции оказывает стоимость самих дефектоскопов.

Перечень фирм-изготовителей по каждому типу дефектоскопов

Существующая технология внутритрубной дефектоскопии. Каждый

метод детектирования и измерения аномалий может быть применен с учетом

конкретных условий. Фирмы-изготовители внутритрубных дефектоскопов

Такие колеса - конструкционная особенность почти всех внутритрубных дефектоскопов; диаметр их выбирается таким, чтобы полный оборот осу­ ществлялся при заранее выбранном значении перемещения дефектоскопа в трубопроводе (обычно 1 фут «0,305 м).

При прохождении внутритрубного дефектоскопа через сужения трубо­ провода пальцы специального профиля изгибаются, при этом центральный шток перемещается на некоторое расстояние, зависящее от степени изгиба пальцев; перемещение отмечается на диаграммной бумаге. Таким образом, фиксируются как степень сужения трубопровода, так и расположение этого сужения на трассе. Результаты можно видеть на диаграмме после извлечения ее из дефектоскопа на конце трубопровода. Квалифицированная интерпре­ тация диаграммы позволяет выделить различные типы сужений, например вмятины или овальность.

Электромагнитные дефектоскопы. В устройствах такого типа запись производится не на бумажную ленту, а в электронной форме. Результаты измерений вводятся далее в персональную ЭВМ и после обработки воспро­ изводятся на дисплее. При желании можно получить распечатку.

Наибольшее преимущество электромагнитного устройства - способность выбирать любой конкретный сигнал или серию сигналов, и затем усиливать их. Это позволяет точно определить параметры данного сигнала или сигна­ лов, часто без привлечения квалифицированного специалиста.

Пионером в разработке внутритрубных электромагнитных дефектоскопов является фирма «Н. Rosen Engineering». В первоначальной конструкции элек­ тромагнитного дефектоскопа для фиксации изменений диаметра трубопрово­ да использовались смонтированные по его окружности тензометры. Сигналы от тензометров вводятся во встроенные в дефектоскоп процессор и запоми­ нающее устройство. Однако через короткое время компания отказалась от механических тензометров и перешла на применение электронных (рис. 56).

Отклонения по диаметру фиксируются с помощью индивидуальных дат­ чиков, что позволяет определить радиальное расположение аномальных зон. Расстояния измеряются с помощью колесного спидометра, дополнительный канал обеспечивает постоянное считывание значений скорости перемеще­ ния внутритрубного дефектоскопа.

Куполообразное устройство в задней части дефектоскопа генерирует и излучает электромагнитное поле, на характеристики которого влияет отно­ сительное расстояние до стенок трубы. Фиксируются изменения характерис­ тик поля, вызванные колебаниями диаметра, эти изменения преобразуются

вэлектрический сигнал. После обработки сигнал вводится в запоминающее устройство, а затем, после извлечения дефектоскопа из трубопровода, -

вперсональную ЭВМ.