Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ

..pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
9.44 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

В.Д. Гребнев, А.М. Мошева

СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2015

УДК 622.276 Г79

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор Н.И. Крысин (Филиал ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «ПермНИПИнефть»);

канд. техн. наук, доцент И.Р. Юшков (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Гребнев, В.Д.

Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов Г79 и газонефтехранилищ : учеб. пособие / В.Д. Гребнев, А.М. Мошева. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. поли-

техн. ун-та, 2015. – 167 с.

ISBN 978-5-398-01515-7

Показана перспектива добычи нефти и газа в мире и Российской Федерации до 2030 г., приведены характеристики перекачиваемых жидкостей (нефти, воды, эмульсии), газа. Рассмотрена технология проектирования, строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов, резервуаров и резервуарных парков, нефтебаз, морских и речных терминалов по загрузке

иразгрузке танкеров, а также железнодорожных эстакад налива

ислива нефти и нефтепродуктов.

Предназначено для студентов очной и заочной формы обучения по направлению «Нефтегазовое дело».

УДК 622.276

ISBN 978-5-398-01515-7

© ПНИПУ, 2015

2

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение..................................................................................................

5

1.

Краткие сведения о добыче, ресурсах, запасах нефти и газа.

 

Гипотезы происхождения углеводородов............................................

8

 

1.1. Роль нефти и газа в жизни человека и общества......................

8

 

1.2. Происхождение нефти и газа.....................................................

11

 

1.3. Объемы добычи, ресурсы, запасы нефти и газа в мире

 

 

и в Российской Федерации................................................................

13

 

1.4. История добычи нефти и газа в СССР,

 

 

Российской Федерации, в Пермском крае.......................................

17

2.

Состав, свойства нефти, газа и пластовой воды.............................

21

 

2.1. Состав нефти................................................................................

21

 

2.2. Свойства нефти и пластовой воды ............................................

22

 

2.3. Попутный нефтяной газ, природный газ,

 

 

физико-химическая характеристика газа.........................................

29

3.

Развитие трубопроводного транспорта в России и за рубежом ........

33

 

3.1. История развития трубопроводного транспорта......................

33

 

3.2. Преимущества и недостатки различных видов транспорта

 

 

нефти и нефтепродуктов....................................................................

34

4.

Классификация трубопроводов.........................................................

39

5.

Проектные и изыскательские работы...............................................

43

 

5.1. Понятия и принципы управления нефтегазостроительными

 

 

проектами............................................................................................

43

 

5.2. Изыскательские работы и согласования...................................

47

 

5.3. Проектно-сметная документация при строительстве

 

 

нефтяных, газовых объектов.............................................................

48

 

5.4. Подготовка строительного производства.................................

58

6.

Особенности строительства нефтяных и газовых объектов...........

60

7.

Гидравлический расчет трубопровода..............................................

64

8.

Объекты и сооружения магистральных трубопроводов.................

67

 

8.1. Основные части нефте- и газопроводов....................................

67

 

8.2. Выбор трассы и прокладка трубопроводов..............................

71

 

8.3. Схемы прокладки трубопроводов..............................................

73

9.

Коррозия металлов .............................................................................

80

 

9.1. Общие понятия о коррозии ........................................................

80

 

9.2. Защита нефтепроводов от коррозии..........................................

82

10. Резервуары и резервуарные парки................................................

88

 

 

3

10.1. Общие понятия о резервуарах и нефтебазах.........................

88

10.2. Нефтебазы ................................................................................

89

10.3. Стальные вертикальные резервуары .....................................

92

11.

Потери нефти и нефтепродуктов в резервуарах.........................

105

11.1. Потери нефти и нефтепродуктов при хранении...................

105

11.2. Методы сокращения потерь нефтепродуктов.......................

108

12.

Расчет фактических потерь нефти и нефтепродуктов................

111

12.1. Расчет потерь нефти и нефтепродуктов

 

от «малых дыханий».........................................................................

111

12.2. Расчет потерь нефти и нефтепродуктов

 

от «больших дыханий».....................................................................

112

13.

Механический расчет резервуаров................................................

114

14.

Продуктопроводы ...........................................................................

119

14.1. Развитие продуктопроводного транспорта в России...........

119

14.2. Основные физические свойства нефтепродуктов................

121

15.

Газопроводы....................................................................................

124

15.1. Развитие трубопроводного транспорта газа .........................

124

15.2. Свойства газов, влияющие на технологию

 

их транспорта....................................................................................

127

15.3. Классификация магистральных газопроводов .....................

127

15.4. Основные объекты и сооружения магистрального

 

газопровода .......................................................................................

128

15.5. Газоперекачивающие агрегаты..............................................

129

15.6. Особенности трубопроводного транспорта

 

сжиженных газов..............................................................................

130

6. Хранение и распределение газа.......................................................

132

17.

Объекты, сооружаемые на трассе магистрального

 

газопровода............................................................................................

135

17.1. Общие понятия об объектах, сооружаемых на трассе

 

газопровода .......................................................................................

135

17.2. Компрессорные станции.........................................................

139

18.

Особенности прокладки газопроводов через водные преграды....

146

19.

Гидравлический расчет магистральных газопроводов ...............

149

20.

Диагностика трубопроводов..........................................................

152

20.1. Общие понятия о диагностике трубопроводов.....................

152

20.2. Внутритрубные инспекционные снаряды.............................

154

21.

Прогнозирование и ремонт магистральных трубопроводов ......

159

Библиографический список .................................................................

163

4

ВВЕДЕНИЕ

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) играет особую роль в хозяйстве любого государства, без его продукции невозможно функционирование экономики. В мире накоплен огромный опыт разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, построены тысячи километров нефтяных, газовых трубопроводов и продуктопроводов. Для современного периода развития нефтяной промышленности Российской Федерации характерна неблагоприятная геолого-технологическая структура запасов нефти, в которой доля традиционных (технологически освоенных) запасов составляет лишь 35 %. Следует отметить, что крупнейшие месторождения, открытые в 60– 70-гг. ХХ в., в результате интенсивной эксплуатации значительно истощились. Обводненность продукции этих месторождений достигла 80–90 % и более. Несмотря на то, что нефть и газ являются невозобновляемыми энергоносителями, их добыча и потребление продолжают расти. К сожалению, Российская Федерация отстает от промышленно развитых стран по объемам и качеству переработки добываемых углеводородов, поэтому значительная доля нефти и газа экспортируется за рубеж, как сырье.

Трубопроводный транспорт, как в России, так и в развитых странах занимал основную нишу (около 80 %) по перекачке нефти и газа уже в 1960-е гг. Существующая нефтепроводная система, возглавляемая ОАО АК «Транснефть», эксплуатирует более 40 тыс. км нефтепроводов. ОАО «Газпром» эксплуатирует более 150 тыс. км магистральных газопроводов, из которых 62 % газопроводов диаметром 1020–1420 мм.

При изучении дисциплины «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» студенты получают системные представления о предпроектных работах, проектировании, строительстве и эксплуатации трубопроводных систем.

5

Учебной программой данной дисциплины предусмотрено освоение теоретических знаний и практических навыков по проектированию, строительству и эксплуатации резервуарных парков, нефте- и газохранилищ. Студенты знакомятся с техникой и технологией трубопроводного транспорта нефти, газа и нефтепродуктов, с текущим и капитальным ремонтом трубопроводов, получают понятия об особенностях перекачки по трубопроводам нефти различной вязкости, нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов. Отдельным разделом рассмотрены вопросы диагностирования трубопроводов, их защиты от внешней и внутренней коррозии.

Производственно-технологическая структура нефтегазового комплекса такова, что основным звеном его является транспортная трубопроводная система. Развитие трубопроводной транспортной системы с резервуарными парками, морскими и речными терминалами, железнодорожными эстакадами слива и налива может привести к повышению интенсивности развития и эффективности работы всего нефтегазового комплекса. Действующие и перспективные трубопроводные системы нефти и газа России в силу выигрышного расположения на Евроазиатском континенте смогут оказывать серьезное влияние на геополитическое развитие энергетического рынка.

Трубопроводные транспортные системы, которые эксплуатируют ОАО АК «Транснефть» и ОАО «Газпром», – это сложные комплексы не только с тысячью километров трубопроводов, но и огромным количеством перекачивающих

икомпрессорных станций, головных сооружений с резервуарными парками по приему нефти и газа, линий электропередач, линий связи и линий управления запорными устройствами. Для реализации намеченных программ по увеличению перекачиваемых объемов нефти и газа потребуются дополнительные квалифицированные кадры, как инженерно-технические, так

ирабочие.

6

Данное пособие позволит получить теоретические основы по вопросам проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводных систем, особенностям перекачки высоковязкой нефти, сжиженного газа в районах Западной и Восточной Сибири, в шельфовых зонах и в морских акваториях.

7

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ДОБЫЧЕ, РЕСУРСАХ, ЗАПАСАХ НЕФТИ И ГАЗА. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

1.1. Роль нефти и газа в жизни человека и общества

Нефть и газ человечеству известны очень давно. За шесть тысяч лет до нашей эры люди использовали нефть для освещения и отопления. Войска Александра Македонского на берегах Каспийского моря обнаружили использование нефти в качестве горючей жидкости для светильников. В Китае за 220 лет до новой эры с помощью бамбуковых труб бурили скважины для добычи соли и получили горючую жидкость – нафту. Слово «нафта» от греческого слова «просачивающаяся, вытекающая», постепенно трансформировалось в слово «нефть». Кроме освещения и отопления нефть в древние времена широко использовалась как лекарственное средство. Позднее нефть стали применять в военных целях. Войска Чингисхана в ХII в. овладели крепостью Бухара. Они забросали ее горшками с нефтью, выпуская горящие стрелы, что привело к многочисленным пожарам. Русские купцы торговали бакинской нефтью еще в ХVI в. В 1721 г. в Берг-коллегию поступило заявление «рудознатца» Григория Черепанова об обнаружении нефтяного ключа на реке Ухте в Пустозерском уезде. По распоряжению Петра I образцы ухтинской нефти были направлены для анализа в Голландию и Францию, однако после смерти Петра I интерес к этому делу пропал. В 1840 г. бакинская нефть была отправлена в Петербургскую академию наук. Ответ из Петербурга был «поучительным»: «Это вонючее вещество пригодно только для смазки колес и телег». В Румынии нефтяные колодцы появились в 1640 г. Первым из углеводородов, нашедшим широкое применение у людей, считается асфальт. Он использовался как связующее вещество вместо цемента при строительстве.

8

Старые участки Великой китайской стены сооружены на природном битуме. В России первый асфальтовый завод был построен в Одессе. В мировой практике впервые был построен нефтеперегонный завод в 1745 г. российским предпринимателем Ф.С. Прядуновым. Крепостные крестьяне братья Дубинины в 1825 г. построили в г. Моздоке нефтеперегонный завод. В районе Баку горный инженер Н.И. Воскобойников в 1837 г. построил нефтеперегонный завод. В середине ХIХ в. американцы начали из нефти получать осветительное масло (керосин), данный продукт нашел широкое применение в Европе и в России. Становление нефтяной промышленности в США подробно описано в книге Ф. Меркса «Черная кровь» [21]. При разгонке нефти долгое время не находили применения жидкая фракция (бензин) и густая грязно-черная жидкость, названная мазутом, от арабского «отброс». Значительный вклад в развитие нефтяной промышленности в России внесли братья Нобель.

Природный газ, как и нефть, стал известен человеку задолго до нашей эры. За 200 лет до новой эры в Китае были пробиты бамбуковые скважины для добычи газа. Сначала для освещения, а затем и для отопления газ нашел широкое применение в передовых европейских странах. В 1914 г. в Петербурге было газифицировано 3000 квартир. Сегодня трудно представить функционирование промышленности, сельского хозяйства, бытовые условия населения без использования природного и попутного газа.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) играет особую роль в жизнедеятельности любого государства, без его продукции невозможно функционирование экономики. Первобытному человеку достаточно было 300 г условного топлива в день, сегодня в развитых странах на одного человека в год тратится до 13 т условного топлива, причем каждые 10 лет потребление его удваивается. Несмотря на возрастающие затраты при поиске, добыче и переработке нефти и газа, их потребление посто-

9

янно возрастает. В текущем году суммарная мировая добыча нефти достигла объема 3,9 млрд т, а газа – более 3 трлн м3. В структуре потребления доминирующее положение сохраняется за топливно-энергетическими ресурсами органического происхождения – более 90 %. Остальное – энергия АЭС, ГЭС

ивозобновляемых источников.

Ксожалению, углеводородное сырье в основном обеспечивает нужды топливно-энергетического комплекса и очень мало используется в химической промышленности. Уместно вспомнить слова Д.И. Менделеева: «Сжигать нефть – это все равно, что растапливать печь ассигнациями». Наш современник американский ученый Р. Лэпп написал: «Я считаю варварством сжигание уникального наследия Земли – углеводородов – в форме нефти и газа». Разумнее сегодня резко увеличивать добычу угля, но этот процесс более затратный и трудоемкий, менее экологичный. Человечество не научилось использовать огромные запасы солнечной энергии. Небольшие

местные солнечные электростанции работают в Японии и практически не оказывают влияния на общий объем вырабатываемой электроэнергии. В США и Дании внедрены ветряные электростанции. В Дании при помощи ветра производится около 10 % необходимого стране электричества. В результате освоения техники и технологии сверхглубокого бурения появится возможность использования высокой температуры глубинных пород и горячей воды. Наиболее реальным конкурентом в перспективе в выработке электроэнергии является энергия атомного ядра. Во Франции более 60 % потребляемой энергии производится атомными электростанциями. Аварии на Чернобыльской АЭС, в Японии показали всему миру, что технология выработки электроэнергии с помощью расщепления ядра очень опасна и требует совершенства. В связи с тем, что углеводородное сырье не воспроизводится, а добыча нефти и газа дорожает и соответственно повышаются цены на нефтепродукты, многие страны стали вырабатывать топливо из возобновляе-

10