CC BY
43
Журнал основан в 1992 г.
ISSN 0236-1493
ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННО-
АНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ
(НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ)
MINING INFORMATIONAL AND ANALYTICAL BULLETIN
(SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL)
НЕФТЬ И ГАЗ
ОТДЕЛЬНЫЙ ВЫПУСК 4
/\ ИЗДАТЕЛЬСТВО jt
«ГОРНАЯ КНИГА» ÄW
УДК 622.276+553.981 ББК 33 Н58
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124-94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953. Д014367.12.13
Нефть и газ: Отдельный выпуск Горного информационно-Н58 аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) Mining Informational and analytical bulletin (Scientific and technical journal). _ М.: Издательство «Горная книга». — 2014. — J№ ОВ4. - 304 с.
ISSN 0236-1493 (в пер.)
В сборник вошли материалы Третьей Международной конференции «Нефть и газ АТР 2014: ресурсы, транспорт, экология», проходившей на базе Дальневосточного федерального университета. Тематика статей представлена вопросами повышения надежности магистральных нефте-газотрубопроводов, образования газгидратов, утилизации попутного нефтяного газа, газификации Дальнего Востока, рекуперации углеводородных паров, энергоресурсосбережения, экологической безопасности. Сборник будет полезен научно-техническим работникам нефтегазового комплекса, а также студентам и аспирантам.
УДК 622.276+553.981 ББК 33
ISSN 0236-1493 © Коллектив авторов, 2014
© Издательство «Горная книга», 2014 © Дизайн книги.
Издательство «Горная книга», 2014
УДК 553.982
© А.Н. Гульков, В.Д. Лапшин,
С.Ф. Соломенник, С.Г. Гулькова, Ю.А. Васянович, А.В. Никитина, 2014
А.Н. Гульков, В.Д. Лапшин, С.Ф. Соломенник, С.Г. Гулькова, Ю.А. Васянович, А.В. Никитина
О ТРАНСПОРТИРОВКЕ НЕФТИ ИЗ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ
Трубопроводная транспортировка нефти из северных месторождений сопровождается зачастую разрушением вечномерзлых грунтов и, как следствие, разрушением самих нефтепроводов. В настоящее время с цепью исключения вероятности разрушения вечномерзпых грунтов тепловым потоком, поступающим к ним от нефтепровода, применяются дорогостоящие и сложные технические устройства. Предлагается технология, позволяющая исключить применение данных устройств посредством транспортировки по трубопроводам холодной нефти в состоянии углеводородной гидратсодержащей дисперсной системы.
Ключевые слова: освоение северных нефтяных месторождений, вечно-мерзлые грунты, устойчивость нефтепроводов, низкотемпературная промысловая подготовка нефти к трубопроводному транспорту, углеводородные гидратсодержащие дисперсные системы.
Более 80 % крупных месторождений нефти России находится в зоне вечной мерзлоты [1], что создает существенные трудности для ее трубопроводного транспорта из районов промысла на нефтеперерабатывающие заводы [2, 3, 4, 5]. Например, для предотвращения повышения вязкости нефти, транспортируемой из месторождений Ямало-Ненецкого автономного округа по нефтепроводу Заполярье - Пурпе, длиной 310 км смонтировано 8 пунктов подогрева нефти. При этом стоимость конструкций опор, позволяющих защитить веч-номерзлые грунты (ВМГ) на глубину до 18 м, обошлись компании «Транснефть» в 0,4-0,5 млн руб/т, при стоимости опор традиционной конструкции 0,1 млн руб/т [6].
Для снижения себестоимости нефтепроводов, прокладываемых в зоне ВМГ и исключения сжигания попутного нефтяного газа на промыслах при подготовке нефти к транспорту, предложена альтернативная технология, позволяющая транспортировать нефть в охлажденном состоянии [7. 8]. Однако, для практической реализации данной явно прогрессивной технологии, позволяющей значительно снизить, как капитальные,
так и эксплуатационные затраты при трубопроводной транспортировке нефти, необходимо обеспечить ее должные транспортные свойства. Следует отметить, что охлаждение нефти при промысловой подготовке приводит к ее структурной конверсии в углеводородную гидратсодержащую дисперсную систему, что существенно затрудняет гидравлические расчеты нефтепроводов. Зачастую применяющиеся ныне расчетные методики для расчета трубопроводных систем, при транспортировке по ним дисперсных сред, не соответствуют реальным гидравлическим моделям, что приводит к их отказу. Отказы, периодически возникающие в трубопроводных системах энергетических объектов США при транспортировке дисперсных сред, побудили департамент энергетики (DOE) провести корректировку расчетных методик, содержащихся в нормативных документах [9]. Научной основой послужила, в том числе, методика хорошо зарекомендовавшая себя в холодильной отрасли [13]. Представленная методика позволяет проводить гидравлические расчеты по определению падения давления в трубопроводах [14, 15, 16], определять оптимальную скорость движения дисперсных систем и диаметры трубопроводов, при этом, она не отличается от многих других, основой которых служит уравнение Дарси-Вейсбаха и для ее применения следует лишь корректно определить область применения (рис. 1).
1 0 100 1000 10000 100000 юооооо Не Рис. 1. Номограмма определения ReKP по значению числа Не [13]
0,012"
о 0,01
*
СЗ
К 0,0080,0060,004
/а 1
/) </
/У/ (
>
ю 20 30 40%, да
Размеры частиц дисперсной фазы 100 мкм - ф 50 мкм - ■ 20 мкм - А
Рис. 2. Номограмма определения динамической вязкости дисперсной системы, в зависимости от размера частиц и их концентрации [13]
На рис. 2 приведена номограмма, которая позволяет определить динамическую вязкость дисперсной системы на основе пропиленгликоля, имеющей вязкость в пределах 0,2—1,0 Па*с, с различным содержанием дисперсной фазы и размерами ее частиц [13].
Посредством числа Хендстрома (1), величина которого определяется из реологических свойств транспортной жидкости (в данном случае нефти), определяется критическое значение числа Рейнольдса, выше которого дисперсная система перемещается по трубопроводам в турбулентном режиме. Турбулентный режим транспортировки позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление, по сравнению с использованием ламинарного режима [13].
рО т0
Не =
(1)
где р - плотность пластовой нефти, кг/м3; О - внутренний диаметр трубопровода, м; то - напряжение сдвигу, Па; ц - динамическая вязкость суспензии, Па-с.
Напряжение сдвигу определяется по формуле
то = 0,00059 * С3 - 0,00701* С2 + 0,02498 ,
где С - концентрация частиц дисперсной фазы в суспензии.
Напряжение сдвигу, в пределах значений применяемых концентрации дисперсной фазы в углеводородных гидратсо-держащих дисперсных системах (20-45 %), находится в диапазоне 0,024-0,025.
то(с=о,2) = 0,00059 • 0,23 - 0,00701 • 0,22 + 0,02498 = 0,025 Па, т0(с=0,35) = 0,00059 • 0,353 - 0,00701 • 0,352 + 0,02498 = = 0,024 Па,
т0(с=0,4б) = 0,00059 • 0,453 - 0,00701 • 0,452 + 0,02498 = =0,024 Па.
Число Рейнольдса определяется по формуле 2
Ее -£5®, (2)
Ц
где р - плотность нефти, кг/м3; Э - внутренний диаметр трубопровода, м; V - скорость дисперсной системы, м/с; ц - динамическая вязкость дисперсной системы, Па • с.
Коэффициент трения при турбулентном движении дисперсных систем определяется по формуле 3 [13]
10'
Ие
где - Ие - число Рейнольдса; а=-1,378[1+0,14ехр(-2,9 • 10-5Не)] — полуэмпирический коэффициент, который углеводородных гидратсодержащих дисперсных систем меняется в пределах -1,38... — 1,39.
а=-1,378[1+0,14ехр(-2,9 • 10-5 • 450 000)] =-1,38,
а=-1,378[1+0,14ехр(-2,9 • 10-5 • 100 000)] =-1,39.
Падение давления определяется уравнением Дарси-Вейсбаха 4
ПГрИ 1 (4)
V - т, 0,193 , (3)
Ар - [ ~ъ
где АР - падение давления в трубопроводе, Па; - коэффициент трения; Ь - длина трубопровода, м; Э - внутренний диаметр трубопровода, м; р - плотность нефти, кг/м3; V - скорость движения дисперсной системы, м/с.
Предложенная методика позволяет рассчитывать трубопроводные системы, предназначенные для транспортировки холодной нефти в виде углеводородной гидратсодержащей дисперсной системы из месторождений, расположенных в зоне вечной мерзлоты без применения дорогостоящих конструкций.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Полищук Ю.М., Ященко И. Г. Сравнительный анализ химического состава нефтей России на территории вечной мерзлоты и вне ее // Крио-сфера Земли. 2007. Т. 11. № 1. С. 45-51;
2. Ибрагимов Э.Б., Гамзаев Р.Г., Андреев М.А., Дорофеева И.А.. Разработка и опыт устройства термостабилизаторов грунтов с помощью наклонно-направленного бурения. строительство на вечномерзлых грунтах. ОФМГ, №2-2013;
3. Маслов Л.П., Пестов С.М., Хабарова Е.И., Сухоруков К.М., Минкин М.А. Эколого-технологические риски применения жидкого аммиака в районах Крайнего Севера. «Вестник МИТХТ», 2008, т. 3, № 6;
4. Днепровская Б.П., Брыксина Н.А., Полищук Ю.М. Изучение изменений термокарста в зоне прерывистого распространения вечной мерзлоты Западной Сибири на основе космических снимков. Исследование земли из космоса, 2009, № 4, с. 1-9;
5. http://www.youtube.com/watch?v=CYRLsHagrxA
6. Калмацкий М. Не экономить на безопасности. Трубопроводный транспорт нефти. №6. 2013;
7. Лапшин Б.Д., Гульков А.Н. Сохранение попутного нефтяного газа за счет рациональной технологии промысловой переработки пластовой нефти.// Проблемы освоения георесурсов Дальнего Востока. Выпуск 3/ Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)-2013. С. 40-49.;
8. Гульков А.Н., Лапшин Б.Д., Лебедев А.Н., Никитина А.Б., Басяно-вич Ю.А. Низкотемпературный трубопроводный транспорт попутного газа совместно с нефтью.// Нефть и газ. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)- 2013. С. 34-45.;
9. Poloski A. P. и др. Deposition Velocities of Newtonian and Non-Newtonian Slurries in Pipelines. DOE, USA. 2009.;
10. Дубинин М. М. и др. Адсорбция и пористость, под ред. М. М. Дубинина, М., 1976. 347 с.;
11. Сваровская Н.А. Подготовка, транспорт и хранение скважинной продукции. Издательство ТПУ. Томск. 2004;
12. Pronk Р. Fluidized Bed Heat Exchangers to Prevent Fouling in Ice Slurry Systems and Industrial Crystallizers. Delft University of technology. 2006;
13. Kitanovski A., Vuarnoza D., Ata-Caesar D., Egolf P.W. The fluid dynamics of ice slurry. Danish Technological Institute (DTI), Denmark. 2004;
14. Гульков А.Н., Б.Д.Лапшин. Патент RU 2496048. Способ доставки природного газа потребителю;
15. Гульков А.Н., Лапшин В.Д. Патент Яи 2498153. Устройство для подготовки природного газа для транспортирования;
16. Лапшин В.Д. Патент Яи 2475684. Способ получения льдосодержа-щей пульпы, и'.'-'з
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Гульков Александр Нефедович — доктор технических наук, профессор, alexdvgtu@mail.ru,
Лапшин Виктор Дорофеевич — доцент, cryolab@mail.ru, Соломенник Сергей Федорович — кандидат технических наук, доцент, Дальневосточный федеральный университет, Инженерная школа.
TRANSPORT OIL FROM FIELDS LOCATED IN THE PERMAFROST
GulkovA.N., Doctor of Technical Sciences, Professor, alexdvgtu@mail.ru, Lapshin V.D., Associate Professor, cryolab@mail.ru, Solomennik S.F., Candidate of Technical Sciences, associate Professor, Far Eastern Federal University, school of Engineering.
Pipeline transportation of crude oil from the northern fields are often accompanied by the destruction of permafrost and, as a consequence, the destruction of the oil pipelines. Currently, in order to avoid the failure probability of permafrost heat flow to them from the oil, used expensive and complex technical device. Technology is proposed, which allows to exclude the application of these devices by transporting oil through pipelines in cold condition hydrocarbon hydrate disperse system.
Key words: development of the northern oil fields, permafrost, oil resistance, low-temperature field oil for pipelines, hydrocarbon hydrate disperse systems.
REFERENCES
1. Polishhuk Ju.M., Jashhenko I.G. Sravnitel'nyj analiz himicheskogo sostava neftej Rossii na territorii vechnoj merzloty i vne ee (Comparative analysis of the chemical composition of Russian oils on permafrost territory and outside of it). Krio-sfera Zemli. 2007. Vol. 11, No. 1, pp. 45-51;
2. Ibragimov Je.V., Gamzaev R.G., Andreev M.A., Dorofeeva I.A.. Razrabotka i opyt ustrojstva termostabilizatorov gruntov s pomoshh'ju naklon-no-napravlennogo burenija. stroitel'stvo na vechnomerzlyh gruntah (Development and experience of the device of thermal stabilizers of soils by using the directional drilling. construction on permafrost). OFMG, No 2, 2013.
3. Maslov L.P., Pestov S.M., Habarova E.I., Suhorukov K.M., Minkin M.A. Jeko-logo-tehnologicheskie riski primenenija zhidkogo ammiaka v raj-onah Krajnego Severa (Ecological and technological risks of application of liquid ammonia in the Far North). «Vestnik MITHT», 2008, t. 3, No 6.
4. Dneprovskaja V.P., Bryksina N.A., Polishhuk Ju.M. Izuchenie izme-nenij termo-karsta v zone preryvistogo rasprostranenija vechnoj merzloty Zapadnoj Sibiri na osnove kosmicheskih snimkov. Issledovanie zemli iz kosmosa, 2009, No 4, pp. 1-9.
5. http://www.youtube.com/watch?v=CYRLsHagrxA
6. Kalmackij M. Ne jekonomit' na bezopasnosti. Truboprovodnyj transport nefti (Not to compromise on safety. Pipeline transport of oil). No 6. 2013.
7. Lapshin V.D., Gul'kov A.N. Sohranenie poputnogo neftjanogo gaza za schet racional'noj tehnologii promyslovoj pererabotki plastovoj nefti (The preservation of the associated petroleum gas at the expense of rational technology of commercial processing of produced oil)// Problemy osvoenija georesursov Dal'nego Vostoka. Vypusk 3/ Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal), 2013, pp. 40-49.
8. Gul'kov A.N., Lapshin V.D., Lebedev A.N., Nikitina A.V., Vasjano-vich Ju.A. Nizkotemperaturnyj truboprovodnyj transport poputnogo gaza sovmestno s neft'ju (Low-temperature pipeline transport associated gas together with oil) // Neft' i gaz. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal). 2013, pp.
9. Poloski A.P. i dr. Deposition Velocities of Newtonian and Non-Newtonian Slurries in Pipelines. DOE, USA. 2009.
10. Dubinin M.M. i dr. Adsorbcija i poristost' (Adsorption and porosity/), pod red. M. M. Dubinina, Moscow, 1976, 347 p.
11. Svarovskaja N.A. Podgotovka, transport i hranenie skvazhinnoj produkcii (Preparation, transport and storage of well production). Izdatel'stvo TPU, Tomsk, 2004.
12. Pronk R. Fluidized Bed Heat Exchangers to Prevent Fouling in Ice Slurry Systems and Industrial Crystallizers. Delft University of technology. 200.
13. Kitanovski A., Vuarnoza D., Ata-Caesar D., Egolf P.W. The fluid dynam-ics of ice slurry. Danish Technological Institute (DTI), Denmark. 2004.
14. Gul'kov A.N., V.D.Lapshin. Patent RU 2496048. Sposob dostavki prirod-nogo gaza potrebitelju.
15. Gul'kov A.N., Lapshin V.D. Patent RU 2498153. Ustrojstvo dlja podgotovki prirodnogo gaza dlja transportirovanija.
16. Lapshin V.D. Patent RU 2475684. Sposob poluchenija l'dosoderzha-shhej pul'py.
34-45.
