CC BY
33
уда вп ш 7
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ТРУБ С КОНТРОЛЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ
В. А. Псннср
Охгкпн япсударстяаюкпг техннчаспт уннвврптмт. ?. Омск, Рпсгт
Лнноиюцня - В статье приведены результаты изучения актуальной темы го очистки насосно-компрессорных груб (НКТ), сформулирована цель н задача работы, рассмотрены причины отказов НКТ в процессе ¿ксшпльшиа по ыиа.м о!к<иов. Расокпрен шминккий способ очинки НКТ, как наименее затратный, когда в межтрубное пространство подается раствор кислоты, который смешивается с нефтью н ликвидирует отложения парафина и смол на внутренней поверхности труб. Кроме химического метода очистки труб, рассмотрен также н механический. Рассмотрены и недостатки данного способа удаления отложений на внутренней поверхности НКТ, которыми являются низкая производительность очистки и сложность конструкции.
Впервые прсдставлсн эффективный способ очистки илсоспо компрессорных труб от парафина п смол при помогли термодинамической установки на базе авиационного двигателя и приведен график распределения температуры в струе газов на выходе из двигателя.
Ключевые слова: насосно-компрессорная труба, нефть и парафин
Г Вирд^НИР
В настоящее Бремя в нефтедобывающем сектсре экономики большое значение приобретает необходимость повторного использования в производстве добычи углеводородного сырья насосно-компрессорных труб (НКТ). чте в итоге, снижает себестоимость затрат на добываемую нефть. НКТ применяются при дооыче углевэдород-ного сырья в газевых, нефтлных. водозаборных н нагнетательных скважннах. а также в ремонтных целях При спуске т* скиакину НКТ гоедииттот-я между собой при помощи муфт *-ПС~ гладкие и муфты к ним диаметром 73 н 89 мм поставляются с треугольной резьбой (10 нитое на дюйм), см. табл. 1.
ТАБЛИЦА 1
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ И МАССА ТРУБ ПО ГОСТ 633-80
Группа прочности ДК.Е Условный наружный диаметр, мм 60 Наружный диаметр, мм 60.3 Толшнна стенки, мм 5,0 Длина, м Исполнение А:
ДК.Е 73 73.0 5,5 9,5 -10,5
Д-к 7,0 Исполнение Б:
ДК.Е 89 88.9 6.5 1 группа — 7,5 - 8.5
ДК.Е 114 114,3 7,0 2 группа — 8.5 - 10
ТТ погтанобк-д задачи
В процессе эксплуатации НКТ при добыче нефти на внутренних и наружных поверхностях труб образуются отложения в виде парафина и смол. Вследствие этого происходит уменьшение проходного сечении труб, что
приводит к снижению подачи нефти и НКТ необходимо этправить для очистки от загрязнений Глэеной задачей данной публикации будет являться рассмотрение способа очистки НКТ от отложений в виде парафина и смол при поуощи термодинамической установки с контролем температуры. 'Это будет являться подготовкой НКТ к иившрному исисиыованию в ироизводовс добычи у1 лсводородно! о сырья и приведет к сняженккд в итоге себестоимости добываемой нефти.
Ш. Теория
В этом разделе приведены результаты теоретического изучения проблемы, рассмотрены причины отказов НКТ в процессе эксплуатации по видам, з также методы очистки НКТ от трафкна и смол.
В большинстве случаев «основными» - более 50%, являются отказы НКТ. связанные с резьбовым сопряжением (потеря герметичности разрушение, и т.д.). следующими идут отказы трубпо телу, их вес в этом распределении составляет 12%. затем следуют отложения парафина н смол на внутренней н наружной поверхностях НКТ.
Большинство вышеперечисленных причин отказов НКТ устранимы при их ремонте, а именно очистка НКТ, ремонт резьбы у трубы, патрубка и контроль резьбевого соединения. Поэтому для проведения восстановления пропускной способности НКТ требуется их очистка.
В настоящее время на месторождения:; применяют различные спосооы удаления парафина и смол.
Различают химический способ очистки НКТ как наименее затратный, когда в межтрубное пространстве подается раствор кислоты, который смешизается с нефтью и ликвидирует отложения парафина к смол на внутренней поверхности НКТ. Химическая очистка своим воздействием нейтрализует сероводород, который имеет коррозионное действие еа трубу. Такая процедура не влияет на добычу углеводородного сырья и сосгав ее после реагирования с кислотой меняется незначительно. Кислотная и другие виды обработки НКТ. конечно, применяются для их очистки на скважине, но ограниченно. Б целом в нефтегазодобывающей отрасли порядка 120 ты:, сгашгаш. и пе везде чистят трубы. Практика показывает, что никакие методы очистки непосредственно па скважине не избавляют от постепенного загрязнения НКТ отложениями [1].
Кроме химического метода очистки труб, используется также и механический (скребками, спускаемыми на проволоке в трубу). Часто используют способ очистки подвески НКТ при добыче нефти с помощью электро-центрооежного насэса ('ЗЦН)н установки для выполнения указанного способа. Установка для проведения данного способа очистки вктючает в себя подвеску НКТ и эксплуатационную колонну, образующие между собой межтрубное пространство, спускаемый электроцентробежный насос, закрепленный на колонне НКТ хомутами, стгнцию управления, скребок как режущий инструмент, устьевой е забойный амортизаторы, якорь, установленный на колонне НКТ [2].
Недостатком данного способа удаления отложений на внутренней поверхности НКТ явтяется низкая производительность очистки, так как очистка НКТ производится только при движении скребка вверх.Кроме того, данное техническое рсшсннснс эффективно при использовании на высокопронзводвтсльных скважинах с непрерывным режимом работы электроцентробежного насоса (ЭЦН) ввиду малой скорости движения скребка вниз по НКТ на вверх поднимающемся потоке жидкости.
Известно также устройстве для очистки насосно-компрессорных груб от парафина, при помощи раздвижного устройства (скребка) и связанного с ним груза, оси которых (скребка и груза) расположены эксцентрично Друг другу.
Это устройство имеет существенный недостаток
- при подъёме устройства вверх в момент прохождения скребком стыка трус, где возможно смешение торпа одной трубы относительно торца другой, вероятен зацеп подвижного ити неподвижного ножа раздвижного скребка за торцевую часть трубы н. как следствие, поломка скребка под нагрузкой. В конечном итоге будет необходимо проведение ремонтных дорогостоящих работ. Технической задачей в таком случае будет необходимо повышение надежности устройства путем предотвращения заклинивании скребка в местах стыка труб НКТ Такие методы очистки, как дегарафинизадня с помощью болнового воздействия (ультразвук), электромагнитный и магнитный (воздействие на флюид магнитным полем), тепловой (прогрев НК1 горячей жидкостью или паром в моечной машине), термохимическая депарафинизадня применяются не повсеместно в связи со значительной дороговизной В нефтегазодобыче еа ремонтных базах эксплуатируют до 50 комплексов по очистке и ремонту НКТот самых простых до весьма совершенных, а значит, они еостребованы. При сильном загрязнении ити повреждении НКТ коррозией (если нефтегазодобывающая компания не имеет необходимого оборудования для их очистки и дальнейшего ремонта) трубы отттряилтютгя лля пчигпси и ремонта на трубную базу, которая обеспечена соответствующим оборудованием для проведения вышеуказанных работ.
IV. Результаты экспериментов
При разнообразии способов очистки НКТ от парафиновых отложений одним из наиболее эффективных способов является очистка потоком горячего газа. В качестве газогенераторов используем отработавший свои ресурс авиационный газотурбинный двигатель [3].
Температура плавления парафина н смол составляет примерно б5-70°С.Температура выхлопных газов на срезе сопла авиадвигателя может достигать 450е С н выше. Поэтому, с одной стороны, необходимо создать такую температуру, чтобы произвести полную очистку труб за кратчайшее время, а с другой - перегрез труб может привести к изменению микроструктуры стали и, следовательно, к ухудшению их эксплуатационных свойств и разрушению Поэтому необходим контроль температуры непосредственно перед очищаемыми трубами.
Для очистки труб вышеприведённым способом предлагается термодинамическая установка рис.1, на базе авиационного газотурбинного двигателя М-701.
Рис. 1. Термодинамическая установка: 1 - цилиндрическая камера; 2 -контейнер для сбора парафина н смол; 3 - места установки датчиков температуры; 4 - место установки авиадвигателя
Авиадвигатель М-7Э1 имеет следующие основные характеристики:
- тяга на максимальном режиме -800 кгс;
- температура выходящего газа на максимальном режиме - 635° С;
- диаметр выходногэ сопла - 330 мм.
Неочищенные ПК Г загружаются в цилиндрическую камеру (1) диаметром /20 мм. Камера (1) располагается на некотором расстоянии от сопла авиадвигателя, и центр потока выходящего из сопла газа совпадает с осью камеры. Расплавленный выхлопными газами парафин стекает по трубам в специальный контейнер.
Для того, чтобы найти оптимальное расстояние между выходным соплом авиационного двигателя и торцами неочищенных груб, выбрать датчики температуры и определиться с их расположением в установке, необходимо знать распределение температуры в струе выхлопных газов двигателя М-701. Поэтому были использованы экспериментальные исследования выхлопной струн двигателя BMW-003 [1], основные характеристики которого почти полностью соьпадают с характеристиками М-701:
- тяга на максимальном режиме - 800 кгс;
- температура выходящего газа на максимальном режиме - 550° С;
- диаметр выходногэ сопла 500 мм.
Из этого можно сделать вывод, что параметры струи этих двигателей печти идентичны. Распределение температуры струн в зависимости от расстояния от сопла двигателя и от центра потока показано на рис. 2
Температура струи имеет наибольшее значение в центре потока и постепенно уменьшается к периферии. Исходя из предсташтеиных диаграмм распределения температуры и критических температур нагрева материата НКТ (нагрев стали 35 не должеЕ превышать 370°С), найдено оптимальное расстояние между выходным соплом и трубами, равное 1200 мм. Для контроля температуры на входе в очищаемую трубу были выбраны термоэлектрические преобразовагелн (термопары типа ХК), поскольку оптические методы в данных условиях (мелкая взвесь в выхлопной струе и в зоне очистки) неприемлемы. Первая измерительная течка находится в центре по-
тока газа и служит для контроля максимальной температуры на входе. Вторая и третья течки находятся на расстоянии половины радиуса камеры (1) и соответствуют средней температуре потока. На ьыходе также установлены 7 термопары для получения ннформации о там, что и конце достигается достаточная температуря для плавления парафина.
Рис. 2. Распределение температур в струе газа на выходе из двигателя
Для подключения термопар к измерительному устройству применены компенсационные провода. Исходя из условий, что места подключения компенсационных проводов к термопарам имеют достаточно высокую температуру (предположительно, около 2(Х»°С), выбраны термостойкие компенсационные провода во фторопласто-еой и стеклянной изоляции типа СФКЭ-ХК ТУ 16-505.944-76 с рабочей температурой до 250°С.
Компенсационные провода после ьыхода от датчиков температуры проьодят в кабину управления и наблюдения, где подключают к измерителю-регистратору температуры типа Ш939.9А (29.013/1). Ш939.9А (29.013/1) производит измерение и индикацию температуры по каждой термопаре, а также последующее хранение и передачу результатэв на компьютер.
V. Обсуждение результатов
Таким образом, введение информационно-измерительной системы контроля температуры приводит к снижению брака в бедствие эффективной н качественной очистки, и позволяет находить оптимальное время для полной очистки труб от парафиновых образований (4). В системе сохраняются результаты измерений температуры для последующего обращения к ним. передачи н обработки данных на компьютере.
vi. выводы и заключение
1. Целесообразность организации очистки 1ПСТ обусловлена необходимостью повторного нх использования при добыче углеводородного сырья.
2. Введение информационно-измерительной системы контроля температуры приводит к снижению брака вследствие качественной очистки НКТ.
3. Разработанарабочая конструкторская документация на термодинамическую установку очистки тру5 с контролем температуры
Список ЛИТЕРАТУРЫ
1. СеттпЗ. АпОтстеиоАС ошк IапКея5Ь(*А11 оу£№е1 Бексйооаш! Ке^исгепиешз^ЮйапёОа.^пёшгп' // А&ГРОтзюне Еьр1огагюпее РгосЬшопе. 1998.Р. 9.
2. Шт. неполезную модель № 58222. Устройство для очнсткн нефтепромысловых труб (НКТ) от парафн-носмолообрадпшнин В.. А. Пеннер. А. П. Моргунов. № 2010124525/03;заявл. 15.0б.10;опубп. 10.10.10, Бюл. № 27 с.
3. Волков Г. И. Силовые установки самолётов. Изд. 2-е, перераб. н доп.Л: ЛКВВИА. 1947. 351 с.
4. Пеннер В. А..Моргунов А. И Технологический комплекс по контролю, ремонту и восстановлению насосно-компрессорнык труб н штанг к насосам, применяемых при добыче углеводородного сырья- Омский научный вестник.2010.^ 3 [93). С. 115-117.
