WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Причиной малого содержания сероводорода и кислорода в средах Вятской площади является их высокая минерализация (до 260 г/л), уменьшающая растворимость газов. Кроме того, на содержание кислорода влияет отсутствие подпитки сточных вод пресными, за исключением канализационных стоков. Известно, что высокая минерализация сред приводит также к снижению скорости коррозии металла за счет замедления диффузионных процессов подвода деполяризатора к металлической поверхности и падения скорости разряда молекул кислорода.

Степень минерализации сред Вятской площади определяется преимущественно наличием хлорид-ионов (около 160 г/л), а также одновалентных (более 83 г/л) и двухвалентных (более 13 г/л) катионов солей. Хлорид ионы при такой концентрации могут ингибировать коррозию даже при образовании на поверхности металла рыхлой пленки полисульфидов железа (за счет блокирования активных участков поверхности). Одно- и двухвалентные катионы способствуют снижению скорости коррозии металла в сероводородсодержащих средах вследствие повышения рН при гидролизе их солей, а также по причине высокой степени гидратации двухвалентных катионов, что снижает растворимость сероводорода.

Количество углекислоты в пластовых и сточных водах Вятской площади незначительно и не приводит к ускорению коррозии металла труб.

Исследование содержания СВБ в перекачиваемых средах показало отрицательный результат.

Изучение особенностей коррозии промысловых трубопроводов Вятской площади проводили в лабораторных и натурных условиях. Определяли скорость коррозии металла образцов из углеродистой стали 20.

Лабораторные испытания выполняли тремя отличными по подходу методами: гравиметрическим в U-образной ячейке, потенциодинамическим с помощью потенциостата ЕР 20А и методом поляризационного сопротивле ния, используя коррозиметр «Моникор-1М», в водной фазе натурной водонефтяной эмульсии. Стендовые испытания по определению скорости общей коррозии стали 20 осуществляли с помощью установки «Моникор-стенд».

Коррозионной средой служила сточная вода системы ППД. Скорость коррозии металла труб в натурных условиях оценивали гравиметрическим методом с привлечением узлов контроля, монтируемых посредством лубрикатора.

Суммарная погрешность гравиметрического метода составила 5,24 %, потенциодинамического – 8,03 % и метода поляризационного сопротивления – 12,74 %. Погрешности определены для доверительной вероятности Р = 0,95.

Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Скорость коррозии металла образцов, определенная в различных условиях В лаборатории Натурные Условия испытаний На стенде реальная пла- модельная плаиспытания стовая вода стовая вода Скорость 0,093 0,087 0,024 0,коррозии, мм/год Невысокие значения скорости коррозии стали могут быть также связаны с наличием в среде некоторого остаточного количества применяемого на Вятской площади ингибитора коррозии. Для проверки этого предположения в лабораторных условиях определяли скорость коррозии стали в модельной среде, имитирующей по составу реальные среды рассматриваемого месторождения. Оказалось (см. таблицу 2), что скорость коррозии стали в реальной и модельной средах практически одинакова. Данный факт свидетельствует об отсутствии ингибитора в пластовой воде на выходе из скважины.

С целью дальнейшего установления причины невысокого значения скорости коррозии стали 20 был проведен качественный рентгенофазовый анализ металла образцов-свидетелей до и после (рисунок 2) экспозиции в коррозионной среде системы нефтесбора. Анализ осуществляли методом шагового сканирования на дифрактометре ДРОН–3М в Cu-K - излучении с использованием плоского графитового монохроматора на дифрагированном пучке.

На рентгенограмме металла образца, экспонировавшегося в коррозионной среде, при малых углах дифракции идентифицированы две реперные линии отражения кристаллического хлорида натрия, что свидетельствует о его образовании на поверхности металла в ходе выдержки в электролите.

По-видимому, образовавшаяся фазовая пленка хлорида натрия вносит значительный вклад в замедление коррозии, играя роль барьера на границе раздела «металл – электролит».

Ф (100) Ф (100) NaCl (100) Ф (211) NaCl (200) Ф (200) Ф (200) Угол дифракции 2, град. Угол дифракции 2, град.

а) б) Рисунок 2 - Рентгенограммы металла образцов-свидетелей до (а) и после (б) экспозиции в коррозионной среде Однако на участках трубопроводов, характеризующихся высокой скоростью движения перекачиваемой среды (>1,2 м/с), происходит эрозионное разрушение этой пленки под воздействием механических примесей, и, как следствие, коррозионно-эрозионный износ металла (рисунок 3).

Рентгенофазовым и физико-химическим анализами установлено, что в составе механических примесей сточных вод системы ППД Вятской площади Арланского месторождения преобладают соединения железа в виде гематита Fe2O3, магнетита Fe3O4 и маггемита -Fe2O3, а также кварц SiO2 и различные модификации оксида алюминия, из которых 68,7 % имеют размер частиц не более 5010-6 м, а их концентрация изменяется снизу вверх по сечению трубы от 712 до 275 мг/л.

Рисунок 3 – Образцы-свидетели с коррозионно-эрозионным износом металла На примере системы ППД Южно-Ягунского месторождения методом парной регрессии получена аналитическая зависимость отношения скоростей локальной и общей коррозии металла от концентрации механических примесей в средах при расслоенном режиме течения. Данная зависимость описывается следующим уравнением регрессии:

Y = 1,71·X, (1) где Y – отношение скоростей локальной и общей коррозии металла, %;

X – концентрация механических примесей, мг/л;

1,71 – коэффициент регрессии.

Из (1) следует, что при равенстве скоростей общей и локальной коррозии концентрация механических примесей в промысловой жидкости составляет 58,5 мг/л. Следовательно, для промысловых жидкостей месторождений Западной Сибири во избежание локальной коррозии металла внутренней поверхности труб необходимо соблюдение критерия Смп 58,5 мг/л.

Таким образом, одним из наиболее негативных факторов, приводящих к существенному снижению промышленной безопасности и ресурса трубопроводных коммуникаций, является воздействие на металл внутренней поверхности труб коррозионных сред, содержащих механические примеси. Это служит веским основанием для проведения работ по повышению эффективности их удаления из перекачиваемой жидкости.

В третьей главе рассмотрен способ магнитной коагуляции механических примесей, позволяющий повысить эффективность их удаления из промысловых сред. Приведены результаты внедрения устройства, разработанного для осуществления магнитной коагуляции механических примесей.

Значительная часть механических примесей, содержащихся в сточных водах и эмульсиях месторождений Западной Сибири (15-25 %) и УралоПоволжского региона (45-65 %), относится к магнитным соединениям, что предопределяет целесообразность исследования возможности их коагуляции в магнитном поле.

Если некоторый объем жидкости v перемещать вдоль расположенных определенным образом постоянных магнитов (вдоль оси х на рисунке 4), то на содержащиеся в ней ферромагнитные частицы механических примесей будут действовать силы тяжести G и сопротивления обтеканию W, «архимедова» сила R и сила, действующая со стороны магнитного поля F.

Рисунок 4 – Схема действующих на частицу сил Если создать условия, при которых результирующая сила Р направле1,на к поверхности магнита, то частицы будут притягиваться к поверхности из жидкости. Осевшие таким образом мелкодисперсные частицы также способ ны притягивать к себе другие ферромагнитные частицы, коагулируя до размеров, обеспечивающих их отрыв потоком жидкости. Коагулированные скопления частиц сохраняются в потоке вследствие действия сил остаточной намагниченности и связующих свойств веществ, присутствующих в жидкости (например, смол, парафинов и асфальтенов).

Данный способ коагуляции реализован в специально разработанном устройстве (Пат. № 32485, Б.И. № 26, 2003), схема которого приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема устройства для коагуляции ферромагнитных частиц (УКФЧ) механических примесей: 1 – корпус; 2 – пластина; 3 - постоянный магнит;

4 {-0,1;0,009;0}, 5 {-0,1; 0,008; 0,01}, 6 {-0,1;0,005; 0,02}, 7 {-0,1;0,005; 0,06} – точки начала движения частицы в устройство Значительную сложность при расчете и проектировании этого устройства представляет определение значения силы F, так как необходимо знать величины напряженности и градиента магнитного поля, которое создается системой постоянных магнитов и намагниченным металлом узлов устройства. Кроме того, намагничивание элемента объема металла происходит как вследствие воздействия поля системы постоянных магнитов, так и поля других элементов объема металла.

Для решения проблемы были разработаны алгоритм и программа расчета параметров магнитного поля, позволяющие вычислять его напряженность, градиент напряженности и силу в любой точке пространства внутри проектируемого устройства при различном расположении конструктивных элементов, а также рассчитывать траекторию движения взвешенных частиц с учетом их магнитных свойств и вязкости жидкости.

Задача расчета напряженности магнитного поля разбивается на две части: 1) расчет суммарного поля системы постоянных магнитов; 2) расчет распределения намагниченности металла узлов устройства и создаваемого им магнитного поля.

Проекцию напряженности H магнитного поля, создаваемого системой z постоянных магнитов, на требуемое направление можно найти, направив ось z декартовой системы координат вдоль этого направления (см. рисунок 4) и затем вычислив интеграл по объему ферромагнитной частицы V.

3z[Ix(x,y,z)(rx-x)+Iy (x,y,z)(ry -y)+Iz (x,y,z)(rz -z)]-Iz (x,y,z)[(rx-x)2+(ry -y) +(rz -z)2]dV, (2) Hz = V 4 (rx-x)2+(ry -y) +(rz -z) r где Ix, Iy, Iz - компоненты вектора намагниченности I, А/м;

x, y, z - координаты элемента объема ферромагнетика dV, м;

rx, ry, rz - координаты точки, в которой производится расчет магнитного поля, м.

Расчет поля системы постоянных магнитов проводили методом МонтеКарло, позволяющим вычислять интеграл по сложной трехмерной области.

Расчет распределения намагниченности металла узлов устройства и вычисление создаваемого им поля также осуществляли методом Монте-Карло совместно с модифицированным нами вариантом метода релаксации.

Проекцию силы F на ось z определяли по формуле Fz = µ0 H M, (3) z где М – магнитный момент частицы, А·м2;

- векторный дифференциальный оператор (набла), м-1;

µ0 - магнитная постоянная, 4 ·10-7 Тл·м/А.

Для однодоменной частицы М находили по формуле M = IS V, (4) о где IS - намагниченность насыщения материала частицы, А/м.

Для многодоменной частицы M = H V, (5) м z где - магнитная восприимчивость частицы, ед. СИ.

Траекторию движения ферромагнитных частиц рассчитывали с помощью модифицированного нами алгоритма Верле, применяемого для случая конечноразностного решения систем дифференциальных уравнений.

Выполнены расчеты УКФЧ механических примесей ( = 5 ед. СИ; диаметр частиц - 5010-6 м), содержащихся в сточной воде, которая транспортируется по водоводу «РВС – БКНС-5» ООО «НГДУ «Уфанефть». Устройство имеет следующие размеры: Dн = 0,159 м; Dв = 0,146 м; а = 0,025 м; b = 0,040 м;

c = 0,030 м; t = 0,003 м. Материал трубы и пластин - сталь 20, остаточная магнитная индукция постоянных магнитов Br = 1,3 Тл, форма магнитов – цилиндр. Количество магнитов по длине пластины – 20 шт.

В качестве примера на рисунке 6 приведены траектории движения ферромагнитных частиц в данном УКФЧ.

0,поверхность пластины Y, м 0,0,X, м -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,-0,4 7 -0,поверхность магнита поверхность пластины -0,Рисунок 6 – Траектории движения частицы: (4, 5, 6, 7 – см. рисунок 5) Устройство было установлено перед системой фильтров дожимной насосной станции «Бузовьязы» ООО «НГДУ «Уфанефть» на указанном водоводе (рисунок 7).

Рисунок 7 - Место монтажа УКФЧ В период экспозиции УКФЧ среднее значение коэффициента фильтрации фильтров тонкой очистки увеличилось с 0,281 до 0,347 г/м3, то есть на 19,0 %.

В четвертой главе представлены результаты исследования влияния магнитного поля на снижение интенсивности отложения солей в скважинах ГПУ ООО «Оренбурггазпром» и ООО «НГДУ «Арланнефть», а также расчет параметров устройств для магнитной обработки добываемой продукции и сведения об их внедрении.

Особенности кристаллического строения неорганических солей и наличие в них дефектов структуры сказываются на процессе солеотложения. Так, дефекты структуры увеличивают склонность солей к различным видам взаимодействия. С увеличением плотности упаковки ионов поверхностная энергия снижается, в результате чего реакционная способность солей уменьшается. Чем ближе кристаллическая решетка соли к идеальной, тем меньше возможность ее отложения на поверхности металла и взаимодействия отложившейся соли с собственными ионами, находящимися в растворе. Последнее особенно способствует снижению интенсивности отложения солей вплоть до его полного прекращения.

Известно, что магнитная обработка упорядочивает структуру кристаллов солей. В связи с этим была разработана методика, позволяющая оценивать влияние магнитного поля на снижение интенсивности процесса солеотложения.

Согласно методике, модельные или реальные промысловые среды обрабатывают магнитным полем с различными параметрами и группируют выпавшие кристаллы солей по их размеру. Затем рассчитывают средние значения и дисперсии размеров кристаллов, выделившихся из необработанного ( x, Sx ) и обработанного ( y, Sy ) магнитным полем растворов. Степень снижения интенсивности отложения солей на поверхности металла определяют по формуле 2 Sx - S y S = 100 %. (6) Sx Исследования проводили в реальных средах добывающих скважин ГПУ ООО «Оренбурггазпром» и ООО «НГДУ «Арланнефть», для которых свойственны хлоридные и сульфатные отложения соответственно.

Таблица 3 - Влияние магнитного поля напряженностью 20 кА/м на кристаллы хлорида натрия Форма изменения напряженности 2 Sx ; Sy, мкм2 S, % x ; y, мм магнитного поля без магнитной обработки 1,656 987,постоянное магнитное поле 1,219 179,138 81,переменное магнитное поле (30 Гц) синусоидальная 1,370 358,324 63,треугольная 1,496 460,508 53,прямоугольная 1,480 443,266 55,Примечание: время обработки магнитным полем - 30 с.

Анализ полученных данных (таблица 3) показал, что для условий ГПУ ООО «Оренбурггазпром» наиболее эффективна обработка постоянным магнитным полем.

Pages:     | 1 || 3 |






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