Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений

Дмитриев, Михаил Евгеньевич

автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений

Год: 2011
Автор научной работы: Дмитриев, Михаил Евгеньевич
Ученая cтепень: кандидата технических наук
Место защиты диссертации: Уфа
Код cпециальности ВАК: 07.00.10

Диссертация по истории на тему 'Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений'

Полный текст автореферата диссертации по теме "Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений"

На правах рукописи

ДМИТРИЕВ МИХАИЛ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ ШЕЛЬФОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальности: 07.00.10 - ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ

25.00.19 - СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ, БАЗ И ХРАНИЛИЩ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005014880

Уфа 2011

005014880

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мастобаев Борис Николаевич Научный консультант: доктор технических наук, доцент Фатгахов Мухарям Минниярович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»

Защита состоится 03 февраля 2012 г. в 12 час. 30 мин. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.01 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 29 декабря 2011 г.

■О

Ученый секретарь

Удалова Елена Александровна

кандидат технических наук Выговской Валерий Павлович

диссертационного совета

А.М. Сыркин

Актуальность работы. Одной из важных задач развития трубопроводного транспорта является повышение эффективности и надежности работы действующих нефтепроводов. Важным направлением для решения данной проблемы является своевременное предупреждение и ликвидация различных осложнений в работе нефтепроводов, возникающих вследствие загрязнения внутренней полости труб. При перекачке парафинистых нефтей по нефтепроводам на внутренней поверхности труб происходит накопление асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). Это приводит к снижению пропускной способности нефтепроводов и увеличению давления в процессе эксплуатации. Кроме того накопление АСПО на внутренней поверхности труб существенно влияет на достоверность результатов ультразвуковой диагностики труб. Значительное влияние на процесс парафинизации оказывают условия работы нефтепроводов, температура и гидродинамические параметры перекачки. Исследование влияния каждого параметра на интенсивность запарафинивания, а также всей совокупности параметров позволит успешно подбирать рациональные методы борьбы с парафинизацией.

Несмотря на большое количество работ по изучению процесса парафинизации магистральных нефтепроводов, этот процесс изучен недостаточно полно. Открытие новых месторождений, где добывается или будет добываться нефть с характеристиками отличными от нефтей известных месторождений, также требует тщательного исследования влияния основных свойств нефти на процесс парафинизации нефтепроводов. Еще одним малоизученным направлением процесса парафинизации нефтепроводов является эксплуатация морских трубопроводов, прокладываемых в различных климатических зонах, где необходимо учитывать такие факторы как влияние изменения температуры нефти под воздействием течений, особенности прокладки трубопроводов (наличие горизонтальных и вертикальных участков) присутствие в нефти морской воды и т.д.

Настоящая работа посвящена комплексному историческому анализу исследований парафинизации внутренней полости трубопроводов, в том числе экспериментальных исследований, промышленных опытов, математических моделей парафинизации и выявлению наиболее перспективных методов прогнозирования парафинообразования. Изучение существующей экспериментальной и промышленной базы, математических моделей парафинизации трубопроводов весьма актуально и представляет большой практический интерес для разработки новых и усовершенствованию существующих систем мониторинга парафинизации нефтепроводов.

Делью исследования является изучение и анализ развития исследований процесса парафинизации трубопроводов, а также совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений.

Задачи исследования:

1) проведение исторического анализа причин образования и накопления отложений в нефтепроводах;

2) проведение комплексного анализа существующих экспериментальных и промышленных исследований;

3) рассмотрение существующих моделей парафинизации с точки зрения их применения для прогнозирования парафинообразования в морских подводных нефтепроводах;

4) разработка системы мониторинга парафинизации, трубопроводов шельфовых месторождений, с применением экспериментального стенда, позволяющего осуществлять выбор режимов эксплуатации морских нефтепроводов, обеспечивающих минимальное образование АСПО.

Научная новизна. Впервые произведен анализ развития отечественных и зарубежных исследований процесса парафинизации трубопроводов. На основе анализа существующих работ по изучению процесса парафинизации определены направления развития исследований.

Проведен комплексный анализ экспериментальных и промышленных исследований образования АСПО с глубиной рассмотрения 1932-2011гг. В результате собрана большая база результатов исследований, при рассмотрении которой в комплексе можно судить об изученности процесса

парафинообразования в трубопроводном транспорте.

Впервые рассмотрены и проанализированы существующие математические модели парафинизации магистральных нефтепроводов, с точки зрения применения их при прогнозировании парафинизации морских нефтепроводов.

Предложена система мониторинга парафинизации трубопроводов шельфовых месторождений с применением разработанного стенда для исследования парафинизации трубопроводов, проложенных в условия шельфовых месторождений.

Практическая значимость. Результаты исследований, представленные в работе использованы фирмой «СОПАС Корпорэйшн» (г. Хошимин, Вьетнам) для разработки системы мониторинга процесса парафинизации шельфовых нефтепроводов, по которым транспортируется парафинистая нефть с добывающих платформ на нефтесборную платформу и далее на береговые объекты.

Основные положения работы включены в учебный процесс факультета трубопроводного транспорта Уфимского государственного нефтяного технического университета при подготовке студентов по направлению 130500 «Нефтегазовое дело».

Материалы диссертационной работы могут быть полезны при создании обобщающих историко-технических трудов, посвященных развитию нефтяного дела в России и зарубежом.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: IV Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2008» (Уфа, 2008г.; V Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2009» (Уфа, 2009г); 61-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ(Уфа, 2010г.); XI Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2010г.); VI Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2010» (Уфа, 2010); VII Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2011» (Уфа, 2011г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных трудов, из них 3 статьи опубликованы в журналах перечня ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Содержание работы изложено на 145 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 40 рисунков. Библиографический список включает 161 наименование.

1 ОБЗОР РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПАРАФИНИЗАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭТОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Изучению процесса запарафинивания внутренней полости нефтепроводов при добыче и транспорте нефти посвящены многочисленные исследования советских и зарубежных авторов. Значительное количество работ отражает исследования по изучению механизма парафинизации.

Исследованию механизма парафинообразования посвящены работы В.П. Тронова, Б.А. Мазепы, Л.А. Цветкова, Л.С. Абрамзона, А.Р. Амирова, P.C. Андриасова, Г.А. Бабаляна, П.П.Галонского, Н.Г. Гладкова, Я.М. Кагана, Ю.В. Капырина, В.М. Фокеева, И.М. Муравьева, С.Ф. Люшина, В.Ф. Нежевенко, H.H. Непримерова, В.А. Рассказова и др.

За рубежом проблемами парафинизации труб занимались Ф. Джессен, И. Хоувелл, Р. Микулет, М. Пейнадо, С. Рестли, П. Торрей, Д. Шок, Е. Крокет и др. Работы указанных выше авторов посвящены исследованию процессов парафинизации труб при добыче нефти и ее сборе и подготовке к транспорту.

При транспорте нефти по магистральным нефтепроводам проблема парафинизации труб продолжает оставаться на одном из первых мест и исследования по изучению этого процесса особенно интенсивно проводились с 1960 по 1990 год.

В этой области известны работы Л.С. Абрамзона, В.А. Яковлева, A.A. Кащеева, Ш.Н. Ахатова, H.H. Кравченко, В.В. Борисова, С.П. Лебедича, В.Ф. Новоселова, П.И.Тугунова, Е.А. Армейского, В.Е. Губина, Ф.Г. Мансурова, P.C. Хабибуллина, В.Г. Зубарева, Е.З. Рабиновича, П.Б. Кузнецова, Ф.И. Бадикова, Е.В. Вязунова, В.Н. Голосовкера, Б.Н. Мастобаева и др.

Одними из основополагающих работ по исследованию парафинизации трубопроводов и нефтепромыслового оборудования можно считать работы В.П. Тронова и Б.А. Мазепы, их работы отличаются не только исследованиями в этой области, но и полными обзорами работ прошлых лет.

Развитие исследований процесса парафинизации, можно разделить на три направления: 1) работы, посвященные изучению механизма парафинизации; 2) исследования процесса парафинизации труб, с учетом влияния различных факторов; 3) работы, посвященные удалению парафино-смолистых отложений из нефтепроводов;

К первым обстоятельным исследованиям в области механизма парафинизации следует отнеста, работы С. Рестли, опубликованные им в 1932—1942 гг. и признанные за рубежом как наиболее авторитетные. Причины выпадения парафина из нефти С. Рестли видит в уменьшении растворимости парафина за счет снижения температуры нефти при отдаче тепла в окружающую среду и в результате разгазирования. Развивая основные положения теории С. Рестли, в 1942 г. В. Браун отмечает, что присутствующие в нефти механические примеси в значительной мере интенсифицируют рост парафиновых гранул и увеличивают скорость образования парафиновых отложений. Аналогичные мнения высказывали и другие авторы, опубликовавшие свои работы в различных зарубежных журналах в течение 1940-1945 гг.

Одной из первых отечественных работ, о способе накопления отложений на поверхности оборудования, является, работа А. Д. Амирова, опубликованная в 1953г.

Н.Н. Непримеров рассматривает два механизма образования отложений в работах опубликованных им в 1957-1958гг., один из которых связан с выпадением парафина из нефти, а другой с осаждением уже выпавшего парафина на поверхности труб. Н.Н.Непримеров считает, что парафин не оседает на стенке трубы, а зарождается на стенке трубы.

В 1960г. С. Ф. Люшин, предлагает свою точку зрения на процесс

отложения парафина и объясняет его, прежде всего как процесс кристаллизации его непосредственно на стенках труб. В одной из своих последних работ (1965 г.) О. Ф. Люшин и П. Н. Репин снова возвращаются к механизму запарафинивания оборудования за счет кристаллов парафина, взвешенных в потоке нефти. Аналогично считает и В. А. Рассказов.

И. Т. Гладков в 1958 пришел к выводу, что механизм формирования отложений связан с гидродинамикой потока и состоит в том, что кристаллы парафина и их скопления, пробивая пристенный ламинарный слой движущейся жидкости, прочно прилипают к поверхности оборудования и затем к образовавшейся смолопарафиновой подложке. Решающей причиной формирования отложений вследствие слипания кристаллов друг с другом и поверхностью оборудования считают также П. Микулет и М. Пейнадо.

Г. А. Бабалян в 1965г. развивая оригинальную теорию парафинизации оборудования, связанную с отбрасыванием к стенкам труб кристаллов парафина, находящихся на оболочках отрывающихся от стенок газовых пузырьков, позднее меняет представление о процессе парафинизации, отдавая предпочтение на адсорбционный характер запарафинивания.

В 1965г. Я.М. Каган отмечает, что образование смолопарафиновых отложений происходит как путем непосредственной кристаллизации на стенках труб и дальнейшего роста за счет питания из объема, так и прилипания кристаллов парафина к стенкам труб при отрыве от них газовых пузырьков, которыми могут флотироваться кристаллы парафина.

Б. А. Мазепа (1965г.) иначе представляет себе механизм парафинизации промыслового оборудования и считает, что отложения парафина имеют четко выраженное осадочное происхождение.

В исследованиях В.П. Тронова 1962-1970гг. отмечается возможность двух механизмов формирования отложений: 1) кристаллизация парафина непосредственно на поверхности оборудования; 2) за счет кристаллов парафина взвешенных в потоке нефти. Однако, предпочтение отдается первому механизму парафинизации. Аналогичные предположения высказывает Л.С. Абрамзон и В.А. Яковлев.

Рассматривая приведенные выше механизмы парафинизации, нетрудно заметить, что с небольшими отклонениями все они группируются вокруг трех основных направлений (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Представления о механизме парафинообразования

Значительное место в работах, посвященных изучению парафинообразования, уделено исследованию влияния скорости перекачки, температуры потока и окружающей среды, наличия воды и газа в потоке на интенсивность парафинизации.

В работах В.Е. Губина, В.Ф. Новоселова, П.И. Тугунова, Е.В. Вязунова, Е.З. Рабиновича, Ф.Г. Мансурова, П.Б. Кузнецова, В.И. Голосовкера, В.Г. Зубарева, Е.А. Армейского, Б.Н. Мастобаева приводятся результаты исследований по изучению запарафинивания магистральных нефтепроводов. В указанных работах основное внимание уделено разработке аналитических моделей, описывающих процесс парафинизации.

Разработке методов и средств очистки нефтепроводов от парафино-смолистых отложений посвящены работы Ш.Н. Ахатова, В.Е. Губина, Е.А. Армейского, Ф.Г. Мансурова, А.И. Арутюнова, CK. Василенко, М.П. Савельева, П.П. Галонского, Н.Г. Гладкова, JI.A. Мацкина, Е.З. Рабиновича, М.З. Шварца, П.Б. Кузнецова, В.П. Тронова, М.В. Лурье, А.П. Крупеника, Б.Н. Мастобаева и др. В этих работах рассматривается, в основном, использование механических очистных устройств (шаровые и манжетные разделители, щеточные скребки, поршни и т.д.), а так же применение водных растворов полимеров для удаления уже образовавшихся парафино-смолистых отложений и уменьшения интенсивности парафинообразования.

Анализ имеющихся работ показал, что проведенные многочисленные исследования по вопросу парафинообразования на внутренней поверхности

нефтепроводов не отражают полного единства взглядов авторов как на механизм парафинизации, так и на влияние различных факторов на процесс парафинизации нефтепроводов. Не учитывался процесс парафинизации при проектировании новых нефтепроводов и не была рассмотрена возможность применения математических моделей в стадии проектирования. Знание же возможного распределения парафино-смолистых отложений по длине нефтепровода позволит заблаговременно подобрать рациональные методы борьбы с запарафиниванием внутренней поверхности труб.

Важность решения проблем, связанных с парафинизацией трубопроводов в последнее время получила новый импульс в связи с освоением морских месторождений. Пониженные температуры дна моря способствуют интенсивному росту твердой фазы, а недоступность морского дна с точки зрения проведения ремонтных и плановых эксплуатационных работ требует выполнения прогнозных расчетов, как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации.

2 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПАРАФИНИЗАЦИИ ТРУБ

Разработка методов решения проблемы парафинизации и реализации их на конкретных трубопроводах даст возможность не только качественно, но и количественно оценить изменение «живого» сечения нефтепроводов по длине и во времени. Использование этих методов на стадии проектирования нефтепроводов позволит предусмотреть методы и средства борьбы с парафинизацией нефтепроводов. Наличие достоверных методов диагностирования процесса парафинизации обеспечит подбор оптимальных режимов перекачки и проведение как краткосрочного, так и долгосрочного прогнозирования роста АСПО на стенках труб.

Большой интерес представляют экспериментальные и промышленные исследования процесса парафинизации труб, проводимые в 1960-1990гг., основные положения работ представлены в таблице 1.

Наименование исследования Авторы работы, компании Год публикации результатов Основные результаты исследований

Экспериментальные исследования парафинизации на экспериментальной установке «НИИтранснефти» Л.С.Абрамзоном В.А. Яковлевым 1964г. Экспериментальна получены зависимости интенсивности парафинизации в зависимости от температуры потока, температуры подогрева, и распределения отложений по длине трубопровода.

Исследования процесса парафинизации на месторождениях Шаимской группы БА. Мазепа 1966г. Установлено, что основное количество парафина выпадает при температуре, близкой температуре насыщения нефти твердой фазой. Во время снижения температуры этот процесс изменяется: с понижением температуры потока, процент выпадения парафина из раствора непрерывно уменьшается.

Исследование механизма парафинизации в динамических условиях на парафиноосадительной установке И.О. Колесник И.П. Лукашевич О.Г. Сусанина 1972г. Показано, что парафинистые отложения формируются путем кристаллизации парафинов щ раствора в нефти на стенку трубы. Установлено, что температуры нефти и стенки трубы оказывают влияние на интенсивность парафинизации, а именно:

Экспериментальные исследования парафинизации на установке ВНИИСПТнефть Ф.Г. Мансуров P.C. Хабибуллин В.Е. Губин 1974г. Полученные результаты позволяют предположить, что в условиях эксперимента отложения парафина образуются в основном за счет кристаллов или их скоплений, формирующихся в потоке нефти. Наряду с этим, в накоплении отложений участвует и фактор роста кристаллов непосредственно на поверхности оборудования.

Исследование закономерности парафинизации нефтепровода «Дружба» Б. В, Вязунов В.И. Голосовкер 1975г. Определено, что образование отложений является результатом двух процессов: закрепления гранул на поверхности трубопровода и отрыва частиц потоком жидкости.

Исследования механизма парафинизации на трансаляскинском нефтепроводе Компания «Trans-Alaska Pipeline» 1981г. Изучен механизм образования парафина, а также такие параметры, как растворимость парафина, состав осаждающихся частиц, размерное распределение н скорость осаждения этих частиц, а также коэффициент молекулярной диффузии парафина, растворенного в нефти.

Экспериментальные исследования парафинизации на экспериментальной установке УНИ Е.А. Арменский Б.Н. Мастобаев 1981г. Комплексно исследовано влияние различных факторов на процесс парафинизации, таких как скорость течения жидкости, температура потока и окружающей среды, режим течения жидкости, концентрации асфальтенов, асфальтитов и парафинов.

Наиболее важное практическое значение как при изучении механизма процесса образования отложений, так и при прогнозировании отложений и изыскании методов борьбы с ними представляют следующие характерные зависимости: 1) Зависимость отложений от разности температур на стенке трубы (рисунок 2); 2) Изменение количества отложений по длине трубопровода (рисунок 3);

а.ъ

0,1

J h

о-✓

At'C

а)

а) 1 - туймазинская нефть; 2 - арланская нефть; б) 1 - бугурусланская нефть; 2 - бавлинская нефть; 3 - рабочий раствор Рисунок 2 - Зависимость отложившегося парафина на стенке трубы |Д:

„п

но

г»

\ U Д1

ду

6,мн

си юо

а)

а so та и» im 15» ь,н

б)

0 2*6 8 10 12 141С 182» 22 ,'L, м

В)

tfc

а) - результат В.П. Кузнецова;

б) - результат Ф.Г. Мансурова, P.C. Хабибуллина и В.Е. Губина;

в) - результат Л.С. Абрамзона и В.А. Яковлева;

г) - результат Б.Н. Мастобаева и Е.А. Армейского;

1 - распределение отложений по длине;

2 - распределение температуры по длине;

t - температура нефти (рабочего раствора); S - толщина отложений парафина на внутренней стеши трубы; п - масса отложившегося парафина на внутренней стенки; L - длина трубопровода

Рисунок 3 - Результаты исследований распределения отложений парафина по

длине трубопровода

На основании проведенных исследований можно считать, что на интенсивность парафинизации существенное влияние оказывают такие параметры, как температурные условия перекачки; скорость перекачки; содержание парафина и асфальтосмолистых веществ в нефти; время парафинизации; физико-химические свойства нефти; геометрические параметры трубопровода.

Результаты экспериментов и расчетов по распределению отложений

1 - результат В.П. Кузнецова (расчетные); 2 - результат В.Г. Зубарева (расчетные); 3 - результат Ф.Г. Мансурова, P.C. Хабибуллина и В.Е. Губина; 4 - результат JI.C. Абрамзона и В А. Яковлева; 5 - результат Б.Н. Мастобаева и Е.А. Армейского Рисунок 4 - Распределение отложений по длине Из этого рисунка видно, во всех случаях наблюдается однотипность

распределения отложений парафина по длине трубопровода. Результаты,

полученные в разное время, независимыми друг от друга исследователями, на

разных экспериментальных установках, действующих нефтепроводах, разных

по свойствам нефтях имеют общий характер процесса парафинизации.

Проведя ретроспективный исторический анализ экспериментальных и

промышленных исследований процесса парафинизации с 1960 по 2011гг.

выделены основные факторы, влияющие на процесс парафинизации: газовый

фактор; фракционный состав твердых углеводородов; температурный фактор:

(температура потока, температура стенки, температура окружающей среды);

скорость потока (режим); фактор времени (длительность парафинизации);

свойства поверхности труб; Содержание высокомолекулярных составляющих

потока (асфальтосмолистые вещества и парафины).

3 ОЦЕНКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ

Разработка математических моделей процесса парафинизации и реализация их дает возможность не только качественной, но и количественной оценки изменения «живого» сечения нефтепроводов по длине и во времени. Использование этих методов на стадии проектирования нефтепроводов позволит предусмотреть методы и средства борьбы с парафинизацией нефтепроводов. В условиях эксплуатации трубопроводов применение универсальных методов расчета процесса парафинизации обеспечит подбор оптимальных (с точки зрения парафинизации) режимов перекачки, а также проведение долгосрочного и краткосрочного прогнозирования роста асфальтосмолопарафиновых отложений на стенках труб.

Исследовательских работ посвященных математическому моделированию процесса парафинизации внутренней поверхности трубопроводов не так много, по сравнению с экспериментальными исследованиями этого процесса. Можно выделить работы по разработке математических моделей процесса парафинизации следующих авторов В.Г. Зубарева (1974г.), В.Е. Губина с Ф.Г. Мансуровым (1974), П.Б. Кузнецова (1978г.), Б.Н. Мастобаева с Е.А. Арменским (1982г.).

В.Г. Зубарев в 1974 г. получает математическую модель парафинизации нефтепроводов. Математически этот процесс автор выражает следующими формулами: У„/ = х{Тн - Т); (1)

^ = У(Уп/-У„), (2)

где VI - объем парафина, выделившегося в кристаллическом виде; Ц, - объем парафина, отложившегося на стенках трубы; х - объем парафина, выделяющийся в кристаллическом виде при снижении температуры нефти на 1°С; у - константа скорости отложения парафина на поверхности трубы; Т - температура нефти в конце участка; Тн- температура нефти в начале участка; I - длина участка нефтепровода.

Количество парафина, отложившегося на любом участке нефтепровода, определяется из уравнения:

ДКЯ = Гт(Гн - Г0) [(1 + (е-^ - - ^(е'В1> - е~в1*)] (3)

где и ¿2 — расстояния от произвольно выбранной точки до начала и конца участка); () - объемная производительность нефтепровода; т - время работы нефтепровода; рн, р„ - соответственно плотность нефти и парафина; Т0- температура грунта на глубине заложения нефтепровода;

В этот же год (1974г.) получили математическую модель В.Е. Губин и Ф.Г. Мансуров несколько отличающуюся от модели В.Г. Зубарева. Авторы использовали в качестве исходного уравнение теплового баланса

К(«о)яс*вс*х= -ваИ-хО— ЗС , (4)

где с1в - внутренний диаметр нефтепровода; ~ - количество парафина в долях единицы, выделяющееся из нефти при снижении температуры на 1°С. При этом зависимость выделения парафина из нефти от температуры не

линейная, а вводится в виде = а(£цп — £)п , (5)

где а,п,р - постоянные коэффициенты для данной нефти, определяемые из обработки опытной кривой ~ -1; £нп - температура начала кристаллизации парафина.

После соответствующих преобразований, получена зависимость:

КО^^Ч-АЙТ--^ • (6)

0 <>t С+яМ Ра Vod, r- BJ 4 '

a t

Использование уравнений для практических расчетов осложняется определением . Экспериментальное определение —- требует

определенной экспериментальной базы.

В 1978 г. П.Б. Кузнецов получает математическую процесса парафинизации, которая описывается следующим выражением:

a" 2 f flg fZ E(t)yg°-75*-(t-t„) ■„ фВ fZ z JT_

Ta~7a~ y0,75 al у0'75 V Jr=0W+t" +

В этом выражении d' и d' - диаметры трубопровода «в свету» соответственно в начале и конце рассматриваемого периода; do -номинальный внутренний диаметр «чистого» трубопровода. Так, же в эту модель входят многочисленные коэффициенты, значение которых получают экспериментально.

Б.Н.Мастобаевым и Е.А.Арменским(1981г.), предлагается математическая модель определения радиуса «живого» сечения нефтепроводов использующая сочетание аналитических и статистических моделей.

Из имеющейся математической базы описания процесса парафинизации, можно выделить следующие обстоятельства:

- математические модели получались лишь для достаточно узкого значения входных параметров и в основном при определении физической величины вьпфисталлизации парафина из нефти при понижении температуры на 1°С, предполагалась либо линейная зависимость от температуры, либо экспотенциальная функция температуры, т.е. не учитывались достаточно важные факторы, такие как скорость перекачки (режим), перепад температур на стенки трубы, содержание парафинов в нефти. Исключение составляет математическая модель Б.Н. Мастобаева и Е.А. Армейского, в которой учитываются все эти факторы;

- математические модели, сложны для практического применения, поскольку требуют большого количества экспериментальных данных для определения коэффициентов, что в условиях производства достаточно затруднительно, а в условиях морских подводных трубопроводов практически не осуществимо, т.к. доступ к трубе ограничен. Это возможно лишь имея экспериментальный стенд по изучению процесса парафинизации.

- математические модели работают в том диапазоне входных параметров, в котором они обучены, если возникает выход за диапазон расчеты будут не достоверными. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо одаптировать модель для новых условий исследуемого трубопровода.

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ПАРАФИНИЗАЦИИ МОРСКИХ НЕФТЕПРОВОДОВ ШЕЛЬФОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Эксплуатация морских трубопроводов, подверженных запарафиниванию внутренней поверхности, требует особого внимания, поскольку возможности профилактических работ существенно ограничены. Вследствие особенностей прокладки и конструкции, заключающихся в наличии как горизонтальных, так и вертикальных участков, изменение направления

потока в отдельных случаях на 90° практически полностью исключает использование традиционных методов очистки внутренней поверхности трубопроводов скребки, шары, поршни и т.д.). Использование полимерных пробок затруднительно вследствие длительной эксплуатации таких нефтепроводов и накопления на внутренней поверхности труб различных по составу и неравномерно распределенных отложений. При таких условиях низкие скорости перекачки могут привести к закупорке трубопровода полимерными пробками, и дальнейшая эксплуатация будет возможна только после демонтажа и очистки трубопровода, что в условиях моря практически неосуществимо. Можно добиться полного удаления отложений из трубопровода, закачивая в него растворители различного типа, среди которых предпочтительными будут керосин и дизельное топливо. Оценка подобной операции показывает, что необходимо значительное количество растворителя и длительное время. В условиях морских платформ и невозможности остановки перекачки данный метод борьбы в полном объеме применить невозможно. Возможен вариант закачки небольших партий растворителя и, как следствие, некоторое уменьшение количества отложений за счет их растворения и уноса. Такой вариант применяется на некоторых шельфовых нефтепроводах, и он позволяет стабилизировать параметры перекачки на непродолжительный период. Применение любого метода для удаления отложений с внутренней поверхности трубопроводов или предотвращения их образования требует проведения достоверной оценки фактического состояния трубопровода на момент проведения необходимых профилактических мероприятий.

Известна работа Ф.И. Бадикова, в которой автор впервые проводит исследования проблем эксплуатации морских подводных нефтепроводов и предлагает систему мониторинга трубопроводов шельфовых месторождений, эксплуатируемых в осложненных условиях.

Исследования закономерностей формирования АСПО в трубопроводах месторождений "Белый Тигр" и "Дракон" были проведены по методу "холодного стержня" на лабораторной установке "Coaxial Wax deposition Apparatus". Установка моделирует процесс перекачки нефти по скорости сдвига.

В составе системы общего мониторинга трубопроводов шельфовых месторождений Ф.И. Бадиковым была предложена и система мониторинга парафинизации, в частности в работе предложено диагностировать диаметр проходного сечения запарафиненного трубопровода по совокупности таких оценок как по осредненной по длине удельной теплоотдаче с погонного метра трубы, так и та гидравлическому сопротивлению эксплуатационного участка (перепаду давления).

Из анализа диспетчерских данных по параметрам производительности, Т„, Тк определяется диапазон изменения параметра Кпй, Вт/мК и соответствующие этому диапазону оценки диаметров проходного сечения £>£/£>„„. Кроме, того для прогнозирования толщины парафиновых отложений на стенках трубопровода использовались зарегистрированные значения перепада давления на рассматриваемом участке трубопровода по диспетчерским данным (ДРс,МПа).

Недостатком предлагаемой системы мониторинга парафинизации, является: при диагностировании парафинизации использовались значения расхода, перепада давлений и температур в начале и конце трубопровода. При ограниченном объеме информации оценить распределение параметров по длине участка не представляется возможным, можно лишь провести косвенную оценку осредненных по длине значений;

Для совершенствования мониторинга парафинизации трубопроводов шельфовых месторождений, предлагается использовать стендовые исследования парафинизации, и на основе этих результатов можно откорректировать математические модели, поскольку в том виде, в котором они получены их использование не представляется возможным, т.к. условия проведения экспериментов не совпадают с условиями эксплуатации морских трубопроводов. Это показывает сравнение математической модели Б.Н. Мастобаева и Е.А. Армейского наиболее приближенной к морским условиям. Результаты такого сравнения представлены в таблице 3 и на рисунке 5.

X, дней 0 18 39 53 71

По диспетчерским данным 1 0,93 0,83 0,65 0,48

По математической моделе 1 0,96 0,95 0,93 0,91

Диспетчерские значения изменения диаметра со временем рассчитаны по эксплуатационным параметрам перекачки нефти по подводному трубопроводу КС-2-ЮМ шельфовых месторождений «Белый Тигр» и «Дракон» совместного предприятия СП «Вьетсовпетро», которые приведены в работе Ф.И. Бадикова.

-По диспетчерским данным -По математической модели

Рисунок 5 - Изменения внутреннего диаметра во времени в процессе

парафинизации трубопровода При перекачке нефти по трубопроводу КС-2-ЯР-1 происходит образование рыхлых, мягких парафиновых отложений на внутренней поверхности труб. В результате этого происходит уменьшение сечения трубопровода и увеличение перепада давления при неизменной производительности перекачки, на основе значений изменения перепада давления со временем и рассчитан внутренний диаметр трубопровода.

Для проведения экспериментальных исследований процесса парафинизации морских нефтепроводов, математического моделирования этого процесса в составе системы мониторинга парафинизации морских подводных трубопроводов создан проект опытно-промышленного стенда, представленный на рисунке 6, позволяющий проводить эксперименты на конкретных нефтях шельфовых месторождений и использовать результаты для дальнейшего математического моделирования, а также разработки

рекомендаций по эксплуатации нефтепроводов с точки зрения уменьшения образования АСПО в трубах.

I - рабочая емкость; 2 - мерная емкость (уровнемер); 3 - шкала; 4 - всасывающий трубопровод; 5 - насос; 6 - электродвигатель; 7 - нагнетательный трубопровод; 8 - трубопровод байпас; 9 - съемные катушка; 10 - манометр (датчик давления);

II - канал; 12 - датчик температуры; 13 - регистратор; 14 - трубопровод подачи воды; 15 - трубопровод стока воды в канализацию; 16 - испытательный трубопровод; 17 - трубопровод додачи в мерную емкость; 18 - обогреватель; 19 - основание установки; 20 - опора под трубопровод; 21 - фундамент насоса и привода; 22 - стойка крепления канала; 23 - перепускное устройство; 24 - дренажный трубопровод; 25 - расходомер; №1,2,3,4 - задвижки.

Рисунок 6 - Компоновка экспериментального стенда по изучению процесса

парафинизации труб Основными конструктивными элементами стенда является испытательный трубопровод геометрические параметры, которого моделируются. На трубопроводе устанавливаются съемные катушки. Информация о температурном режиме фиксируется регистратором температуры (первично поточными датчиками). В характерных сечениях трубопровода установлены датчики давления для отслеживания падения давления по длине трубопровода. Для удобства снятия показаний производительности предусмотрен расходомер. Для придания энергии потоку рабочей жидкости применен центробежный насос с частотно-регулируемым

электроприводом (для изменения режима течения и производительности). Испытательный трубопровод помещен в водяной канал для поддержания фиксированной температуры окружающей трубопровод среды. В канале постоянно циркулирует вода с подкачкой из источника водоснабжения и стоком в канализацию (для имитации морского течения). Температура воды измеряется погружными датчиками температуры.

Спроектированный опытно-помышленный стенд обеспечит практическое изучение процесса образования АСПО на внутренней поверхности нефтепроводов, а также позволит проводить анализ процесса и представлять качественные оценки факторов и условий, влияющих на процесс парафинизации.

На основании полученных результатов, возможно, проводить непрерывный мониторинг процесса парафинизации шельфовых нефтепроводов и подбирать режимы работы, как сборных, так и магистральных нефтепроводов (рисунок 7).

Рекамсддадия во рсжямзц работы сборищ ясфтспрравдов

Месторождение а

I® (И НИ

\Т7

Контроль реологически» свойств

Усталовлеппс параметров перекачки

Месторождение Б

Контроль

реологических свойств

параметров всрекачм

трубопровод па берег Рскомевдапнн по ритмам

Месторождение С

Контроль

реодяпгасеьтгк свойств язрямггряь перекачки

Сборная влатфорча

Опытно-промышленный стенд

ч ЯЙВ

Иеслсдовяппс процесса пкрафниимавн я* нгфтл конкретного ыесторааденап (смеси «ефтсЯ)

¡Обработка риуль татоо

Составление отчета а рекомендаций по >ксалуатацйн(рс2®мви:

Рисунок 7 - Схема мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых

месторождений

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основании проведенного исторического анализа условий образования и накопления отложений в нефтепроводах установлено, что основными причинами являются: температурный фактор (окружающая среда, температура потока, перепад температур потока и стенки трубы), содержание асфальтосмолистых веществ и парафинов, скорость перекачки, фактор времени (продолжительность парафинизации), свойства поверхности труб, наличие механических примесей и воды.

2. Комплексный историко-технический анализ экспериментальных, теоретических и промышленных исследований процесса парафинизации нефтепроводов показал на недостаточную изученность этого процесса, особенно для морских нефтепроводов.

3. Анализ применения существующих математических моделей парафинизации труб для прогнозирования парафинообразования трубопроводов, в том числе и подводных нефтепроводов шельфовых месторождений, установил, что для достоверного диагностирования парафинообразования в трубопроводах необходимо корректировать математические модели на условия эксплуатации конкретного трубопровода, для чего необходимо проведение дополнительных экспериментов.

4. На основе проведенного анализа разработан проект опытно-промышленного стенда, оснащенный необходимым оборудованием для проведения комплексного исследования процесса парафинизации внутренней поверхности труб, что позволит обеспечить выбор оптимальных режимов перекачки нефти по шельфовым нефтепроводам с точки зрения снижения интенсивности парафинизации труб.

5. Разработана усовершенствованная система мониторинга образования АСПО как сборных, так и магистральных нефтепроводов морских месторождений, позволяющая проводить оперативный контроль процесса парафинизации и выбирать режимы эксплуатации, обеспечивающие снижение запарафинивания внутренней поверхности труб.

Основное содержание работы изложено в 14 публикациях, из них первые 3 в соответствии с перечнем ведущих рецензируемых научных журналов п изданий рекомендованных ВАК РФ:

1. Дмитриев М.Е., Развитие экспериментальных исследований процесса парафинизации магистральных нефтепроводов / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Р.Н. Аслаева // История науки и техники. - 2011. - №8. - С.81-86.

2. Дмитриев М.Е., Анализ результатов экспериментальных исследований по влиянию различных факторов на процесс парафинизации магистральных нефтепроводов / М.Е. Дмитриев, К,И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев//Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. -2011.- Вып.2 - С. 10-14.

3. Дмитриев М.Е., Экспериментальные исследования процесса парафинизации континентальных нефтепроводов / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. - 2011,- Вып.1 - С.12-15.

4. Дмитриев М.Е., Модель опытно-промышленного стенда для комплексного исследования процесса парафинизации трубопроводов шельфовых месторождений. / М.Е. Дмитриев, М.М. Фаттахов // Трубопроводный транспорт-2011: материалы учеб.-науч.-практ. конф. - Уфа, 2011.-С.31.

5. Дмитриев М.Е., Особенности эксплуатации морских трубопроводов с точки зрения парафинизации / К.Э. Лалаев, М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова // Материалы 65-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. -Уфа, 2010. -С.122-123.

6. Дмитриев М.Е., Особенности борьбы с АСПО в морских трубопроводах У М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова // Материалы 65-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа, 2010. - С.124-125.

7. Дмитриев М.Е., Экспериментальные исследования процесса парафинизации морских нефтепроводов / М,Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев // Трубопроводный транспорт-2010: материалы учеб.-науч.-практ. конф.-Уфа, 2010.-С.33-34.

8. Дмитриев М.Е., Развитие исследований по влиянию различных факторов на процесс парафинизации морских нефтепроводов / М.Е. Дмитриев // Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы XI Международной научной конференции. - Уфа: Изд-во «Реактив», 2010. -С. 311-312.

9. Дмитриев М.Е., Развитие исследований по изучению процесса запарафинивния внутренней поверхности магистральных нефтепроводов / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев // Современные проблемы

истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы X Международной научной конференции. - Уфа: Изд-во «Реактив», 2009. - С. 64-65.

10. Дмитриев М.Е., Развитие исследований по очистке внутренней поверхности нефтепроводов от асфальтосмолопарафиновых отложений / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев // Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы X Международной научной конференции. - Уфа: Изд-во «Реактив», 2009. - С. 65-67.

11. Дмитриев М.Е., Предупреждение образования и удаление образовавшихся асфальтосмолопарафиновых отложений на внутренней поверхности морских нефтепроводов / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев // Трубопроводный транспорт-2009: материалы учеб.-науч.-практ. конф. - Уфа, 2009. - С.42-44.

12. Дмитриев М.Е., Предупреждение образования и удаление образовавшихся асфальтосмолопаафиновых отложений на внутренней поверхности морских нефтепроводов / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, Б.Н. Мастобаев // Трубопроводный транспорт-2009: материалы учеб.-науч.-практ. конф. - Уфа, 2009. - С.42-44.

13. Дмитриев М.Е., Применение химических и механических методов очистки внутренней поверхности морских нефтепрводов от асфальтосмолопарафиновых отложений / М.Е. Дмитриев, К.И. Хасанова, А.Р. Асадуллин // Трубопроводный транспорт-2009: материалы учеб.-науч.-пракг. конф. - Уфа, 2009. - С.44-46.

14. Дмитриев М.Е., Особенности предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений и их удаление на морских трубопроводах / М.Е. Дмитриев, Б.Н. Мастобаев // Трубопроводный транспорт-2008: материалы учеб.-науч.-практ. конф. - Уфа, 2008. - С.52-53.

Подписано в печать 28.12.2011. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/|б. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 203.

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Текст диссертации на тему "Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений"

61 12-5/1426

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ ШЕЛЬФОВЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальности: 07.00.10 - ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ

25.00.19 - СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ, БАЗ И ХРАНИЛИЩ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ДМИТРИЕВ МИХАИЛ ЕВГЕНЬЕВИЧ

Научный руководитель -Доктор технических наук, профессор Б.Н. Мастобаев

Научный консультант -Доктор технических наук, доцент М.М. Фаттахов

Уфа 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ОБЗОР РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПАРАФИНИЗАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭТОГО НАПРАВЛЕНИЯ 7

1.1 Работы посвященные изучению механизма парафинизации 7

1.2 Работы посвященные исследованию процесса парафинизации труб 15

1.3 Краткий обзор работ, посвященных удалению парафино-смолистых отложений из нефтепроводов 28

1.4 Перспективы развития исследований процесса парафинизации трубопроводов 30

2 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПАРАФИНИЗАЦИИ ТРУБ 32

2.1 Экспериментальные исследования парафинизации на экспериментальной установке «НИИтранснефть» 33

2.2 Исследования процесса парафинизации на месторождениях Шаимской группы 40

2.3 Исследование механизма парафинизации в динамических условиях

на парафиноосадительной установке 43

2.4 Экспериментальные исследования парафинизации на установке ВНИИСПТнефть 47

2.5 Исследование закономерности парафинизации нефтепровода «Дружба» 56

2.6 Исследования механизма парафинизации на трансаляскинском нефтепроводе 62

2.7 Экспериментальные исследования парафинизации на экспериментальной установке УНИ 66

2.8 Анализ экспериментальных исследований парафинизации с оценкой значимости различных факторов оказывающих влияние на процесс парафинизации нефтепроводов 74

3 ОЦЕНКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ 81

4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА ПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЕПРОВОДОВ ШЕЛЬФОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Ю2 4 Л Экспериментальные исследования процесса парафинизации морского нефтепровода месторождения «Белый тигр» и «Дракон» 103

4.2 Диагностирование состояния внутренней поверхности морских подводных трубопроводов 109

4.3 Система мониторинга парафинизации морских подводных трубопроводов шельфовых месторождений 114 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 126 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 128 ПРИЛОЖЕНИЯ 144

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важных задач развития трубопроводного транспорта является повышение эффективности и надежной работы действующих нефтепроводов. Важным направлением для решения данной проблемы является своевременное предупреждение и ликвидация различных осложнений в работе нефтепроводов, возникающих вследствие загрязнения внутренней полости труб. При перекачке парафинистых нефтей по нефтепроводам на внутренней поверхности труб происходит накопление асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). Это приводит к снижению пропускной способности нефтепроводов и увеличению давления в процессе эксплуатации. Кроме того накопление АСПО на внутренней поверхности труб существенно влияет на достоверность результатов ультразвуковой диагностики труб. Значительное влияние на процесс парафинизации оказывают условия работы нефтепроводов, температура и гидродинамические параметры перекачки. Исследование влияния каждого параметра на интенсивность запарафинивания, а также всей совокупности параметров позволит успешно подбирать рациональные методы борьбы с парафинизацией.

особенности прокладки трубопроводов (наличие горизонтальных и вертикальных участков) присутствие в нефти морской воды и т.д.

Целью исследования является изучение и анализ развития исследований процесса парафинизации трубопроводов и совершенствование системы мониторинга парафинизации трубопроводов шельфовых месторождений.

В работе впервые произведен анализ развития отечественных и зарубежных исследований процесса парафинизации трубопроводов.

На основе анализа существующих работ по изучению процесса парафинизации определены перспективы развития исследований этого процесса.

Проведен комплексный анализ экспериментальных исследований и производственных экспериментов с глубиной рассмотрения 1932-2011гг. В результате собрана большая база исследований, при рассмотрении которой в комплексе можно судить об изученности процесса парафинообразования в трубопроводном транспорте.

Усовершенствована система мониторинга парафинизации

трубопроводов шельфовых месторождений, путем создания модели

экспериментального стенда для мониторинга парафинизации трубопроводов, проложенных в условия морских трубопроводов шельфовых месторождений и предложена методика проведения эксперимента.

Усовершенствованная система мониторинга и модель экспериментального стенда с методикой проведения эксперимента могут быть использованы при проведении промышленных исследований процесса парафинизации в морских условиях для дальнейшего создания математических моделей парафинизации и прогнозирования парафинизации внутренней поверхности подводных трубопроводов.

1 ОБЗОР РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ПАРАФИНИЗАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭТОГО НАПРАВЛЕНИЯ

1.1 Работы посвященные изучению механизма парафинизации

К первым обстоятельным исследованиям в этой области следует

отнести, очевидно, работы Рестли, опубликованные им в 1932—1942 гг. [88,

89, 90] и признанные за рубежом как наиболее авторитетные. Причины

выпадения парафина из нефти Рестли видит в уменьшении растворимости

парафина за счет снижения температуры нефти при отдаче тепла в

окружающую среду, а также в результате разгазирования. Так же автор

считает, что кристаллы парафина, взвешенные в объеме нефти, будут

прилипать к поверхности оборудования, если толщина стекающей по трубам

пленки нефти окажется малой, а скорость ее движения настолько

незначительной, что она не сможет нести кристаллы парафина во

взвешенном состоянии. При этом кристаллы прочно закрепляются на

поверхности оборудования. Если поверхность - оборудования холоднее, чем

объем соприкасающейся с ней нефти, тогда выпадет дополнительное

количество кристаллов парафина, которые также войдут в состав отложений. Если же поверхность оборудования имеет температуру, одинаковую с температурой нефти, то прочного закрепления кристаллов парафина, взвешенных в потоке, на поверхности не достигается. Рестли предполагает, что отложения формируются интенсивнее при ламинарном режиме движения жидкости. При турбулентном режиме кристаллы парафина остаются во взвешенном состоянии и лишь незначительная их часть оседает и закрепляется на стенках оборудования.

В своей работе, опубликованной в 1942 [148] Браун развивая теорию Рестли отмечает, что присутствующие в нефти механические примеси в значительной мере интенсифицируют рост парафиновых гранул и увеличивают скорость образования парафиновых отложений. При выпадении кристаллов парафина последние обнаруживают, способность к агломерации в гранулы, которые будут транспортироваться потоком нефти до тех пор, пока не осядут на, стенках труб, днища резервуаров и т. д. В целом для образования отложений парафина в подъемных трубах и наземном оборудовании, по мнению автора, необходимо соблюдение следующих условий: 1) должно быть нарушено состояние равновесия растворимости парафина в нефти; 2) выпавшие кристаллы должны приклеиться, объединиться или осесть таким образом, чтобы при нормальной эксплуатации они не могли бы быть рассеяны и унесены потоком. Если небольшие кристаллы смогут быть удержаны потоком во взвешенном состоянии, считает автор, то проблемы парафина при этом быть не может. Аналогичные мнения высказывали и другие авторы, опубликовавшие свои работы в различных зарубежных журналах в течение 1940—1945 гг. [127].

Р. Д. Торрей в 1942г. возникновение отложений парафина

объясняет в следующем: выделившиеся в результате снижения

растворяющей способности нефти мелкие кристаллы парафина

объединяются в большие гранулы, подвергающиеся действию

гравитационных сил. Образовавшиеся крупные частицы парафина выносятся

во взвешенном состоянии потоком нефти к местам их скопления, шероховатым участкам поверхности, застойным зонам и т. д. [127].

Одной из первых отечественных работ, о способе накопления отложений на поверхности оборудования, является, работа А. Д. Амирова, опубликованная в 1953г. [5]. В работе освещается опыт борьбы с отложениями парафина на бакинских промыслах, и предполагается, что их образование в фонтанно-компрессорных и глубиннонасосных скважинах связано с осаждением на стенках оборудования отделившейся в твердую фазу части парафина.

Характерно, что до 1950 г. исследователи не придавали большого значения факту существования в потоке нефти большого количества пузырьков попутного газа. В работе П. П. Галонского 1955г. [37] особую роль играют в формировании отложений газовые пузырьки. Таким образом, автор, впервые поднимает вопрос о флотации кристаллов парафина пузырьками выделяющегося из нефти попутного газа. В остальном автор поддерживает теорию Рестли.

Одной из наиболее значительных является работа Н. Н.

Непримерова, опубликованная им в 1957-1958 гг. [105, 106], сыгравшая

большую роль в развитии исследований в этой области. H.H. Непримеров

рассматривает два механизма образования отложений, один из которых

связан с выпадением парафина из нефти, а другой с осаждением уже

выпавшего парафина на поверхности труб. H.H. Непримеров считает, что

парафин не оседает на стенке трубы, а зарождается на стенке трубы.

Учитывая недостаточную обоснованность фактами своей теории, автор далее

отмечает, что выведенный механизм появления парафиновых отложений

является, однако, лишь наиболее вероятным, объясняющим некоторые

факты, известные в нефтепромысловой практике и нуждается в дальнейшей

серьезной доработке. Далее автор отмечает, что конкретных сведений о

механизме выпадения и отложения парафина все-таки нет. Тем не менее,

развивая дальше свою теорию и определяя особую роль газовых пузырьков в

этом процессе, Н. Н. Непримеров считает, что смолопарафиновые отложения на лифтовых трубах появляются с первого момента возникновения твердой фазы в потоке. В свободном состоянии твердая фаза в потоке отсутствует, весь парафин флотируется газовыми пузырьками. Механизм формирования отложений в трехфазной системе автору представлялся следующим образом: парафин, как правило, впервые появляется на пузырьках, родившихся именно на стенках скважин. Выпавшие кристаллики парафина вместе с уже имеющимися на поверхности смолами и асфальтенами образуют основу отложений на внутренней поверхности лифтовых труб. При отрыве пузырька часть твердых частиц, имевшихся на границе раздела фаз, остается на стенках труб. С ростом газонасыщенности все меньшее число их будет смываться восходящим потоком. Сцепляясь между собой, они постепенно образуют многослойную сотовую структуру. Таким образом, Н. Н. Непримеров считает, что решающая роль в формировании отложений принадлежит кристаллам парафина, возникшим на поверхности газовых пузырьков, которые в свою очередь появились непосредственно на стенках оборудования. Максимальное количество парафиновых отложений по длине фонтанных подъемников отмечается в зонах взрывов газовых пузырьков, оболочки которых, отлетая прилипают к стенкам оборудования и входят в состав отложений.

В тоже время (1956г.) вышла статья Ф. В. Джессена и И. X. Хоувелла [154], авторы, считают, что в дегазированной нефти отложения могут возникать за счет кристаллов, растущих непосредственно на охлаждаемых стенках и затем на смолопарафиновой подкладке, или кристаллов парафина, взвешенных в потоке нефти. Во втором случае отложения возникают в результате осаждения и сцепления кристаллов парафина с поверхностью труб и друг с другом. Первый механизм играет решающую роль и проявляется наиболее полно, когда температура стенок труб ниже или близка к температуре выпадения парафина из нефти.

В 1958г. в своей работе И.Т. Гладков [38] пришел к выводу, что механизм формирования отложений связан с гидродинамикой потока и состоит в том, что кристаллы парафина и их скопления, пробивая пристенный ламинарный слой движущейся жидкости, прочно прилипают к поверхности оборудования и затем к образовавшейся смолопарафиновой подложке.

В 1960г. С. Ф. Люшин, предлагает свою точку зрения на процесс отложения парафина и объясняет его, прежде всего как процесс кристаллизации его непосредственно на стенках труб. Однако наряду с этим автор признает и то, что в интенсификации отложения парафина большое значение имеет наличие газовых пузырьков в потоке, образующихся как на стенках труб, так и в объемной фазе. Иногда этот фактор рассматривается как основной в процессе образования парафиновых отложений. Несколько позже С. Ф. Люшин, В. А. Рассказов, Д. М. Шейх-Али, Р. Р. Иксанова, Е. П. Линьков рассматривают уже три механизма парафинизации оборудования, причем два из них - для фонтанной колонны и один - для манифольдных линий. Авторы считают, что в скважинах можно рассматривать два механизма отложения парафина: один обычный - выкристаллизовыванием твердой фазы из насыщенного раствора; другой связан с возникновением газовых пузырьков и поведением их при подъеме жидкости. От термодинамических условий будет зависеть то, какой из этих двух механизмов является главным. Механизм отложения парафина в манифольдах несколько отличается от механизма отложения в подъемных трубах. Пузырьки газа вследствие резкого снижения давления разрушаются и разбрасывают свои оболочки на стенках труб. При этом не исключается и процесс отложения парафина путем выкристаллизовывания его

непосредственно на стенках манифольда.

Л. А. Цветков в 1961г. [74] в своей работе считает, что

парафинизация оборудования, происходящая за счет приклеивания

взвешенных в потоке кристаллов парафина к поверхности оборудования, в

значительной мере усиливается в присутствии пузырьков попутного газа. В частности, Л. А. Цветков пишет, что необходимым условием образования плотных парафиновых отложений в промысловых трубопроводах является сочетание следующих факторов: а) наличие в нефти твердых частиц парафина, выпадающих из растворенного состояния при охлаждении нефти (температурный фактор); б) осуществление потока нефти в трубопроводе совместно с газом (газовый фактор); в) малая вязкость нефти (вязкостный фактор).

Л. С. Абрамзон и В. А. Яковлев (1964г.) [3] различают два возм

Полный текст автореферата диссертации по теме "Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений"

Текст диссертации на тему "Совершенствование систем мониторинга парафинизации нефтепроводов шельфовых месторождений"

Похожие темы диссертаций