CC BY
126
----------------------------------------- © Е.А Крапивский, М.В. Козачок,
П.А. Пахотин, 2011
УДК 622.692.4:550.832
Е.А. Крапивский, М.В. Козачок, П.А. Пахотин
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИИ НА СОСТОЯНИЕ НЕФТЕПРОВОДА ПРИ ПОМОЩИ КОМПЛЕКСА ДИСТАНЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ДИАГНОСТИКИ
C помощью метода дистанционной электромагнитной диагностики были проведены исследования по влиянию ультразвуковой кавитации на целостность нефтепровода. Выявлено незначительное негативное воздействие, характеризующееся небольшим увеличением напряженного состояния нефтепровода. Приведено обоснование целесообразности использования метода физико-химического воздействия на аномальные нефти, в частности ультразвуковой обработки, а также применения комплекса дистанционной электромагнитной диагностики для обнаружения магнитных аномалий нефтепровода.
Ключевые слова: Дистанционная диагностика, электромагнитная диагностика, ультразвук, дефект, кавитация, магнитные аномалии, магнитное поле, высокопарафини-стые нефти, нефтепровод.
ЖЭ настоящее время во всем объеме
-Ш-9 добычи нефти значительно возросла ее высокопарафинистая доля. Особенность реологических свойств этих нефтей проявляется в непостоянстве их динамической вязкости, зависящей от прилагаемого напряжения сдвига и скорости движения жидкости.
На сегодняшний день улучшение реологических свойств нефти в ходе первичной обработки перед транспортировкой может быть достигнуто: термообработкой, вибровоздействием, газона-сыщением, добавлением присадок - де-прессаторов. Все эти методы по отношению друг к другу обладают определенными преимуществами и недостатками. Таким образом, в настоящее время нет какого-либо универсального физического или химического способа воздействия на изменения реологических свойств высокопарафинистых нефтей
[4].
Предполагается, что в качестве одного из таких универсальных методов воздействия на реологические характеристики аномальных нефтей может выступать акустический (ультразвуковой) метод [2-3].
На базе Санкт-Петербургского государственного горного университета и Ухтинского государственного технического университета, совместно с ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ» проводятся эксперименты по улучшению реологических свойств высоковязких и высокопарафинистых нефтей с помощью мощного ультразвукового излучения.
С помощью экспериментальной установки (рис. 1) возможно проводить обработку ультразвуком мощностью до 15 Вт/см2 Данный метод позволяет разрушать, хотя бы на некоторое время, длинные молекулы парафина. Однако в процессе обработки отчётливо наблюдаются кавитационные эффекты: обра-
Гз
Рис. 1. Схема экспериментальной ультразвуковой установки ООО «Ультразвуковая техника - ИНЛАБ»
зовывались мельчайшие пузырьки заполненные газом и паром, которые, после фазы разряжения, практически моментально схлопывались вследствие перехода в фазу сжатия. Кавитационная обработка ускоряет диффузию нефти в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения.
Ускорение растворения парафина идет за счет интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина. Нефть не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуа-зейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому система оказывает значительное сопротивление силам сдвига. Кавитация разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул. Связи эти сравнительно малы, поэтому необходи-
мо незначительное воздействие акустических волн. Таким образом, кавитация влияет на изменение структурной вязкости, т.е. на временный разрыв Ван-дер-ваальсовых связей.
Кавитация в свою очередь создает и негативное влияние на стенки трубопровода. Предполагается, что эффект кавитации ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы.
Нами были проведены исследования аномалий магнитного поля технологического нефтепровода без использования УЗ излучателя (2006-2011 гг.) и с его использованием (2006-2011 г.г.) при помощи комплекса дистанционно электромагнитной диагностики.
В течение ряда лет в Санкт-Петербургском государственном горном университете, Ухтинском государственном университете, НПО «ГЕОЛОГОРАЗВЕДКА», НПО «ЭНТ», ЗАО «ВНИИСТ-ПОИСК» и ЗАО «ИНТЕРШЕЛЬФ» разрабатывается и испытывается комплекс дистанционной электромагнитной диагностики.
Комплекс дистанционной электромагнитной диагностики трубопроводов содержит 4 трехкомпонентных датчика индукции постоянного и низкочастотного переменного магнитного поля, и три однокомпонентных датчика индукции переменного магнитного поля (индукционные антенны). Прибор позволяет выполнять измерения трех компонент индукции постоянного магнитного поля и разности одноименных компонент индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля в четырех пространственных точках, а также измерение компонент индукции переменного поля в трех пространственных точках. Измерение и накопление результатов измерений производится с помощью компьютера [1].
Рис. 2. Общий вид магнитометра КЭМДТ: 1, 2, 3 - преобразователи индукции переменного магнитного поля (индукционные антенны); 4, 5 - преобразователи индукции магнитного поля трехкомпонентные разностные) (феррозонды); 6 -несущий каркас измерительного блока, 7 - жгут кабелей, соединяющий измерительный блок и пульт прибора; 9 - компьютер, 10 - пульт прибора
В несущем каркасе установлены два трехкомпонентных разностных ферро-зондовых преобразователя длиной 800 мм (в вертикальном положении) и 600 мм (в горизонтальном положении. Планируется установка трехкомпонентного феррозонда в геометрическом центре прибора.
Программное обеспечение комплекса позволяет выполнять следующее:
• циклический ввод результатов измерения с одним из следующих периодов квантования 5 мс, 10 мс, 100 мс и 1000 мс для режима измерения индукции постоянных полей;
• вычисление модуля вектора индукции постоянного магнитного поля;
• осреднение результатов измерения по заданному пользователем числу точек (от 2 до 100) для режима измерения индукции постоянных полей;
• автоматическую компенсацию постоянного смещения нуля, для режима измерения
индукции электромагнитных полей.
Устройство позволяют вычислять следующие параметры электромагнитного поля:
• модуль вектора индукции;
• действующие значение ком-понент и модуля вектора индукции;
Рис. 3. Составляющие электромагнитного поля, измеренные комплексом дистанционной электромагнитной диагностики до использования УЗ излучателя (2006 г)
Рис. 4. Составляющие электромагнитного поля, измеренные комплексом дистанционной электромагнитной диагностики без использования УЗ излучателя (2011 г)
нТл
50
25
0
-25 -
115 120 125 130 135 140 145 м
Рис. 5 Составляющие электромагнитного поля, измеренные комплексом дистанционной электромагнитной диагностики с использованием УЗ излучателя (2011 г)
• размах значений компонент и модуля вектора индукции;
• автоматическое документирование результатов измерений в виде графика и таблицы.
На рис. 3, 4 и 5 приведены результаты измерения магнитного поля нефтепровода с использованием установки УЗ излучения и без него с помощью комплекса дистанционной электромагнитной диагностики.
Выводы
Из графиков можно заметить, что процесс кавитации не является столь разрушительным, как это предполагают многие исследователи. Процесс изменения структуры трубопровода имеет место, это можно заметить, сравнивая два последних графика, но серьезного разрушения внутренней поверхности трубопровода (уменьшение толщины стенки) не наблюдается, эти изменения лишь характеризуются небольшим увеличением напряженного состояния нефтепровода. Таким образом, применение УЗ
обработки нефти с образованием процесса кавитации, не оказывает негативное влияние на структуру трубопровода.
Своевременная и достоверная диагностика является одной из основных гарантий безопасной эксплуатации нефтепровода. Диагностика дефектов
1. Крапивский Е.И. Дистанционная магнитометрия трубопроводов. Учебное пособие. Е.И. Крапивский, В.О. Некучаев - Ухта, 2010. - 159 с.
2. Ширяева Р.Н., Кудашева Ф.Х., Ковалева Л.А., Гимаев Р.Н. Улучшение реологических свойств высоковязких нефтей// Химия и технология топлив и масел. 2005. N° 3. С. 36-38.
трубопроводов является ключевым направлением общей стратегии их целостности, поэтому развитие методов и технических средств обследований магистралей является одной из важнейших задач.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Кузнецов О. Л., Симкин Э. М., Чилин-гар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты. М.: Мир, 2001
4. Кузнецов О.Л., Ефимова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М., Недра, 1983. 192 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------
Крапивский Евгений Исаакович - доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры транспорта и хранения нефти и газа нефтегазового факультета, е-таП:: [email protected]
Пахотин Павел Александрович - аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа нефтегазового факультета, е-таП: [email protected]
Козачок Максим Васильевич - аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа нефтегазового факультета, е-mail: [email protected]
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Г.В. ПЛЕХАНОВА (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
НИКОЛАЕВА Анастасия Юрьевна Формирование механизма управления производственными ресурсами горизонтально-интегрированной компании ТЭК 08.00.05 к.э.н.
