авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение эффективности решения технологических задач трубопроводного транспорта углеводородов с использованием гелевых поршней

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СОКОЛОВА ГУЛЬНАРА МУХАМЕТОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕШЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ТРУБОПРОВОДНОГО

ТРАНСПОРТА УГЛЕВОДОРОДОВ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕЛЕВЫХ ПОРШНЕЙ

Специальность 25.00.19 «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2011

Работа выполнена на кафедре «Транспорт и хранение нефти и газа»

Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Коробков Геннадий Евгеньевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гаррис Нина Александровна

кандидат технических наук

Шагиев Рустам Гиндуллович

Ведущая организация: ОАО “Институт ”Нефтегазпроект”

Защита состоится «28» июня 2011 года в 15-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.04 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » 2011 года.

Ученый секретарь совета Ямалиев В.У.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Из-за непрерывного выпадения из перекачиваемого продукта различного рода осадков, образования внутренних газовоздушных скоплений и воды сечение трубопровода уменьшается. Это ведет к снижению пропускной способности и увеличению гидравлического сопротивления. При этом удельные расходы электроэнергии на транспорт углеводородов возрастают. Вследствие несовершенства существующих методов внутренней очистки трубопроводов наблюдается отклонение действующего эффективного диаметра от расчетного. Кроме того, 5 % существующих трубопроводов, имеющих сложную конфигурацию и переменное сечение, из-за отсутствия соответствующих очистных устройств вообще не очищается.

Не менее важной является проблема надежной работы трубопроводного транспорта, требующая проведения периодических испытаний трубопровода. При организации и проведении испытаний магистральных трубопроводов наибольшие трудности возникают при заполнении испытываемых участков водой, а затем продуктом. При проведении этих операций нередко происходит образование скопления воды и воздуха в трубопроводе, что ведет к потере качества продукта, образованию значительного объема водонефтяной эмульсии, при сбросе которой в земляные амбары происходит загрязнение окружающей природной среды. Водяные и газовоздушные скопления, оставшиеся после испытания, увеличивают гидравлическое сопротивление трубопровода.

В трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов существуют также задачи разделения двух различных жидкостей, например, при последовательной перекачке нефтей или нефтепродуктов. Вследствие неэффективности существующих разделителей, перекачка ведётся прямым контактированием, что приводит к образованию смеси и потере качества контактируемых жидкостей.

В трубопроводном транспорте традиционно используются и развиваются механические очистные устройства, для пуска и приема которых нефтепроводы оборудуются специальными камерами. Однако ни одна из известных механических конструкций не может эффективно использоваться в трубопроводах переменного диаметра, технологических трубопроводах нефтеперекачивающих станций, проходить сечение трубопровода, где установлены датчики или другие приборы, сохранять достаточно высокую степень герметичности на протяженных участках трубопровода, продвигать перед собой большое количество загрязнений без застревания.

Одним из наиболее перспективных средств повышения качества очистки трубопроводов и разделения продуктов является применение гелевых поршней, особенно их применение целесообразно, как показывает зарубежный опыт, на морских трубопроводах, протяженность которых в России будет расти. Поэтому весьма актуальной является разработка рекомендаций по повышению эффективности их использования в трубопроводном транспорте углеводородов на основе исследования реологических свойств гелевых поршней.

Цель диссертационной работы

Разработка и совершенствование технологии получения и применения гелевых поршней в трубопроводном транспорте нефти, нефтепродуктов и газа с учетом реологических и прочностных требований.

Основные задачи исследований

  1. На основе анализа условий применения гелевых систем в трубопроводном транспорте установить основные факторы, позволяющие управлять технологическими характеристиками гелевых поршней.
  2. Изучить составы гелевых поршней, применяемых при решении технологических задач трубопроводного транспорта углеводородов, и разработать их классификацию.
  3. Создать методологию исследования реологических свойств гелевых поршней, имеющих технологическое значение при перекачке с углеводородами, включающую перечень приборно-измерительного лабораторного оборудования, методы обработки результатов, и экспериментально исследовать реологические свойства гелевых поршней на основе водных растворов полиакриламида (ПАА) с целью изучения процесса движения гелевого поршня в трубопроводе.
  4. Установить взаимосвязь между вязкостью гелевой композиции на основе ПАА и концентрациями компонентов.
  5. Разработать методику управления технологическими характеристиками гелевых поршней при их применении в нефтегазопроводах.

Методы исследований

Поставленные в работе задачи решались путем системного анализа, планирования экспериментов, проведения теоретических, лабораторных исследований. Математическая обработка результатов исследований велась с использованием современного пакета программы Statgraphics.

Научная новизна

  1. Получена формула для определения максимального значения скорости движения гелевого поршня в нефтегазопроводах с учетом обеспечения сплошности его потока.

2 Разработана новая классификация гелевых поршней, дающая возможность прогнозировать перспективные направления исследований по совершенствованию технологии применения гелей при перекачке углеводородов.

3 Экспериментально доказано проявление эффекта реопексии при движении гелевого поршня, что имеет большое значение при его применении для очистки внутренней полости трубопроводов, поскольку собранные гелем загрязнения будут находиться во взвешенном состоянии.

Практическая ценность

Результаты выполненных автором исследований вошли в «Методику составления и управления технологическими характеристиками гелевых поршней», утвержденную ОАО «Уралтранснефтепродукт».

Полученные в работе результаты используются в учебном процессе при подготовке инженеров, бакалавров и магистров по направлению «Нефтегазовое дело».

Апробация работы

Основные материалы диссертации доложены:

  • на 55, 56, 57, 58, 59, 60 научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Уфа, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010;
  • на международных учебно-научно-практических конференциях «Трубопроводный транспорт – 2006, 2007, 2008, 2009, 2010», г. Уфа.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 2 статьи - в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 134 с., включающих 33 рисунка, 11 таблиц, 3 приложения и список литературы из 127 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель работы и определены задачи исследования, представлены научная новизна исследований, практическая ценность и внедрение результатов исследований.

В первой главе приведен обзор и выполнен анализ научных работ, посвященных проблеме применения гелевых поршней в трубопроводном транспорте углеводородов.

Проблемами применения гелевых поршней в трубопроводном транспорте занимались Ахмадуллин К. Р., Байков И. Р., Белоусов Ю. П., Бруссар Д. Е., Василенко С. К., Галлямов А. К., Гареев М. М., Галюк В. Х., Гермашев А. И., Губанов В. И., Гумеров А. Г., Дегтярев В. Н., Ишмухаметов И. Т., Мирзаджанзаде А. Х., Митчел С., Панахова Г. М., Порайко И. Н., Пуритон Р. Дж., Саттарова Р. М., Силин М. А., Труфакина М. М., Халтурин В. Н., Шаммазов А.М., Юдина Н.В. и др.

Проведенными исследованиями установлено, что гелевые поршни обладают следующими преимуществами и новыми техническими возможностями: могут проходить по трубам разного диаметра, не повреждаются при проходе через ограничения, обеспечивают хорошее гидравлическое уплотнение, повышают эффективность химической обработки, выносят загрязнения из труб перед механическими скребками, могут быть введены в трубопровод без стандартных камер пуска.

Опыт, полученный за рубежом, показал, что целесообразно сочетать одновременный прогон по трубе гелевых поршней, пробок химреагентов и механических скребков. Цепочка из комбинации гелевых поршней, в том числе осушающего, механических поршней, может обеспечивать одновременное освобождение полости трубопровода от воды и осушку и, как следствие, значительное сокращение затрат времени и средств на проведение этих операций по сравнению с обычно применяемыми методами.

Рассматриваемые работы сгруппированы по технологическим направлениям применения гелевых поршней: очистка трубопроводов; разделение перекачиваемых продуктов при последовательной перекачке; вытеснение воды при опрессовочных работах; применение при ликвидации и консервации трубопроводов.

Применение полимерных разделителей, вводимых непосредственно в зону контакта, позволяет значительно упростить технологию процесса опрессовки, уменьшить зону смешения нефти с водой, сохраняя качество нефти и уменьшая загрязнение окружающей среды.

Также рассмотрены перспективные направления использования гелевых поршней, такие как формирование слоя на внутренней поверхности трубопровода, герметизация участка трубопровода и антикоррозионная защита промысловых трубопроводов

Большое число задач, решаемых с помощью гелевых поршней, а также многообразие условий их применения в каждом конкретном случае требуют решения вопросов обоснованного выбора реагентов для создания оптимальных технологий с их применением.

Исследованиям реологических свойств гелевых поршней посвящены работы Ахмадуллина К. Р., Байкова И. Р., Гареева М. М., Гейера Б. В., Труфакиной Л. М., Порайко И. Н., Юдиной Н. В. В работах показано, что, регулируя условия изготовления и рецептуру гелевых поршней, можно варьировать механическую прочность, вяз­кость, упругость, адгезию и когезию, необходимых в технологиях транспорта не­фти, нефтепродуктов и газа.

Однако до последнего времени недостаточно изучены следующие вопросы: механизм движения гелевого поршня, влияние реологических свойств на поведение гелевого поршня и формирование гелевого слоя.

В заключении первой главы проведено обобщение данных литературных источников и сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе дан анализ составов гелевых поршней, применяемых в практике трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Для структуризации знаний предлагается классификация гелевых поршней в зависимости от применения в трубопроводном транспорте, типа полимера, сшивателя и растворителя (рисунок 1).

Рисунок 1 – Классификация гелевых поршней

Представленная классификация обеспечивает возможность прогнозирования перспективных направлений исследований по совершенствованию применения гелевых поршней в трубопроводном транспорте.

Полимеры органического семейства для получения гелевых поршней, такие как гуар и другие полисахариды применяют за рубежом, в нашей стране в основном применяют синтетические полимеры. В нашей работе на основе данной классификации в качестве полимера был выбран синтетический полимер полиакриламид (ПАА). Данный гелеобразующий полимер инертный, нетоксичный и пожаровзрывобезопасный. Последнее является немаловажным фактором при остановках перекачки и образовании паров нефтепродуктов в повышенных участках трассы. Он обладает высокой эластичностью и адгезией к твердой поверхности.

С учетом того, что гели на углеводородной основе отличаются высокой взвешивающей способностью, предложено их применять для удаления газовых и водных скоплений. Они не влияют на коррозионные процессы. Гель можно разрушить и использовать углеводородную часть.

Гели же на основе различных реагентов (растворителей, спиртов, кислот, ПАВ) рекомендуется применять для химической обработки поверхности трубопровода, например в качестве носителей ингибиторов коррозии.

Применение нами воды в качестве растворителя для гелевого поршня объясняется доступностью, дешевизной, нейтральными свойствами, не влияющими на остальной состав. Такие гели обладают вязкоупругостью.

В результате анализа отмечено, что выбор того или иного типа сшивающего реагента обусловлен тем, какие технологические средства запасовки гелевой системы имеются на конкретном трубопроводе, и располагаемым временем до начала технологической операции по очистке. Если времени достаточно (сутки и более), то более предпочтительна сшивка альдегидом, так как в этом случае достигается объёмное сшивание, в отличие от поверхностной сшивки солью металла, что отрицательно сказывается на прочности геля.

На основе обобщения результатов существующего опыта применения гелевых поршней в трубопроводах установлены доминирующие факторы, влияющие на их очистные и вытесняющие характеристики: содержание полимера; содержание сшивающего реагента; величина рН водного раствора и температура. Подробно рассмотрен каждый из вышеперечисленных параметров.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований реологических свойств гелевых поршней, имеющих первостепенное значение при решении технологических задач трубопроводного транспорта.

Сложное внутреннее строение гелей обуславливает большое разнообразие их реологического поведения, поэтому была поставлена задача экспериментально исследовать реологические свойства гелевых поршней.

Исследование процесса движения геля проведено на основе применения методов оптимального планирования эксперимента. Согласно плану (комбинационному квадрату), были приготовлены 25 образцов геля с различным содержанием полимера, сшивателя, при различных температурах и pH.

Визуальный анализ гелей позволил сделать следующие заключения: при низкой температуре не происходит равномерного растворения полимера в воде, время формирования геля увеличивается; в кислотной среде гель разжижается; в щелочной среде образуются комки, которые не растворяются в воде. Таким образом, концентрация сшивателя должна быть одинаковой или меньше концентрации основного полимера, но не более чем в 2 раза; водородный показатель должен быть в пределах от 5 до 7.

Измерения вязкостных свойств были проведены на ротационном вискозиметре Viscotester VT550. На рисунке 2 представлена кривая течения гелей при разных соотношениях компонентов. Как видно на рисунке 2, все образцы показывают неньютоновское течение. С увеличением скорости сдвига происходит уменьшение кажущейся вязкости, этим объясняется возникновение

очищающего слоя гелевого поршня на поверхности трубопровода.

Скачок кривой течения геля с содержанием ПАА 4 % и сшивателя 2 % при скорости сдвига 300 с-1 объясняется эффектом Вайсенберга. При вращении ротора, гель «наматывался» на вращающийся стержень. Наблюдение эффекта Вайсенберга является положительным эффектом для гелевых поршней, так как свидетельствует о проявлении ими нормальных напряжений, которые обеспечивают пробкообразное перемещение гелей и возможность их применения в качестве разделителей.

1 – образец с содержанием ПАА 4 % и сшивателя 2 %; 2 – образец с содержанием ПАА 5 % и сшивателя 5 %; 3 – образец с содержанием ПАА 2 % и сшивателя 2 %

Рисунок 2 – Кривые течения для ПАА гелей различного состава

Для прогнозирования поведения гелевого поршня в трубопроводе необходимо выяснить, какой реологической модели соответствует гель. В таблице 1 для примера представлены результаты аппроксимации кривой течения одного из образцов различными реологическими моделями, где - предел текучести (предельное напряжение сдвига); - скорость сдвига, 1/с; , , - предел текучести согласно моделям Гершеля – Балкли, Кэссона, Бингама-Шведова; - пластическая вязкость; K – коэффициент консистенции; n – индекс течения. На рисунке 3 представлен общий график.

Все использованные модели с достаточной точностью описывают реологическое поведение исследуемого образца геля. Однако коэффициенты корреляции между экспериментальными значениями и величинами, рассчитанными с помощью моделей, выше в случае уравнений Гершеля – Балкли и Кэссона по сравнению с уравнениями Оствальда-де-Ваале и Шведова-Бингама.

Таблица 1 – Результаты аппроксимации кривой течения для образца с содержанием ПАА 2 % и сшивателя 2 %



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.