Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции сква

Основной узел такого устройства - инерционная измерительная установ­ ка, в которую входят как акселерометры, так и гироскопы. Сочетание подоб­ ных приборов обеспечивает возможности расчета кривизны трубопровода, его ориентации и положения.

Инерционная измерительная установка монтируется внутри корпуса дефектоскопа, который, в свою очередь, удерживается эластомерными ман­ жетами. Хотя это будет обеспечивать перемещение измерительной уста­ новки приближенно по оси трубопровода, наклон самого дефектоскопа

инаправление его перемещения не будут совпадать с наклоном и азимутом трубопровода. Такое несовпадение компенсируется дополнением дефекто­ скопа кольцом гидролокаторов на каждом конце инерционной системы для обеспечения возможности постоянного контроля положения дефектоскопа относительно трубопровода.

Для измерения расстояний в системе используется колесный спидометр,

ивыявленные сужения труб фиксируются по длине трубопровода.

Спомощью дефектоскопа «Geopig» собрали большой объем информа­ ции и быстро пришли к заключению, что по распечатке трудно судить о со­ ответствии результатов измерений фактическому расположению дефектов. Поэтому создано программное обеспечение для персональной ЭВМ, которое позволяет хранить данные на оптическом диске, производить их выборку или обработку для эффективного устранения ошибок интерпретации.

Визуальный осмотр. Возможности визуальной инспекции ограничива­ ются несколькими факторами. К результатам внутритрубной дефектоскопии, полученным ранее с использованием дефектоскопов первых конструкций, часто и не без оснований относились скептически. В тот период предпола­ гали, что для подтверждения какого-либо выявленного дефекта необходим визуальный осмотр. Однако фотографии внутренней поверхности труб мог­ ли быть получены только в условиях хорошей видимости, что ограничивало использование внутритрубных дефектоскопов, оснащенных фотокамерами, только трубопроводами, транспортирующими относительно чистые газ или жидкости. Внутритрубные же дефектоскопы дают быструю, детальную

инадежную информацию.

Оснащенные фотокамерами внутритрубные дефектоскопы наиболее эффективны при инспекции внутренних покрытий труб. В дефектоскопах такого рода, используемых фирмой «Geo Pipeline Services», применена 35-миллиметровая фотокамера со вспышкой и широкоугольными линзами. Камера монтируется под прямым углом к стенке трубы и может поворачи­ ваться, чтобы обеспечить наводку на резкость по любой части стенки трубы. Способность дефектоскопа к определению расстояний позволяет точно уста­ навливать расположение фотографической камеры (дефектоскопа).

Последняя конструкция внутритрубного дефектоскопа (рис. 58), разрабо­ танная фирмой NKK, отличается от предыдущих камерой, смонтированной в верхней части дефектоскопа, что позволяет производить обзорные снимки поверхности стенок трубопровода вслед за проходом дефектоскопа. Снимки могут производиться через заранее выбранные интервалы времени, в аль­ тернативном варианте камера может срабатывать в момент прохождения дефектоскопом каждого сварного шва.

Рисунок 58 — Внутритрубный дефектоскоп фирмы NKK, оснащенный фотокамерой:

1 — детектор сварных швов; 2 — спидометр; 3 — щетка; 4 — окно; 5 — фотокамера

Внутритрубный дефектоскоп фирмы NKK рассчитан на выполнение большого числа снимков за один прогон его по трубопроводу. Например, за один прогон дефектоскопа диаметром 610мм выполнены 13тыс. фото­ снимков, общая протяженность отснятых участков трубопровода составляет 19,8 км.

Хотя для инспекции коротких участков трубопроводов (обычно водо­ водов) используются оснащенные видеокамерами гусеничные аппараты, связанные с кабелем питания, аналогичные внутритрубные дефектоскопы пока не выпускаются.

Дефектоскопы для определения потерь металла. Потери металла и трещинообразование - наиболее важные проблемы, которые необходимо учитывать при ремонтно-восстановительных работах. Большинство внутритрубных дефектоскопов разработано применительно к определению потерь металла и трещин.

Для детектирования и измерения потерь металла предпочтительны два метода: магнитная и ультразвуковая дефектоскопия.

Принципы, на которых основаны эти методы, не отличаются сложнос­ тью. Проще всего понять принцип работы магнитного дефектоскопа путем сравнения его с подковообразным магнитом. Чтобы обеспечить достаточно сильное магнитное поле, магнит дополнен якорем, представляющим собой просто металлический брусок, по которому магнитный поток переходит от одного полюса к другому. Если площадь поперечного сечения бруска не­ достаточна, чтобы пропустить весь магнитный поток, происходит утечка последнего.

Аналогичным образом в магнитном дефектоскопе используются магниты для создания магнитного потока в стенке трубы (рис. 59). Между полюсами магнита смонтированы датчики для детектирования любой утечки, вызван­ ной утончением стенки или потерей металла по любой причине.

1

Рисунок 59 — Внутритрубный магнитный дефектоскоп корпорации «British Gas»: 1 — магниты; 2 — датчики

Для создания в стенке трубы магнитного потока достаточной плотности требуются мощные, большие магниты, что ограничивает возможности ис­ пользования магнитных дефектоскопов в толстостенных трубах. Возникает задача разработки таких устройств небольшого размера.

Для решения этой проблемы фирма «Tuboscope» решила применить электромагниты. Во всех других внутритрубных магнитных дефектоскопах продолжают использовать постоянные магниты.

Корпорация «British Gas», разработавшая внутритрубные дефектоскопы второго поколения, улучшила характеристики изготавливаемых ею магнит­ ных дефектоскопов в результате получения магнитов из новых магнитных материалов. Разработанные магниты из сплава неодима, железа и бора харак­ теризуются в 10 раз большей энергией магнитного поля на единицу объема, чем магниты из материала «Alcomax», применявшиеся в начале 70-х годов.

Другая разработка, направленная на повышение эффективности внутри­ трубных дефектоскопов, представляет собой систему больших датчиков.

Ведутся поиски новых методов и материалов для повышения эффектив­ ности внутритрубной дефектоскопии, особенно применительно к выявле­ нию зон потери металла.

Цель ранее описанного исследования состояла в изучении возможно­ стей использования дефектоскопов «Ultrascan» для выявления дефектов в газопроводах. Решение было найдено в прогоне по газопроводу жидкост­ ной пробки, ограниченной спереди и сзади обычными разделителями. Де­ фектоскоп «Ultrascan» помещается внутри этой пробки.

Оптимальная технология. Предпочтительность той или иной техноло­ гии дефектоскопии зависит от конкретных условий применения каждой из них. Конкурентоспособность - главный стимул, которым руководствуются фирмы - разработчики новых технологических решений.

Существуют некоторые ошибочные представления о внутритрубной дефек­ тоскопии, для устранения которых ниже представлены несколько пояснений:

•На результаты магнитной дефектоскопии не влияет скорость перемеще­ ния внутритрубных аппаратов вплоть до 4 м/с. Если скорость превышает это значение, то чувствительность устройства с точки зрения определения толщины стенки уменьшается, хотя чувствительность в некоторой сте­ пени можно вновь увеличить соответствующим размещением датчиков.

•Скорость перемещения по трубопроводу ультразвукового дефектоскопа влияет на результаты измерений лишь до тех пор, пока частота импуль­ са сохраняется постоянной; скорость определяет расстояние между точ­ ками снятия отсчетов.

•На результаты магнитной дефектоскопии не влияют изменения толщи­ ны стенки трубопровода.

•Магнитные дефектоскопы не работают в толстостенных трубопрово­ дах.

•Ультразвуковые дефектоскопы не могут применяться в тонкостенных трубопроводах.

Часто решение о применении внутритрубных дефектоскопов может быть принято с учетом ответов на следующие вопросы:

•Возможно ли создание жидкостной пробки в инспектируемом газопро­ воде?

•Достаточна ли длина устройств для приема скребков, чтобы принять в них дефектоскопы?

•Имеется ли дефектоскоп диаметра, достаточного для прогона по трубо­

проводу?

Если нет очевидного ответа на эти вопросы, то можно пригласить для консультаций представителя фирмы-поставщика или посоветоваться с пред­ ставителями других компаний, уже имеющих опыт в использовании внутри-

трубных дефектоскопов, особенно в последние годы. Необходимо отметить, что конструкции внутритрубных дефектоскопов и техника их практического применения постоянно совершенствуются. Поэтому решения, основанные на применении технологии, использовавшейся несколько лет назад, могут быть ошибочными.

3.2.2. Инспектирование гибких подводных трубопроводов

Особенности конструкции и работы гибких трубопроводов

Расширение практики использования гибких труб для соединения буро­ вых палуб плавучих морских установок с донным оборудованием в основ­ ном является следствием успешного применения таких труб для строитель­ ства трубопроводов и статических стояков в конце 70-х гг. [24]. В то время в отрасли появилась потребность в строительной технологии, альтернатив­ ной применению жестких труб, позволяющей ускорить прокладку трубо­ проводов с более экономичных строительных судов, а также допускающей менее жесткие требования к нарушениям соосности. Первые разработки начались с создания из стали и полимерных материалов многослойных кон­ струкций, обладающих большими химической стойкостью и гибкостью по сравнению со стальными трубами. Инженерно-конструкторские изыскания развивались в двух направлениях, основывающихся на опыте производства морских силовых кабелей и армированных сталью шлангов.

В настоящее время эти две промышленные технологии обеспечивают нефтедобывающую отрасль литыми и нелитыми гибкими трубами. Гибкая труба обладает составной конструкцией, для которой характерны следую­ щие преимущества:

•малый предельный радиус изгиба;

•хорошие показатели теплопроводности;

•высокий коэффициент демпфирования;

•высокая ударная прочность.

Перечисленные выше и прочие показатели распределения в конструкции напряжений обусловливают пригодность гибких труб для решения наиболее ответственных технических задач. С 1979 г. смонтировано более 1700 км литых и нелитых гибких труб.

В результате успешной промышленной эксплуатации квазистатических водоотделяющих колонн и палубных динамических соединительных линий в течение последних 25 лет область применения гибких труб расширилась - созданы динамические подвесные эксплуатационные колонны. Впервые по­ добные колонны понадобились в Бразилии в начале 80-х гг., когда компания «Petrobras» быстро вводила в эксплуатацию новые нефтяные месторождения с применением подводных и плавучих добывающих систем.

Гибкие эксплуатационные колонны устанавливались для соединения дон­ ного оборудования с плавучими установками в качестве альтернативы водо­ отделяющих колонн составной конструкции с шарнирными узлами. Внеш­ ние нагрузки и собственные значительные инерционные характеристики вызывают дифференциальную качку плавучей установки и ее смещение от­ носительно дна моря. Гибкие эксплуатационные колонны используются для эффективной компенсации такой качки в системе «донное оборудование - плавучая установка». Типичный пример использования динамической под­ весной эксплуатационной колонны представлен на рис. 69.

Рисунок 69 — Схема использования гибких труб в качестве подвесных эксплуатационных колонн плавучего нефтегазодобывающего комплекса; виды смещений полупогружной

эксплуатационной установки относительно донного оборудования:

1 — боковое смещение; 2 — продольное рыскание; 3 — килевая качка; важнейшие геометри­ ческие параметры комплекса: 4 — по отметкам глубины; 6 — максимально допустимое удале­

ние СПБУ от донного оборудования; 5 — критические участки для расчета подвесной колонны; 7 — донное нефтегазодобывающее оборудование

Расширяющаяся номенклатура гибких труб различных конструкций вы­ нуждает компании лучше ориентироваться в свойствах труб: подверженности старению, усталостной прочности, возможности инспектирования. Гибкие трубы не относятся к изделиям, несущим в себе свойства «черного ящика», - они могут быть оценены с технической точки зрения и проверены на це­ лостность конструкции. Однако для определения метода обследования или инспектирования необходимо учитывать особенности конструкции трубы и обусловленный ими сложный характер ее работы. Только тогда наличие

и значимость дефектов могут быть соотнесены с конструкционной надеж­ ностью.

Конструкция гибких труб. Гибкая труба со стальной армировкой есть общий термин, определяемый Американским нефтяным институтом как «...составная конструкция из располагаемых слоями материалов, ограничи­ вающая напорный канал. Конструкция трубы допускает большие деформа­ ции изгиба без значительного увеличения изгибных напряжений».

Трубы усиливают в аксиальном и радиальном направлениях с помощью стальных жил, плоских напрягаемых арматурных элементов, спиралей, а также цилиндрических каркасов. По своей конструкции трубы могут быть либо литыми, либо нелитыми (рис. 70).

Рисунок 70 — Конструкция литой (А) и нелитой (Б) гибких труб:

1 — конструкционные элементы; 2 — оболочки, аккумулирующие протечки газа; 3 — внешний кожух; 4 — оболочки, ограничивающие протечки флюида; 5 — армирующие оплетки; 6 — внеш­ ний термопластиковый кожух; 7 — двойная встречная армирующая оплетка; 8 — промежуточная

термопластиковая оболочка; 9 — малосжимаемая спираль; 10 — внутренняя термопластиковая

трубка; 11 — стальной гофрированный шланг

Литые гибкие трубы. В литой трубе стенка образована несколькими материалами в виде перемежающихся слоев (полимерный материал, сталь, ткань) с химическим связующим между ними для обеспечения изначально­ го сцепления. Эластомерные материалы и пряди из упрочненного волокна

укладываются поверх и между слоев встречной предварительно напряжен­ ной стальной оплетки во избежание контакта между ее элементами, принад­ лежащими разным слоям. Для достижения гомогенности такой конструкции трубу подвергают вулканизации в печи с тщательно регулируемым тепловым режимом. Температуру в печи повышают ступенчато с параллельным прило­ жением давления для обеспечения образования связей между полимерными структурами и затвердевания вяжущих веществ.

Гибкость литой трубы достигается за счет аксиальных (осевых) дефор­ маций и деформаций сдвига, причем при изгибе относительные смещения между слоями стенки отсутствуют. Эта особенность приобретает опреде­ ляющее значение, когда пытаются оценить скорость износа и срок службы литой гибкой трубы в целом по критерию усталостной прочности. В связи с отсутствием проскальзывания слоев стенки относительно друг друга при изгибе литой трубы в ней фактически отсутствует трение и сопутствующее ему повышение температуры.

Нелитые гибкие трубы. Стенки нелитых труб также выполняют из перемежающихся слоев полимерных материалов, стальной армировки и тканых лент. Каждый из полимерных слоев в отдельности наносят методом экструзии на стальные конструкционные элементы, однако никаких связую­ щих веществ не применяют. Несвязанность слоев стенки между собой обу­ словливает возможность их подвижки (проскальзывания) относительно друг друга. Для снижения внутреннего трения используют смазки или предусмат­ ривают промежуточные оболочки в конструкции стенки трубы. Конструк­ ция трубы включает в себя внутреннюю полимерную трубку, используемую в качестве герметичного канала для транспортировки флюидов. Внешние оболочки служат для удержания стальной арматуры и предохранения по­ крываемых ими слоев от абразивного износа. Особенности конструкции стенок (чередование полимерных и металлических слоев) являются при­ чиной возможных различий в объемных геометрических характеристиках нелитых труб. Поскольку слои стенки не связаны между собой, возможна их осадка относительно друг друга. Возможны также упругие деформации, допускаемые индивидуальными особенностями элементов стенки и их вза­ имным проскальзыванием под нагрузкой.

Газопроницаемость полимеров. Трубчатые элементы из полимеров (пластиков и эластомеров) в гибких трубах служат в качестве каналов для транспортировки флюидов или обеспечивают химическую стойкость кон­ струкции. Применительно к последней из указанных функций особое значе­ ние имеют свойства устойчивости к старению, воздействию углеводородов и газов. Пластики (полимеры) состоят из длинномерных молекулярных це­ пей, образующих решетчатую структуру. Хотя межмолекулярные расстоя­ ния в ней чрезвычайно малы, молекулярные цепи подвержены постоянным