Тема 4. Промысловые трубопроводы

 

Студент должен:

знать:

классификацию промысловых трубопроводов, порядок проведения работ при прокладке трубопроводов и их защиту от коррозии, предупреждение засорения нефтепроводов и методы удаления отложений;

уметь: производить расчеты трубопроводов.

 

Классификация промысловых трубопроводов по назначению, характеру движения жидкости, величине рабочего давления, способу прокладки. Сортамент труб.

Порядок проведения работ при сооружении трубопроводов. Мероприятия по защите трубопроводов от коррозии. Предупреждение засорения нефтепроводов и методы удаления отложений.

Обслуживание трубопроводов. Охрана окружающей среды при эксплуатации трубопроводов.

Расчеты трубопроводов.

Практическое занятие №2.

Литература: 1, с 56...92; 2, с. 30...42; 9, с. 324...330; 10, с. 284...313.

 

Методические указания

 

Современный промысел невозможно представить себе без системы нефтепромысловых трубопроводов, по которым осуществляется сложный путь движения скважинной продукции от добывающей скважины до установки комплексной подготовки нефти.

Промысловые трубопроводы классифицируются по разным признакам: по назначению, по напору, по рабочему давлению и другим, поэтому, изучая этот вопрос, следует обратить свое внимание на эти класификационные характеристики (параметры).

При сооружении нефтепромысловых коммуникаций широкое применение нашли трубы из малоуглеродистой и низколегированной стали, так как это экономичный, прочный, хорошо сваривающийся, надежный материал. Эти трубы выпускаются бесшовными, сварными с продольным швом и сварными со спиральным швом по ГОСТ 8731,20295. Наружный диаметр и толщина стенок стандартизованы.

Наибольшее распространение в промысловом обустройстве нашли бесшовные горячекатанные трубы с наружным диаметром от 57 до 426 мм, длиной от 4 до 12,5 м. Для магистральных нефтепроводов применяются трубы больших диаметров, от 219 мм до 1620 мм. Изучая этот вопрос следует ознакомиться с сортаментом труб для нефтепроводов, где указаны наружный и условный диаметры, толщины стенок, масса одного погонного метра.

Далее следует изучить комплекс и последовательность выполнения работ при проектировании и сооружении трубопроводов, то есть уяснить:

-какие задачи решают при проектировании трубопроводов и какие расчеты
производят;

-в какой последовательности проводятся работы при сооружении трубопроводов;

-какие способы соединения труб применяют и от чего зависит этот выбор;

-какая запорно-регулирующая и предохранительная арматура в трубопроводах
устанавливается;

-правила проведения испытания и порядок ввода трубопровода в эксплуатацию.

Все стальные промысловые трубопроводы подвергаются коррозии, то есть

разрушению и изменению их свойств в результате воздействия окружающей среды. Различают химический, электрический, электрохимический и биологический виды

коррозии. Следует уяснить, какие факторы ускоряют внешнюю и внутреннюю коррозию, какие методы защиты существуют.

Все методы защиты трубопроводов от коррозии делятся на пассивные и активные.

Для защиты внутренней стенки применяют, в основном, пассивные методы:

-нанесение на поверхность трубопровода защитных покрытий: силикатных (стекло,
эмаль) и полимерных (эпоксидные смолы, полиэтилен);

-введение в поток транспортируемой среды ингибиторов коррозии;

-применение технологических методов, например, предварительный сброс воды
в системе промыслового сбора.

Для защиты внешней поверхности труб применяют и пассивные методы, и активные.

В качестве пассивной защиты наибольшее распространение получили многослойные покрытия на основе битумных мастик. Сама битумная мастика является смесью битума и различных наполнителей, она наносится в один или два слоя и для увеличения механической прочности, укреплятся слоем защитной обертки, например, стеклохолста. Однако изоляционные покрытия со временем теряют эластичность, становятся хрупкими и отслаиваются от трубопровода. Поэтому применяют более эффективную активную защиту - катодную или протекторную.

Изучая вопрос коррозии металлов, следует основательно разобраться с принципиальной схемой катодной и протекторной защиты, на каких химических процессах они основаны, какой металл и почему может быть использован в качестве протектора.

Кардинальным средством борьбы с коррозионным повреждением стальных труб является замена их на пластмассовые трубы.

Пластмассовые трубы бывают двух видов, рассчитанные:

1) на малые давления до 1 МПа - из полиэтилена низкого давления (ПНД), атак же
из полипропилена, поливинилхлорида, полибутена, и др.;

2) на давления 4,0 - 6,0 МПа и выше - стеклопластиковые, бипластмассовые,
армированные, термопластичные.

Эти трубы имеют ряд достоинств:

-масса труб в несколько раз меньше, чем у стальных, поэтому для их монтажа не
требуется подъемно-транспортное оборудование;

-обладают эластичностью, гладкостью, поэтому пропускная способность выше на 2-3%;

-большая строительная длина;

-стойки к агрессивным средам.

Но они имеют и существенный недостаток - малая прочность.

В настоящее время на промыслах широкое распространение получили гибко-полимерные трубы разных производителей.

Гибкие трубы рассчитаны на траншейную прокладку и прокладку по поверхности земли. Конструкция гибкой трубы приведена на рисунке 5.

Гибкие трубы состоят из внутренней полимерной камеры 1, армирующих слоев 2, наружной полимерной оболочки 3 и концевых соединений 4. Трубы выпускаются внутренним диаметром 50, 75 и 100 мм на рабочее давление до 20 МПа, массой 1м не более 12 кг, максимальная длина секции до 350 м. Готовится производство труб диаметром 150 мм. Техническая характеристика гибких труб производства фирмы Росфлекс, приведена в таблице 1.

 

Таблица 1 - Техническая характеристика гибких труб

Показатели	Внутренний диаметр, мм
			150*
Рабочее давление, МПа								20*			20*
Наружный диаметр, мм
Масса 1м, кг	6,0	7,5	7,8	8,0	8,0	9,5		10,5	10,5	12,0	12,5	16,0
Длина секции, м, не более
Тип соединения	Фланцевый или сварной

 

* Готовится производство

 

Далее рассмотрите осложнения, возникающие при эксплуатации трубопроводов и порядок их обслуживания. Проанализируйте причины засорения трубопроводов, изучите методы борьбы с отложениями парафина и солей. В журналах нефтяной и газовой промышленности печатаются материалы о применении различных очистных устройств, которые помогают успешно бороться с засорением трубопроводов при их эксплуатации. Например, гелевые поршни, очистные устройства с резиновыми или полиуретановыми манжетами, и др. Поэтому, при изучении этого вопроса рекомендуется обратиться к дополнительной литературе [13].

В заключение изучите методику расчета потерь напора и давления на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкостей в трубопроводе. Успешному изучению данного вопроса способствует решение типовых задач [12].

Во всем мире ведутся исследования по созданию пластмассовых труб химически стойких к агрессивным средам и прочных, аналогично стальным. Таковыми являются трубы из композитных материалов. Это металлопластиковые трубы, коррозионностойкие гибкие трубы производства КВАРТ (г. Казань), стекловолокнистые трубы АРМПЛАСТ, гибкие трубы Росфлекс. Стеклопластиковые трубы безотказно работают в системе нефтесбора: диаметр 159 мм и давление 2,8 МПа, но при испытаниях в системе ППД в качестве разводящего водовода не выдерживают высоких давлений. Гибкие трубы могут применяться и в системе ППД, и в системе нефтесбора.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. По каким параметрам классифицируют трубопроводы?

2. Какие параметры отражаются в сортаменте труб?

3. Какие способы соединений труб Вы знаете? Как проверяются трубопроводы на
механическую прочность, на герметичность соединений?

4. Что понимается под "коррозией"? Какие типы коррозии Вы знаете? Какие факторы ускоряют коррозию стальных трубопроводов?

5. Какие виды пассивной защиты трубопроводов бывают, от чего зависит их выбор?

6. Какие виды активной защиты трубопроводов бывают? От чего зависит их выбор?

7. Почему для протекторной защиты трубопроводов применяют магниевые и
алюминиевые стержни, но не применяют медные?

8. От чего зависит выбор типа уплотнительной поверхности для фланцевой арматуры промысловых трубопроводов?

9. Назовите типы запорно-регулирующей и предохранительной арматуры? Их
основные параметры.

10. В каком положении по отношению к направлению движения потока надо устанавливать вентили в трубопроводах?

11. К чему сводится гидравлический расчет трубопроводов?

 

Тема 5. Подготовка нефти

 

Студент должен:

знать:

нефтяные эмульсии, условия их образования, свойства; способы разрушения эмульсий, сущность внутритрубной деэмульсации нефти; деэмульгаторы и их подбор; устройство и принцип работы оборудования для подготовки нефти;

уметь: производить расчет теплообменников и отстойников.

 

Образование нефтяных эмульсий. Физико-химические свойства нефтяных эмульсий. Устойчивость нефтяных эмульсий и их "старение". Методы предотвращения образования эмульсий. Целесообразность и место организации предварительного сброса воды. Внутритрубная деэмульсация нефти. Основные методы разрушения эмульсий: фильтрация, термохимическая подготовка нефти, электрические способы обезвоживания и обессоливания.

Деэмульгаторы (ПАВ), применяемые для разрушения нефтяных эмульсий. Классификация деэмульгаторов и предъявляемые к ним требования.

Основное оборудование установок подготовки нефти: печи, отстойники,

деэмульгаторы, электродегидраторы, блочные дозаторные установки.

Расчет теплообменников и отстойников. Охрана окружающей среды при подготовке нефти.

Практическое занятие №3.

Литература: 1, с92...133; 2, с. 43...58; 6, с. 427..А52; 9, с351...371; 10, с. 201...205; 11, с. 263...273.

 

Методические указания

 

Подготовка нефти заключается в отделении от нефти пластовой воды, солей, механических примесей, газа и доведении ее до товарного качества, так как содержание этих компонентов в товарной нефти определяют группу качества. Процесс подготовки осложняется образованием эмульсии - механической смеси нефти и пластовой воды, нерастворимых друг в друге и находящихся в раздробленном состоянии. Здесь следует уделить внимание вопросам: на какие классы, типы делятся эмульсии, из каких фаз состоят; какие факторы способствуют их образованию и какими физико-химическими свойствами обладают.

Особенно следует уделить внимание устойчивости эмульсии, так как это свойство является показателем стабильности, то есть способности в течение определенного времени не разрушаться.

При изучении методов разрушения эмульсии - химического, механического, теплового и электрического - важно обратить внимание на химический метод, то есть применение деэмульгаторов; при этом следует уяснить классификацию деэмульгаторов, предъявляемые к ним требования, их физико-химические свойства, способы и нормы дозирования.

Для обезвоживания и обессоливания нефти используют установки подготовки нефти (УПН). На этих же установках проводятся мероприятия по снижению способности нефти к испарению (с целью уменьшения потерь легких углеводородов при хранении), то есть осуществляется стабилизация нефти. В настоящее время широко распространены блочные термохимические установки, работа которых основана на нагреве эмульсии и химическом воздействии деэмульгаторов. При нагреве эмульсии вязкость ее снижается, отделение воды облегчается. Изучите принципиальную технологическую схему процесса термохимического обезвоживания и обессоливания нефти, а также назначение и техническую характеристику основного оборудования, входящего в его состав, а именно печи ПТБ-10, теплообменников, отстойников ОВД-200, каплеобразователя, эжектора и другого оборудования.

Для более глубокого обессоливания и обезвоживания средних, тяжелых и вязких нефтей применяются аппараты называемые электродегидраторами. Работа этих аппаратов основана на появлении разноименных электрических зарядов на противоположных концах каждой капли воды в нефти, а так же на взаимном притяжении этих капель, укрупнении и осаждении. Изучите устройство и принцип работы горизонтального электродегидратора, а так же техническую характеристику электродегидраторов разных типов, например, 1ЭГ-160, ЭГ-200-10 и других [2].

На практике применяются так же установки, объединяющие термохимическое обезвоживание и обессоливание нефти с электрическим электрообессоливанием. Такие установки могут включать в свой состав несколько электродегидраторов, причем по форме они могут быть горизонтальные, вертикальные, сферические [11].

Изучите технологическую схему электрообессоливающей установки, назначение и техническую характеристику входящего в его состав оборудования: теплообменники, подогреватели, отстойники и др.

В заключение уделите внимание вопросам охраны окружающей среды при подготовке нефти, а также основным понятиям и определениям в теории теплопередач, так как на них основана методика расчета теплообменников.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. На какие классы, типы делятся нефтяные эмульсии?

2. Назовите основные причины образования нефтяных эмульсий.

3. Перечислите основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий.

4. Что понимают под "инверсией"? При каком содержании воды в эмульсии
происходит этот процесс?

5. Назовите природные эмульгаторы, влияющие на устойчивость эмульсий.

6. Почему целесообразно осуществлять обезвоживание, нефти на промыслах?

7. Какое оборудование входит в состав установок промысловой подготовки нефти?

8. С какой целью применяют деэмульгаторы и какие требования к ним предъявляют?

9. Как происходит процесс подготовки нефти в термохимических установках?
Опишите схему работы установки.

10. На чем основана работа электрообессоливающей установки? Опишите схему
ее работы.

11. Как устроены электродегидраторы? Почему на электрообессоливающей
установке могут установить два, три электродегидратора.

12. Назовите основные требования к качеству подготовки нефти.