Введение к работе
Актуальность темы.
Совместное предприятие «Вьетсовпетро» создано 19 июня 1981 года
по соглашению между Вьетнамом и бывшим Советским Союзом, ныке Российской Федерацией, и, в настоящее время, разрабатывает три месторождения - «Белый Тигр», «Дракон» и «Большой Медведь». На этих месторождениях построено 30 морских объектов, которые связаны между собой системой подводных трубопроводов протяженностью сотни километров, в том числе 155 км трубопроводов системы сбора и транспорта нефти и газа. В 2000 году СП «Вьетсовпетро» вышло на уровень добычи 13 млн.т нефти в год и 5 млн.м3/сут попутного нефтяного газа.
Одним из факторов, определяющих надежность нефтепроводов, является интенсивность их внутренней коррозии. Оценка опасности внутренней коррозии, своевременное начало и выбор способов защиты нефтепроводов в процессе эксплуатации месторождения представляют собой сложную задачу.
В настоящее время для защиты трубопроводов системы нефтегазос-борл от внутренней коррозии применяют главным образом ингибиторы коррозии и покрытия из коррозионпостойких материалов.
Технология применения ингибиторов коррозии имеет свои недостатки, поскольку нет однозначных ответов на вопросы: когда необходимо начинать ингибиторную защиту, в какие точки, сколько и какой ингибитор подавать в поток. Защитные покрытия из коррозионпостойких материалов, как показала практика, недолговечны, и возникают проблемы в месте сварного стыка.
Вместе с тем известно, что сами по себе нефть и нефтяной газ не вызывают коррозии. Коррозия внутренней поверхности нефтегазопроводов, в большинстве случаев, является следствием электрохимических процессов, протекающих при контакте пластовой воды с металлом.
Эффективным способом предупреждения внутренней коррозии нефтепроводов является технологический. Сущность этого способа состоит в поддержании таких режимов транспорта обводненной нефти, при которых исключается контакт пластовой воды со стенками трубопровода. Режим течения, при котором вся вода распределена в объеме нефти в виде капель, реализуется при определенных гидродинамических условиях и ограничен обводненностью, при которой возможно образование эмульсии типа "вода в нефти". Как правило, инверсия фаз эмульсии, т.е. переход от эмульсии типа "вода в нефти" к эмульсии типа "нефть в воде", происходит в интервале обводненности от 50 до 70%. Но даже при значительно большей обводненности возможно использование технологического способа защиты от коррозии при условии предварительного сброса воды.
Срок эксплуатации некоторых трубопроводов в системе нефтегазосбора месторождений СП «Вьетсовпетро» достиг 14 лет. Отсутствие порывов нефтепроводов по причине коррозии не является свидетельством того, что внутренней коррозии нет. Большая толщина стенок трубопроводов (16 мм), в сочетании с невысокой средней обводненностью продукции скважин (6%) и низкой агрессивностью пластовой воды, обеспечивают длительные периоды безаварийной эксплуатации нефтепроводов. Установлено, что в условиях контакта воды со стенками трубопровода средняя скорость коррозии достигает 1 мм в год, поэтому для систем нефтегазосбора месторождений СП «Вьетсовпетро» является актуальной задачей разработка эффективного и экономичного способа защиты от внутренней коррозии.
Целью данной диссертационной работы является определение гидродинамических условий, при которых исключается расслоение водонефтя-ных эмульсий с целью предотвращения внутренней коррозии нефтепроводов.
Основные задачи диссертации.
Основными задачами исследования в работе являются: 1. Определение основных факторов, влияющих на условия возникновения внутренней коррозии нефтепроводов.
-
Экспериментальное исследование реологических свойств водонефтяной эмульсии, сепарированной и газонасыщенной нефти в рабочем диапазоне температуры, обводненности и скорости сдвига.
-
Определение гидродинамических условий перехода от режима течения с эмульсионной структурой потока к расслоенной в зависимости от скорости потока, обводненности эмульсии, диаметра и профиля трубопровода.
-
Разработка технологического способа защиты нефтепроводов от внутренней коррозии.
На защиту выносятся: результаты лабораторных и промысловых исследований, теоретическое обоснование критической скорости перехода эмульсионного режима течения к расслоенному в зависимости от основных параметров потока и рекомендации по использованию технологического способа защиты трубопроводов от внутренней коррозии.
Методы решения поставленных задач.
-
Анализ фактических данных и текущего состояния системы нефтегазос-бора.
-
Лабораторные, стендовые и промысловые исследования и испытания.
-
Методы математического моделирования и статистики.
-
Теория локально-изотропной турбулентности.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации.
-
В результате реологических исследований установлено, что при низких скоростях сдвига нефти месторождения «Белый Тигр», в неньютоновской области (при t<37 С), проявляют нелинейные вязкоплаоические свойства. Получена зависимость вязкости водонефтяной эмульсии от содержания воды и температуры. Установлено, что инверсия фаз эмульсии происходит при обводненности 68 %.
-
Установлено, что критическая скорость перехода от эмульсионного режима течения к расслоенному обратно пропорциональна диаметру трубопровода. Экспериментально показано, что при определенных условиях в ламинарном расслоенном потоке возможны режимы течения, при
которых вода не смачивает стенку трубопровода, и это исключает возможность возникновения внутренней коррозии. 3. На основе теории локально-изотропной турбулентности получена полуэмпирическая зависимость критической скорости от основных параметров потока. Практическая ценность диссертации.
1. Разработан технологический способ защиты нефтепроводов от внутрен
ней коррозии, позволяющий:
выявлять участки нефтепроводов, подверженные коррозии, прогнозировать условия их эксплуатации при изменении обводненности и производительности;
с учетом основных параметров потока определять рациональную загрузку нефтепроводов, при которой обеспечивается антикоррозионный режим течения (в том числе и путем периодической откачки);
на стадии проектирования оптимизировать диаметр и режим эксплуатации нефтепровода, точки ввода поверхностно-активных веществ и параметры технологии предварительного сброса воды.
-
На основании материалов диссертации разработан руководящий документ «Эксплуатация подводных нефтепроводов, транспортирующих вы-сокопарафинистые нефти на месторождениях СП «Вьетсовпетро».
-
Внедрение на двух морских стационарных платформах (МСП) разработанных в диссертации рекомендаций позволило получить экономический эффект в размере 206 тыс. долларов США.
Апробация работы.
Вопросы, составляющие содержание диссертации, докладывались и обсуждались".
на международной конференции "РГРЕТЕСН ASIA" (Kuala Lumpur, Malaysia, 2+4 декабря 1996 г.);
на второй международной конференции «Безопасность трубопроводов» (г. Москва, 28+31 августа 1997 г.);
на конференции, посвященной 15-летию создания СП "Вьетсовпетро" (г.Вунг Тау, Вьетнам, июнь 1996 г.);
на международной конференции "The second International Symposium on Measuring Techniques for Multiphase Flows'" (Beijing, China, 30 августа -f 1 сентября 1998 г.);
на международном семинаре "Multiphase Flow Application into Oil-Gas Industry, Chemical and Environmental Technology" (Ha Noi Institute of Mechanics, Vietnam, 19+22 апреля 1999 г.);
на втором Европейском Симпозиуме ISOPE по морским технологиям (г. Москва, 7+9 июня 1999 г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, изложенных на 133 страницах, содержит 33 рисунка, 7 таблиц. Библиографический список использованной литературы содержит 164 наименования.