WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЕМЕЛЬЯНОВ АНАТОЛИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И РЕСУРСА ПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ И ОТЛОЖЕНИЯ СОЛЕЙ Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность» (нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2003 2

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и защита от коррозии» Уфимского государственного нефтяного технического университета и в ООО «Инжиниринговая компания (ИК) «Инкомп-Нефть».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Бугай Дмитрий Ефимович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Шарафиев Роберт Гарафиевич;

кандидат технических наук Ишмуратов Равхат Гадеевич.

Ведущее предприятие ООО «Нефтегазодобывающее управление (НГДУ) Октябрьскнефть».

Защита состоится «29» декабря 2003 года в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

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

Автореферат разослан «28» ноября 2003 года

Ученый секретарь диссертационного совета Ибрагимов И.Г.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы В соответствии с Федеральным законом № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 г. трубопроводы систем поддержания пластового давления (ППД) и сбора скважинной продукции относятся к опасным производственным объектам. Опыт эксплуатации нефтяных и газовых месторождений на поздней стадии разработки показывает, что одним из негативных факторов, существенно снижающих промышленную безопасность этих объектов, является отложение на внутренней поверхности труб неорганических солей и механических примесей.

Оно наблюдается как при добыче и транспортировке нефти и газа, так и при их дальнейшей подготовке.

Мероприятия, направленные на устранение или снижение пагубного воздействия этого фактора, как правило, малоэффективны, не решают проблему в целом, а также требуют значительных материально-технических затрат. В результате имеют место удорожание добычи нефти и нарушение экологического равновесия в окружающей среде.

Несмотря на повышенный интерес ученых к данной проблеме, до настоящего времени не найдено ее приемлемого решения, так как наиболее пристальное внимание обращается на вопросы совершенствования уже существующих достижений, а не на поиск инновационных альтернатив.

Выходом из сложившегося положения может служить разработка новых принципов, способов и средств, позволяющих более рационально и эффективно предотвращать указанные осложнения.

В диссертации исследуется возможность повышения безопасности и ресурса промыслового оборудования путем удаления из флюидов механических примесей и уменьшения солеотложения, достигаемых воздействием на промысловые жидкости магнитным полем, которое создается техническими устройствами принципиально новой конструкции.

Цель работы Разработка и техническая реализация новых принципов, позволяющих посредством воздействия магнитного поля на промысловые жидкости существенно интенсифицировать удаление из них механических примесей и снижение солеотложения на металле, повышая тем самым промышленную безопасность и ресурс добывающих скважин и трубопроводов.

В диссертации решались следующие задачи:

1. Оценка агрессивности промысловых сред ряда месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжского региона, а также анализ статистических данных по аварийности трубопроводов, масштабам, особенностям и последствиям их разрушения.

2. Исследование влияния состава и свойств натурных сред, состава и концентрации механических примесей, а также особенностей структуры сформированных ими отложений на характер коррозии металла внутренней поверхности труб.

3. Обоснование целесообразности применения магнитной обработки промысловых жидкостей с целью коагуляции и последующего удаления ферромагнитных частиц механических примесей, а также разработка соответствующего технического устройства и его внедрение в нефтегазовой отрасли.

4. Определение режимов магнитной обработки скважинной продукции, при которых достигается значительный эффект снижения солеотложения на металле.

5. Разработка устройства для магнитной обработки промысловых жидкостей, расчет его параметров и внедрение на нефтяном и газовом месторождениях с целью снижения интенсивности солеотложения.

Научная новизна 1. Установлено, что основным фактором, негативно влияющим на промышленную безопасность трубопроводов из стали 20 месторождений УралоПоволжского региона, является вызываемая механическими примесями локальная коррозия металла, поскольку при наличии в промысловых средах не менее 250 г/л ионов Сl-, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, не более 20 и 0,1 мг/л сероводорода и кислорода соответственно скорость общей коррозии не превышает значений, регламентируемых ГОСТ 9.908-90 (сталь стойкая). Показано, что стойкость стали 20 к общей коррозии обеспечивается экранирующим эффектом, проявляемым образующейся на поверхности фазовой пленкой хлорида натрия.

2. Для случая движущихся в расслоенном режиме промысловых сред с минерализацией не более 30 мг/л и содержанием менее 0,5 мг/л сероводорода (условия месторождений Западной Сибири) получен критерий концентрации механических примесей (Смп 58,5 мг/л), позволяющий проводить диагностику вида коррозии металла и ее интенсивности без вскрытия трубопровода и, тем самым, определять превентивные меры по повышению его промышленной безопасности.

3. Предложен принцип повышения эффективности очистки промысловых сред от компонентов, вызывающих локальную коррозию металла труб и забивание призабойной зоны пласта, заключающийся в коагуляции ферромагнитных частиц механических примесей на поверхности постоянных магнитов.

4. Показано, что в нефтяных и газовых скважинах существенное снижение (в 1,8-1,9 раза) количества сульфатных и хлоридных отложений наблюдается при непродолжительном (не более 0,5 с) воздействии на продукцию постоянного магнитного поля напряженностью не менее 40 кА/м.

Практическая ценность 1. С целью повышения эффективности существующих методов удаления механических примесей из промысловых флюидов разработано и внедрено в ООО «НГДУ «Уфанефть» устройство для коагуляции ферромагнитных частиц механических примесей (Пат. № 32485, Б.И. № 26, 2003), позволившее в случае фильтров тонкой очистки увеличить среднее значение коэффициента фильтрации на 19,0 %.

2. Разработана и внедрена в газопромысловом управлении (ГПУ) ООО «Оренбурггазпром» и ООО «ИК «Инкомп-Нефть» методика «Оценка эффективности воздействия магнитного поля на образование отложений хлористого натрия». Методика используется в ООО «Оренбурггазпром» и ООО «ИК «Инкомп-Нефть» при проведении исследований влияния магнитного поля на солеотложение в промысловом оборудовании.

3. Разработано и внедрено в ООО «НГДУ «Арланнефть» и ГПУ ООО «Оренбурггазпром» устройство для магнитной обработки промысловой жидкости, снижающее интенсивность солеотложения в насосно-компрессорных трубах. Его установка в скважине № 137 ООО «НГДУ «Арланнефть» позволила увеличить ее межочистной период в среднем в 2 раза.

Апробация работы и публикация результатов Основные результаты работы доложены и обсуждались на производственных совещаниях ОАО «Белкамнефть» (Ижевск, 2001, 2002); 1-й научнопрактической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности» (Когалым, 2001);

Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ИжГТУ (Ижевск, 2002); 53-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2002); Всероссийской научнопрактической конференции «Разработка, производство и применение химических реагентов для нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2002);

IV Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2003).

По результатам работы опубликовано 12 трудов: 7 статей и 4 тезиса докладов; получен 1 патент РФ.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений.

Объем диссертации 176 с. машинописного текста; приводятся 32 таблицы, иллюстраций, 14 приложений. Список литературы содержит 118 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика диссертации, сформулированы цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена оценке агрессивности перекачиваемых сред и анализу статистических данных по аварийности промысловых трубопроводов, масштабам, особенностям и последствиям их разрушения (на примере Ватьеганского и Южно-Ягунского месторождений, а также Вятской и Абдрахмановской площадей Арланского и Ромашкинского месторождений).

В последнее десятилетие на Ватьеганском и Южно-Ягунском месторождениях наблюдается прогрессирующий рост обводненности добываемой продукции. На Ватьеганском месторождении она увеличилась в среднем на 50 %, на Южно-Ягунском – на 30 %, достигнув на обоих месторождениях около 74 %. Хотя средняя обводненность продукции на Вятской площади увеличилась всего на 5 %, ее среднегодовой уровень почти на 20 % выше.

Интенсификация добычи нефти и закачки воды на Абдрахмановской площади в начале 70-х годов также привели к значительному росту обводненности продукции. Комплекс работ по совершенствованию систем заводнения позволил замедлить темп роста обводненности, однако ее значение остается на высоком уровне и составляет около 93 %.

Пластовые и сточные воды Вятской и Абдрахмановской площадей характеризуются высокой минерализацией (до 260 г/л), главным образом за счет ионов хлора, а концентрация в них сероводорода достигает 20-50 мг/л.

Воды же всех пластов Ватьеганского и Южно-Ягунского месторождений имеют на порядок меньшее значение минерализации и, в отличие от сред Вятской и Абдрахмановской площадей, содержат большое количество бикарбонат-ионов (741–997 мг/л). В попутной воде, отделяемой от нефти Ватьеганского и Южно-Ягунского месторождений, обнаруживается от 0,1 до 0,5 мг/л сероводорода, что не должно значительно увеличивать ее коррозионную активность. В последние годы в сточной воде системы ППД обоих месторождений отмечается присутствие до 14 мг/л сульфат-ионов, что, в частности, можно связать с интенсификацией процесса сульфатредукции в заводняемых пластах.

Прокачка больших объемов воды по наиболее проницаемым пропласткам привела к охлаждению запасов выше- и нижележащих интервалов, причем восстановление температуры до значения первоначальной пластовой происходит очень медленно. Невысокие значения температуры (в пределах 30–40 0С) являются одним из условий роста и развития сульфатвосстанавли вающих бактерий (СВБ), которые обнаружены во всей технологической цепи добычи, подготовки и транспортировки нефти и воды, в том числе в призабойных зонах пласта нагнетательных скважин рассматриваемых месторождений, за исключением Вятской площади. Содержание СВБ в средах Абдрахмановской площади составляет 104-106, а Ватьеганского и ЮжноЯгунского месторождений - 105-106 клеток/мл.

Многократные флуктуации температуры и пластового давления с амплитудой до 7,0 МПа послужили, в частности, причиной разрушения породы коллекторов, которая выносится добываемой жидкостью в трубопроводные коммуникации системы сбора, а при плохом качестве подготовки сточных вод - в трубопроводы системы ППД. Породообразующие компоненты и продукты коррозии являются основными составляющими механических примесей, содержащихся в перекачиваемых средах данных месторождений.

Указанные факторы способствуют увеличению коррозионной активности перекачиваемых сред, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для роста аварийности трубопроводов систем нефтесбора и ППД. Из общего числа нарушений герметичности трубопроводов доля отказов по причине коррозии составляет на Абдрахмановской площади 97,5 %, на Вятской - 98,4 %. Из них на Абдрахмановской площади вследствие коррозии наружной поверхности труб произошло 27,0 % отказов, внутренней - 70,5 %. Для Вятской эти значения составляют 74,4 и 24,0 % соответственно.

Более 90 % отказов по причине коррозии наружной поверхности труб приходится на внутриплощадочные нефтепроводы, для которых характерна язвенная коррозия. Наибольшая удельная аварийность по причине внутренней коррозии наблюдается на низконапорных водоводах и нефтесборных трубопроводах (таблица 1). Коррозия имеет локальный характер и развивается по нижней образующей труб, что является следствием формирования в этой области отложений механических примесей, работы макрогальванопар «металл трубы - отложения», а также роста и развития СВБ под пленками отложений, скопления их метаболитов.

Таблица 1 - Средние значения удельной аварийности трубопроводов по причине внутренней коррозии Удельная аварийность по месторождению, шт./годкм Назначение трубопровода Абдрахмановская Ватьеганское Южно-Ягунское площадь Нефтесборные 0,070 0,0,Напорные нефтепроводы 0,020 0,Низконапорные водоводы 0,060 0,084 0,Высоконапорные водоводы 0,010 0,017 0,Общий ущерб от аварий нефтепроводов на Южно-Ягунском месторождении в период с 1995 по 2001 гг. превысил 1,5 млн. руб., а затраты на ликвидацию аварий в системе нефтесбора Ватьеганского месторождения в период с 1991 по 2001 гг. составили 10,3 млн. руб. (в ценах 2002 г.).

На примере Южно-Ягунского и Ватьеганского месторождений показано также, что каждая авария приводит к загрязнению в среднем 25-50 м2 территории, а в результате 40 % аварий загрязняется до 100 м2 и более (рисунок 1).

31% 24% 16% 2% 27% 1 2 3 4 25 кв. м 50 кв. м 75 кв. м 100 кв. м свыше 100 кв. м Рисунок 1 - Доли аварий трубопроводов, приводящие к различной площади загрязнения территории Во второй главе рассмотрена зависимость проявлений коррозии, наблюдаемых на Вятской площади Арланского месторождения, от состава и свойств натурных сред. Исследовано также влияние состава механических примесей на коррозию нефтепромысловых трубопроводов.

Среды Вятской площади содержат сероводород в количестве, не превышающем 20 мг/л, вследствие чего на поверхности металла образуются защитные фазовые пленки полисульфидов железа, состоящие из троилита и пирита.

Содержание кислорода в этих средах также незначительно (от 0,05 до 0,1 мг/л), в силу чего он не может вызвать активного усиления коррозии.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»