
книги / Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ
..pdfМинистерство 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