sbornik_FTT_2015_1__1

10

СЕКЦИЯ «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ

И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ

11

УДК 622.692.4.07 (26.03)

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА УГЛЕВОДОРОДОВ НА АРКТИЧЕСКОМ ШЕЛЬФЕ РОССИИ

В.Ф. Абсалямова, УГНТУ, г. Уфа

Внастоящее время Россия, обладающая богатейшим углеводородами шельфом, практически не имеет морской нефтегазодобывающей промышленности, в то время как удельный вес морской нефти и газа в мире достигает 40

%от общей добычи.

Континентальный шельф России содержит в своих недрах колоссальное количество углеводородов. Около 90 % площади шельфа РФ являются нефте - газоносно перспективными, что составляет около 2/3 перспективной площади на суше. Особая роль принадлежит Арктике, где сосредоточено до 70 % общих ресурсов шельфа России.

При эксплуатации морского месторождения одним из основных вопросов является выбор способа транспортировки добываемой продукции. На сегодняшний день углеводороды транспортируют либо танкерами, либо по трубопроводам. Предпочтение, по ряду причин, отдается трубопроводам.

Эффективность транспортирования нефти и газа по подводным трубопроводам достигается за счет:

-отсутствия влияния погодных условий;

-возможности дистанционного управления;

-малой вероятности загрязнения окружающей среды;

-возможности непрерывного транспортирования нефти и газа до береговой зоны;

-использования трубопроводов для хранения перекачиваемой продук-

ции скважин.

В соответствии с «Программой освоения углеводородов на шельфе Российской Федерации» к 2030 г. должна быть обеспечена добыча газа на российском шельфе в объеме более 170 млрд. куб. м в год, нефти и конденсата более - 10 млн. тонн в год. Таким образом, в ближайшие десятилетия с увеличением

12

добычи газа и нефти из месторождений шельфа России потребности в морских трубопроводах будут нарастать.

Специфические особенности проектирования и сооружения морских трубопроводов связаны с их назначением, географическим местоположением района укладки, береговыми условиями и характеристикой морского дна, силой морских течений, режима судоходства и т. п. Исходя из этих условий, выбираются диаметр, толщина стенки трубопровода и сорт стали, используемой при изготовлении труб.

С учетом того, что все нефтегазоносные морские месторождения находятся в замерзающих морях, необходимо формирование нового направления в проектировании и строительстве трубопроводов.

В настоящее время существует целый ряд актуальных вопросов проектирования трубопроводов, требующих своего решения. Это, прежде всего, выбор оптимальной конструкции трубопровода по различным критериям:

-безопасность эксплуатации, экологичность, стоимость конструкции, технологичность и т. п.;

-выбор материала труб, защитного покрытия и электрохимической за-

щиты;

-продольная и поперечная устойчивость конструкции с учетом воздействия подводных течений;

-обеспечение целостности и проходного сечения;

-защита от коррозии и эрозии; сварка и неразрушающий контроль в процессе монтажа;

-диагностика и мониторинг;

-технологические режимы перекачки нефти, природного газа или газового конденсата при высоком внутреннем давлении;

-прочность и устойчивость первоначальной формы равновесия цилиндрических оболочек трубопроводов и другие технологические и экологические аспекты.

13

УДК 622.692.4.07 (26.03)

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МОРСКИХ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

В. Ф. Абсалямова, УГНТУ, г. Уфа

Высокая эффективность и надежность трубопроводного транспорта нефти и газа обусловили стабильный рост протяженности морских подводных трубопроводов. В различных странах земного шара проложено более 60 000 тысяч км морских подводных нефте-, газо- и продуктопроводов.

Морские трубопроводные системы — сложнейшие технические объекты, работающие в трудных природных условиях. Они должны сохранять работоспособность при воздействии штормов, течений, ветров, приливов и отливов, выдерживать ледовые нагрузки, быть защищенными от айсбергов.

При проектировании морских трубопроводов особое внимание уделяется проектному анализу условий строительства и эксплуатации; выбору трассы трубопровода в условиях шельфа; выбору и обоснованию его основных конструктивных параметров, таких как материал труб, их наружный диаметр и толщина стенки, защита от внутренних и внешних воздействий и другие эксплуатационные характеристики.

Ключевым вопросом проектирования морских трубопроводов является выбор оптимального расположения конструкции трубопровода под водой.

В докладе проведен анализ конструктивных и технологических особенностей строительства морских подводных трубопроводов.

По расположению трубопровода в акватории моря относительно дна (или поверхности воды) различают следующие схемы:

-трубопровод, заглубленный в грунт;

-трубопровод, расположенный на дне без обвалования;

-трубопровод, расположенный на дне с обвалованием;

-трубопровод, расположенный в водной среде, т. е. ниже поверхности воды и выше поверхности дна.

14

Каждая из этих схем выбирается в зависимости от конкретных условий, таких как глубина воды, возможность повреждения незаглубленного трубопровода (это, пожалуй, самое главное), вид грунта на дне моря, наконец, возможность выполнения строительства по той или иной схеме.

При проектировании морских подводных трубопроводов применяют следующие конструкции: однотрубная; в защитном кожухе; «труба в трубе» и многофункциональные.

Вкачестве основных критериев оптимальности, кроме стоимости, следует принимать техническую и экологическую безопасность сооружения.

При строительстве морских трубопроводов применяют различные способы их прокладки, зависящие от многих факторов, определяющих организацию строительного процесса (наличие технических средств, конструкция и назначение трубопровода, гидрометеорологические и геологические условия района строительства, топография морского дна, период проведения работ, условия судоходства и т.д.).

Внастоящее время существуют два основных способа укладки труб на морское дно:

- с поверхности воды; - с помощью буксировки.

Схемы укладки трубопроводов на морское дно с поверхности: с помощью традиционных трубоукладочных барж; с помощью барж третьего поколения; с помощью барж с системами динамического позиционирования; с помощью барж, осуществляющих укладку труб по S или J-образной кривой; вертикальная укладка; с помощью судна с барабаном на борту.

При буксировке трубопровода применяют 4 способа: 1 - придонная буксировка; 2 - укладка трубопровода на средней глубине; 3 - поверхностная укладка; 4 - околоповерхностная укладка.

Каждый способ укладки труб на морском дне имеет свои преимущества

инедостатки и может применяться на различных строительных площадках в разных условиях.

15

УДК 622.69

ПРОГНОЗ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОТУРБУЛЕНТНЫХ ПРИСАДОК В ШЕРОХОВАТЫХ ТРУБАХ

Д.А. Альмухаметова, АО «Транснефть-Урал», г. Уфа

Прогноз гидравлической эффективности противотурбулентных присадок является важной технологической проблемой трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов.

Как правило, эксперименты по определению гидравлической эффективности проводятся на трубах небольшого диаметра в области гидравлически гладких труб. Коэффициент гидравлического сопротивления при добавлении высокомолекулярных полимерных добавок зависит от определяющих пара-

число Рейнольдса, при превышении которого реализуется эффект Томса снижения гидравлического сопротивления (Reonset > Re; t ); R e ; - число Рейнольдса, при превышении которого реализуется переход от ламинарного к турбулентному режиму течения; d - диаметр трубы; V - вязкость растворителя; v - скорость потока; trd - время релаксации полимера; c - концентрация полимера; P - параметр, характеризующий молекулярно-массовое распределение полимера; s - абсолютная шероховатость труб.

Заметим, что геометрические размеры макромолекул (контурная длина или радиус гирации) в это соотношение не входят, так как максимальный размер макромолекул на 2 порядка меньше минимального размера турбулентных вихрей.

В этих условиях прямой перенос результатов с лабораторных труб малого диаметра на промышленные трубы большого диаметра при соблюдении постоянными всех перечисленных параметров практически невозможен.

16

Проведенные эксперименты на водных растворах полиакриламида [2] свидетельствуют, что прямой перенос результатов с лабораторных труб на промышленные трубопроводы хорошо реализуется при соблюдении постоянства скоростей потока или динамических скоростей в режиме гидравлически гладких труб.

Для трубопроводов, работающих в режиме шероховатости прямой перенос результатов экспериментов невозможен, поэтому для прогноза необходимо использовать полуэмпирическую модель с использованием калибровочных экспериментов на лабораторной установке малого диаметра.

Выводы.

1. Прямой перенос результатов экспериментов по определению гидравлической эффективности полимерных добавок наилучшим образом осуществляется при соблюдении постоянными скоростей потоков в гидравлически гладких трубах.

2. Для прогноза гидравлической эффективности в шероховатых трубах требуется проведение калибровочных экспериментов на лабораторных трубах малого диаметра с целью определения модельных параметров, не зависящих от режима течения и использования их для прогнозных оценок.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Sellin R.H.J, Ollis M. Effect of pipe diameter on polymer drag reduction // Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. - 1983. - Vol. 22. - P. 445-452.

2. Гареев М.М., Лисин А.Ю., Манжай В.Н., Шаммазов А.М. Противотурбулентные присадки для снижения гидравлического сопротивления трубопроводов. - 2013. - СПб.: Недра. - 228

17

УДК 622.69

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ УТЕЧКИ ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НЕФТЕПРОВОДА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОТИВОТУРБУЛЕНТНЫХ ПРИСАДОК

Д.А. Альмухаметова, ЧНУАО «Транснефть-Урал», г. Уфа

Противотурбулентные присадки (ПТП) играют большую роль в современном трубопроводном транспорте углеводородного сырья. Добавка ПТП в полость трубопровода приводит к снижению турбулентного трения. Несмотря на положительные свойства ПТП, они имеют и отрицательные. В частности при движении сырья с ПТП происходит механическая деградация полимерных молекул, при этом гидравлическая эффективность ПТП уменьшается. Теория деградации полимерных добавок, так же как и теория гидравлической эффективности полимерных добавок в турбулентных течениях в трубах, далеки от завершения. Существующие эмпирические и полуэмпирические методы оценки деградации и гидравлической эффективности в некоторых случаях приводят к абсурдным результатам. Несмотря на некоторые принципиальные проблемы более надежным является метод масштабного перехода с лабораторных трубчатых установок на промышленные трубопроводы.

В промышленных трубопроводах часто происходит смена режимов перекачки, обусловленная различными технологическими потребностями. Переменная производительность трубопровода приводит к сложному распределению гидравлической эффективности ПТП по длине трубопровода в каждый момент времени. В этих условиях определение места утечки на основе расчета гидравлических параметров трубопровода стандартными методами градиентов давления не является адекватным. Для решения указанной проблемы необходимо производить постоянный мониторинг входных режимных параметров - давления и расхода сырья, а также давления и расхода на выходе из участка трубопровода. При обнаружении дебаланса расхода на входе и выходе, а также сигнала отрицательной волны давления (разрежения) решается система уравнений, состоящая из уравнения количества движении, гиперболического уравнения первого порядка изменения среднего молекулярного веса, начиная с

18

момента времени, соответствующего времени прохождения порции ПТП до конца участка трубопровода, при этом предыдущее распределение ПТП не имеет значения. Предполагая в первом приближении, что утечки не являются катастрофическими, будем считать, что после места утечки гидравлическая эффективность остается такой же, как и до утечки.

Для определения места утечки решается система уравнений:

1. Уравнение изменения давления из входной точки с расходом, зафиксированным расходомером на входе.

2.Уравнения изменения давления из выходной точки с расходом, зафиксированном на выходе.

3.Пересечение двух кривых дает точку локализаци утечки.

Расчеты проводились на основе метода интегральной гидравлической эффективности и на основе предложенной методики, при этом уточнение составило до 5 % .

Выводы.

Для адекватных оценок места утечки в нефтепроводе при использовании противотурбулентных присадок гидравлическими методами необходимо проводить мониторинг режимных параметров трубопровода. На основе системы уравнений потерь давления на трение и изменения молекулярного веса необходимо определять локальную гидравлическую эффективность в каждый момент времени по длине канала. Затем решением системы уравнений градиентов давления определять место утечки.

19

УДК 622.692.4.053

ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ ОБОРУДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО НА ОБЪЕКТАХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ» ДЛЯ СНИЖЕНИЯ РИСКОВ

ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙ

О.В. Аралов, ООО «НИИ Транснефть», г. Москва

В ОАО «АК «Транснефть» сформирован качественно новый подход к обеспечению предупреждения аварий и снижения риска их возникновения на объектах магистрального трубопроводного транспорта.

Отказы, аварии и катастрофы на инфраструктурных объектах являются источником существенных ущербов человеку, инфраструктуре и окружающей природной среде. По мере усложнения инфраструктур и условий их функционирования возрастают вероятности возникновения неблагоприятных и чрезвычайных ситуаций.

Риск аварий может резко возрастать, и существует возможность, что этот рост может значительно опередить экономические и научнотехнологические возможности по их снижению, если своевременно, на всех стадиях жизненного цикла объекта (от его создания и до завершения эксплуатации), не принять всех необходимых мер для предотвращения такого роста. Анализ показал, что техногенные аварии часто происходят в тот отрезок времени, когда назначенный срок службы поврежденных или разрушенных объектов не исчерпан, а в целом ряде случаев степень его износа не превышает 20-30 %. В связи с этим очевидно, что требуется переход от назначения сроков службы по экономическим показателям к показателю рассчитанного и экспериментально обоснованного ресурса безопасной эксплуатации.

Взаимоувязанные проблемы исходного, исчерпанного, остаточного и продленного ресурса стали одним из доминирующих факторов в научнотехнической политике ОАО «АК «Транснефть». Это особенно актуально, так как существуют ограничения вывода из эксплуатации таких стратегически важных объектов, как нефтепроводы, без ущерба для промышленности даже после выработки назначенного срока службы.