Введение к работе
Актуальность работы. Одним из путей решения проблемы повышения надежности магистральных нефтепроводов является совершенствование методов сооружения, ремонта и эксплуатации трубопроводов. Большинство существующих магистральных нефтепроводов имеют многочисленные переходы через водные преграды, такие как реки, озера и водохранилища.
Поддержание работоспособного состояния подводных переходов нефтепроводов невозможно без проведения восстановительных и ремонтных работ. Выполнение этой задачи сопряжено с большими капиталовложениями, а в сложных условиях строительства и со значительными техническими трудностями. Это приводит к значительному увеличению числа аварий при эксплуатации нефтепроводов, связанных со снижением защитных свойств изоляционных покрытий, накапливанием усталости металла, а так же с развитием дефектов в сварных соединениях труб. Поэтому возникает необходимость совершенствования способов сооружения подводных переходов и разработки конструкторско-технологических рекомендаций по прокладке в них трубопроводов, что позволит повысить эффективность эксплуатации нефтепроводов.
В процессе эксплуатации магистральных нефтепроводов происходит износ стенок трубопровода. Из-за этого необходимо снижать рабочее давление в трубопроводе, что приводит к уменьшению его пропускной способности. Увеличение производительности до плановой можно достигнуть несколькими способами: удвоением числа перекачивающих станций, строительством лупинга или вводом противотурбулентных присадок в нефтепровод. Следовательно, для выбора метода сохранения плановой производительности при снижении рабочего давления необходимо выполнить исследования.
Значительный вклад в развитие методов строительства, ремонта подводных переходов и эксплуатации магистральных нефтепроводов внесли работы ученых: Бабина Л.А., Березина В.Л., Бородавкина П.П., Быкова Л.И., Васильева Г.Г., Гумерова А.Г., Гумерова Р.С., Забела К.А., Коршака А.А., Лурье М.В., Мазура И.И, Мустафина Ф.М., Спектора Ю.И., Торопова С.Ю., Шадрина О.Б. и др.
Несмотря на достаточную изученность способов сооружения подводных переходов и эксплуатации магистральных нефтепроводов, многие вопросы остаются неизученными. Поэтому работа, направленная на повышение эффективности сооружения подводных переходов и эксплуатации магистральных нефтепроводов, является актуальной.
Цель работы
Повышение эффективности сооружения подводных переходов магистральных нефтепроводов путем совершенствования технологии их прокладки с помощью быстроразъемных соединительных устройств и эксплуатации на основе применения противотурбулентных присадок.
Основные задачи:
-
Разработать способ сооружения и ремонта подводных переходов нефтепроводов с помощью быстроразъемных соединений труб на роликовых опорах.
-
Экспериментально исследовать влияние противотурбулентной присадки LiquidPowerTM на снижение потерь напора.
-
Разработать методику расчета конструктивных и рабочих параметров подводных переходов нефтепроводов.
-
Разработать рекомендации по использованию противотурбулентной присадки Liquid Power при транспортировке нефти по магистральному нефтепроводу «Кириши-Приморск».
-
Выполнить технико-экономическую оценку принятых решений.
Идея работы
Для исключения повреждения изоляции, уменьшения усилия протаскивания трубопровода по тоннелю при сооружении в подводных переходах следует использовать быстроразъемные соединения на роликовых опорах, а увеличения производительности до плановой, при уменьшении рабочего давления в изношенном магистральном трубопроводе, можно достигнуть применением противотурбулентных присадок.
Методы исследований
В основу проведенных исследований положен системный подход к изучаемому объекту. При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий: анализ опыта строительства подводных переходов, прокладки в них трубопроводов и эксплуатации магистральных нефтепроводов; теоретический анализ с использованием классических уравнений механики и гидромеханики.
Защищаемые научные положения:
1. Спуск секций трубопровода в тоннель целесообразно производить через монтажные колодцы с помощью лебедок, при этом рабочий профиль стенок колодцев должен задаваться, исходя из условия беспрепятственного прохождения спускаемой секции трубопровода, что обеспечивается установлением профиля стенок колодцев в соответствии с расчетной зависимостью, учитывающей длину секции, требуемый угол ее поворота перед стыковкой и возможность надежного соединения с другой секцией трубопровода с помощью быстроразъемного соединения с роликами, при этом величина коэффициента сопротивления движению трубопровода на роликах по микротоннелю равна 9,5 Н/кН.
2. Для сохранения плановой производительности магистрального нефтепровода при необходимости снижении рабочего давления до 6 МПа, связанного с износом трубопровода, следует применять противотурбулентную присадку с концентрацией равной 22 г/т.
Научная новизна заключается в следующем:
экспериментально установлена зависимость усилия протаскивания трубопровода на роликах от его массы, на базе которой установлено значение коэффициента сопротивления движению равное 9,5 Н/кН;
экспериментально на участке магистрального нефтепровода «Невская-Приморск» установлена величина концентрации противотурбулентной присадки Liquid Power равная 22 г/т, которая обеспечивает сохранение плановой производительности при уменьшении рабочего давления.
Практическая значимость работы:
разработан способ соединения трубопроводов с помощью быстроразъемных соединений и методика расчета конструктивных и рабочих параметров подводных переходов нефтепроводов;
разработаны рекомендации по расчету величины концентрации противотурбулентной присадки Liquid Power при перекачке нефти на участке магистрального нефтепровода «Невская-Приморск».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена теоретическими экспериментальными исследованиями, результатами экспериментов, а так же сопоставлением теоретических и экспериментальных исследований.
Реализация результатов работы
Разработанная методика расчета конструктивных и рабочих параметров подводных переходов и прокладки в них нефтепроводов с помощью быстроразъемных соединений на роликах может быть использована эксплуатирующими и проектными организациями, а так же в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ » в курсе «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов».
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку:
на конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2006, 2007, 2008, 2009 годах в СПГГИ (ТУ);
на 4-ой Международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности», Екатеринбург 2006г;
на 4-ой Межрегиональной научно-практической конференция «Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения», Воркута 2006 г.;
на 12-ом международном научном симпозиуме имени академика М.А. Усова студентов и молодых учёных «Проблемы геологии и освоения недр», Томск 2008г.
Личный вклад соискателя:
разработан способ соединения трубопроводов с помощью быстроразъемных соединений;
разработан стенд и методики экспериментальных исследований определения коэффициента сопротивления движению опорных роликов быстроразъемного соединения труб и определения влияния концентрации противотурбулентной присадки Liquid Power в магистральном нефтепроводе «Невская-Приморск» на производительность и потери напора.
Публикации
Основные результаты диссертационной работы представлены в 5 публикациях и 1 патенте. Из них 1 статья опубликована в издании, рекомендованном «Перечнем ведущих рецензируемых научных изданий» ВАК.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 127 страницах, содержит 37 иллюстраций, 17 таблиц, 1 приложение и список литературы из 119 наименований.
