Способ количественной диагностики отложений в трубопроводе
Владельцы патента RU 2728011:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к области транспортировки парафинистой нефти по трубопроводной системе нефтедобывающего предприятия. Способ количественной диагностики отложений в трубопроводе заключается в организации перемещения в трубопроводе разделителя жидкостей и фиксации давления в начале и в конце трубопровода по размещенным в этих точках датчикам давления. В качестве разделителя жидкостей используют высоковязкую жидкость такого объема, который обеспечивает фиксацию датчиками давления прохождения указанной жидкости по повышению давления на необходимую величину. Время прохождения высоковязкой жидкости по трубопроводу оценивают по точкам графика изменения давления в зоне датчиков по времени наблюдения, в которых начинается повышение давления из-за появления высоковязкой жидкости в зоне датчиков давления. Необходимый объем высоковязкой жидкости в трубопроводе вычисляют по определенному математическому выражению, зависящему от внутреннего диаметра чистого трубопровода, повышения давления на датчиках давления после прохождения их зоны высоковязкой жидкостью, скорости продвижения высоковязкой жидкости по трубопроводу, средней плотности жидкости в трубопроводе, коэффициентов гидравлического сопротивления при движении трубопроводной и высоковязкой жидкостей. Технический результат заключается в применении доступных в скважинных условиях материалов, в ускорении диагностики внутреннего состояния промысловых трубопроводов и более эффективном применении растворителей отложений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области обслуживания и эксплуатации внутрипромысловых трубопроводов нефтегазодобывающих компаний.
Эксплуатация месторождений нефти со значительным содержанием асфальтенов, смол и парафинов осложнена тем, что со временем некоторые участки трубопроводов заполняется отложениями, состоящими, как правило, из тяжелых компонентов нефти с определенной долей механических примесей, неорганических солей и воды. Отложения сужают проходное сечение нефтепроводов и, в конечном счете, снижают их производительность по продвижению жидкости. Эффективным средством удаления отложений является прогонка скребка в полости трубопровода, но лишь часть внутрипромысловых нефтегазопроводов ими оборудована.
Для продления безаварийной и эффективной эксплуатации участков без скребкования необходимо периодически их диагностировать на содержание отложений. По результатам таких исследований трубопроводы со значительным объемом АСПО промывают растворителем по приемлемой технологии.
Известен способ определения объема отложений в газопроводах, основанный на присоединении к проблемному участку байпасной линии со счетчиком газа и снятия показаний с дифманометра (источник: стр. 405-406 тезисы доклада Султанов Р.Г, Мухаметшин С.М. в сборнике тезисов конференции Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. - Уфа: ГУП «ИПТЭР», 2012. - 496 с. Реализация способа предназначена только для газопроводов и не дает информацию по распределению отложений в трубопроводе.
В наземных трубопроводах систем сбора, подготовки и транспортировки нефти, газа и воды объем отложений определяется как разница между внутренним объемом чистого трубопровода и трубопровода с отложениями. Последний параметр находится путем заполнения полости трубопровода фиксированным объемом жидкости повышенной плотности с использованием разделителя жидкостей для трубопровода по патенту РФ №2324552 (опубл. 20.05.08, бюл. №14). Способ не предоставляет информацию по распределению отложений по длине проблемного участка трубопровода.
Прототипом заявляемого изобретения выбран способ оценки объема отложений в трубопроводе по патенту РФ на изобретение №2601348 (опубл. 10.11.2016), по которому в осложненный участок трубопровода запускают разделитель жидкости и по времени его прохождения по этому участку судят о наличии и объеме отложений. По изобретению в качестве разделителя жидкостей рассмотрены: механическое устройство в виде шариков различной плотности и магнитно-гелевый состав. Они выполняют необходимую функцию - проходят зону трубопровода с отложениями без повреждения отложений, полностью перекрывая проходное сечение трубопровода ввиду своего внутреннего строения и состава.
Эти устройства имеют лишь один недостаток - их необходимо приобретать в специализированных организациях, их невозможно изготовить в промысловых условиях с помощью имеющегося оборудования и материалов.
Технической задачей заявляемого изобретения является разработка способа определения объема отложений в проблемном участке трубопровода, основанного на применении доступных в скважинных условиях материалах, использовании необходимого режима закачки разделителя жидкости нового состава, а также способности интерпретировать полученные в ходе применения технологии результаты.
Техническая задача по изобретению реализуется тем, что в способе количественной диагностики отложений в трубопроводе, который заключается в организации перемещения в трубопроводе разделителя жидкостей и фиксации давления в начале и в конце трубопровода по размещенным в этих точках датчикам давления, согласно изобретению в качестве разделителя жидкостей используют высоковязкую жидкость такого объема, который обеспечивает фиксацию датчиками давления прохождения указанной жидкости по повышению давления на необходимую величину, время прохождения высоковязкой жидкости по трубопроводу оценивают по точкам графика изменения давления в зоне датчиков по времени наблюдения, в которых начинается повышение давления из-за появления высоковязкой жидкости в зоне датчиков давления, необходимый объем высоковязкой жидкости в трубопроводе определяют по формуле:
где:
D - внутренний диаметр чистого трубопровода, м;
ΔPmp - повышение давления на датчиках давления (манометрах) после прохождения их зоны высоковязкой жидкостью, атм;
- скорость продвижения высоковязкой жидкости по трубопроводу, м/с;
ρ - средняя плотность жидкости в трубопроводе, кг/м3;
λ и λ2 - коэффициенты гидравлического сопротивления соответственно при движении трубопроводной и высоковязкой жидкости.
Допустимо формирование разделителя жидкости непосредственно в трубопроводных условиях перед манометром в начале трубопровода путем добавления в трубопроводную жидкость эмульгирующего состава, способного значительно повысить вязкость транспортируемой по трубопроводу жидкости.
Закачку и продвижение закачанного или сформированного в трубопроводе высоковязкого состава необходимо вести в турбулентном режиме с тем, чтобы разделитель жидкости постоянно перекрывал сечение трубопровода.
На фигуре приведена динамика давления в зоне двух датчиков.
В отличие от известных разделителей жидкости по заявленному изобретению рассматривается определенный участок высоковязкой жидкости в трубопроводе, который при своем движении по участку чистого трубопровода создает такие потери давления на трения Ртр.2, которые больше аналогичных потерь давления на трения для обычной трубопроводной жидкости, например нефти, воды или нестойкой эмульсии Ртр.1 на величину, необходимую для уверенной фиксации датчиком давления. Сегодня пьезодатчики имеют чувствительность до 0,001 атм или 1⋅10-4 МПа. Примем для дальнейших расчетов величину перепада искомого давления в 10 раз более возможности измерительного прибора, то есть примем, что:
Сравним транспортируемую по трубопроводу жидкость вязкостью 10 мПа⋅с с высоковязкой жидкостью вязкостью 100 мПа⋅с для выполнения нескольких технических условий изобретения:
1. ΔР = Ртр.2 - Ртр.1 = 0,01 атм.
2. Режим течения - турбулентный, в том числе для высоковязкой жидкости.
Необходимо найти объем высоковязкой жидкости для трубопровода с внутренним диаметром 200 мм (внешний диаметр 219 мм), закачка которой в трубопровод позволит провести количественную диагностику отложений по известной методике.
Потери давления на трение, создаваемые двумя видами жидкостей, определим по формуле Дарси-Вейсбаха и для удобства представим результаты предварительных расчетов в табличном виде:
Анализ формулы Дарси-Вейсбаха: 
где:
L - длина участка трубопровода с высоковязкой жидкостью, м;
- скорость движения высоковязкой жидкости в трубопроводе, м/с;
ρ - плотность высоковязкой эмульсии, кг/м3;
D - внутренний диаметр трубопровода, м;
λ - коэффициент гидравлического сопротивления, безразмерная величина,
показывает, что для двух рассматриваемых ситуаций, приведенных в таблице, отличие имеется только по параметру λ, поэтому разницу в давлениях ΔР = Ртр.2 - Ртр.1 выразим следующим образом:
Откуда находим величины искомых параметров - длину и объем высоковязкой жидкости в трубопроводе, благодаря которой диагностируются отложения в трубопроводе:
Расчеты показывают, что для поднятия давления в зоне датчиков давления в начале и в конце исследуемого трубопровода необходимо закачать или сформировать внутри трубопровода примерно 194 литра высоковязкой жидкости (вязкостью 100 МПа⋅с). Это чуть меньше объема одной стандартной бочки или чуть больше одного барреля.
Время прохождения такой порции высоковязкой жидкости по осложненному участку трубопровода определяется так же, как и в прототипе по патенту РФ на изобретение №2601348. Далее по известной формуле, приведенной ниже, определяется и объем отложений в трубопроводе:
где:
Vотл - объем отложений в полости трубопровода;
- длина трубопровода между двумя манометрами (датчиками давления);
D - внутренний диаметр чистого трубопровода;
Q - расход жидкости по трубопроводу, поддерживается постоянной величиной во время оценки объема отложений;
t1 - хронологическое время первого увеличения давления в зоне манометра, установленного в начале трубопровода по причине прохождения разделителя жидкостей;
t2 - хронологическое время повышения давления в зоне манометра, установленного в конце трубопровода по причине прохождения разделителя жидкостей.
По мнению заявителя, существенным отличием рассмотренного способа от прототипа является то, что в качестве разделителя жидкостей используется высоковязкая жидкость, введенная в трубопровод, либо сформированная из самой трубопроводной жидкости с помощью введенного эмульгатора. Предложено закачку в трубопровод высоковязкой жидкости и ее дальнейшее продвижение вести в турбулентном режиме для обеспечения поршневого эффекта продвижения высоковязкой жидкости в роли индикатора процесса. В прототипе разделитель жидкости рассматривается как подвижное местное сопротивление, поэтому давление в местах сужений трубопровода будет резко подниматься за короткий период (фиг. 2 в патенте №2601348). По заявленному изобретению разделитель жидкости представляет собой относительно длинный участок жидкости, движущийся по трубопроводу, поэтому он характеризуется как линейный объект. К нему применяется формула Дарси-Вейсбаха, значит и давление в зоне манометров (датчиков давления) после появления такого линейного объекта будет расти плавно, поэтому время прохождения высоковязкой жидкости оценивают по точкам графика изменения давления в зоне датчиков, в которых начинается рост давления.
Указанная выше динамика давления в зоне двух датчиков приведена на фигуре, где условно обозначены позициями: 1 - осложненный участок трубопровода между задвижками 3 и 4, 2 - отложения, 5 - насосная установка, 6 и 7 - манометры (датчики давления) в начале и конце трубопровода, А и В - высоковязкая жидкость до и после манометра 6, С - высоковязкая жидкость в зоне сужения трубопровода из-за отложений.
Способ осуществляется в следующем порядке.
1. С помощью насосной установки 5 в трубопровод до зоны манометра 6 подают высоковязкую жидкость (задвижка 3 закрыта, а задвижка 4 приоткрыта), либо подают эмульгатор в транспортируемую жидкость для создания высоковязкой жидкости непосредственно в трубопроводе (задвижки 3 и 4 приоткрыты).
2. С помощью штатного трубопроводного насоса либо насосной установки 5 высоковязкую жидкость (позиции А, В и С) продвигают по трубопроводу путем закачки в трубопровод транспортируемой или иной аналогичной жидкости с равномерным расходом Q.
3. Показания манометров 6 и 7 фиксируются в постоянном режиме времени.
4. По первым скачкам давления - точки t1н и t2н (начальные точки роста давления) определяют время прохождения высоковязкой жидкости осложненного участка трубопровода.
5. Объем отложений определяют по вышеприведенной формуле (5).
Применение предложенного способа в нефтедобыче ускорит диагностику внутреннего состояния промысловых трубопроводов и позволит применять дорогостоящие растворители более эффективно.
1. Способ количественной диагностики отложений в трубопроводе, заключающийся в организации перемещения в трубопроводе разделителя жидкостей и фиксации давления в начале и в конце трубопровода по размещенным в этих точках датчикам давления, отличающийся тем, что в качестве разделителя жидкостей используют высоковязкую жидкость такого объема, который обеспечивает фиксацию датчиками давления прохождения указанной жидкости по повышению давления на необходимую величину, время прохождения высоковязкой жидкости по трубопроводу оценивают по точкам графика изменения давления в зоне датчиков по времени наблюдения, в которых начинается повышение давления из-за появления высоковязкой жидкости в зоне датчиков давления, необходимый объем высоковязкой жидкости в трубопроводе определяют по формуле:
,
где:
D - внутренний диаметр чистого трубопровода;
ΔРmp - повышение давления на датчиках давления после прохождения их зоны высоковязкой жидкостью;
- скорость продвижения высоковязкой жидкости по трубопроводу;
ρ - средняя плотность жидкости в трубопроводе;
λ1 и λ2 - коэффициенты гидравлического сопротивления соответственно при движении трубопроводной и высоковязкой жидкостей.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделитель жидкости формируют перед манометром в начале трубопровода путем добавления в трубопроводную жидкость эмульгирующего состава, значительно повышающего вязкость транспортируемой жидкости.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закачку и продвижение закачанного или сформированного в трубопроводе высоковязкого состава ведут в турбулентном режиме.
