Способ определения объема отложений на участке трубопровода горизонтального исполнения Российский патент 2024 года по МПК E21B47/00 F17D3/00 

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 транспортировке 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 определять в них объем отложений для их последующего удаления кратным объемом органического растворителя.

Аналогичная картина наблюдается и на некоторых водоводах высокого давления, когда проходное сечение трубопровода сужается из-за формирования на внутренней поверхности труб отложений из карбоната кальция. Для удаления таких отложений 20% раствором гидроксида натрия необходимо знать объем таких солевых отложений.

Известен способ определения объема отложений в газопроводах, основанный на присоединении к проблемному участку байпасной линии со счетчиком газа и снятия показаний с дифманометра (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, стр. 405-406). Реализация способа предназначена только для газопроводов и не дает информацию по распределению отложений в трубопроводе.

Известен способ определения толщины слоя грязепарафиновых отложений в нефтепроводах, основанный на нагреве точечного участка трубопровода и замере интенсивности теплового потока сквозь трубопровод и отложения. Способ описан в А.с.№437883 (опубл. 30.07.74, бюл. 28). Недостатком способа является то, что для проведения измерений необходим прямой доступ к внешней поверхности трубопровода. Промысловые трубопроводы в большинстве своем заглублены в грунт на глубину 2 м, поэтому для шурфования необходима специальная техника и дополнительный персонал предприятия.

Прототипом заявляемого изобретения служит способ количественной диагностики отложений в трубопроводе по патенту РФ на изобретение №2728011 (опубл. 28.07.2020, бюл. 22), по которому исследуемый трубопровод снабжают в начале и конце датчиками давления, в трубопровод закачивают с постоянным расходом высоковязкую жидкость определенного объема. По показаниям датчиков давления определяют время прохождения высоковязкой жидкости по участку трубопровода и по математической формуле находят искомый объем отложений. Способ основан на применении высоковязкой эмульсии ограниченного объема и длины с тем, чтобы датчики давления диагностировали этот объем как местное сопротивление скачком давления, значительно превышающим погрешность измерения прибора. Для производства такой высоковязкой эмульсии требуется создание мелкодисперсной структуры или применение эмульгаторов. Также по способу требуются два высокоточных датчика давления.

Технической проблемой является разработка способа определения объема отложений в трубопроводе с достижением следующего технического результата: повышение точности производимых измерений объема отложений в трубопроводе при отсутствии высокоточных датчиков давления и возможности создания в полевых условиях высоковязкой жидкости необходимого объема.

Технический результат достигается тем, что по способу определения объема отложений на участке трубопровода горизонтального исполнения, заключающемуся в установке двух датчиков давления в начале и конце участка трубопровода, закачке в трубопровод в турбулентном режиме жидкости с постоянным расходом, согласно изобретению закачивают реперную жидкость со свойствами, неизменными на время движения жидкости между двумя датчиками давления, объемом не менее объема участка трубопровода между датчиками давления, не имеющего отложений, по свойствам закачиваемой жидкости по формуле Дарси-Вейсбаха строят график зависимости разницы давлений в начале и в конце участка трубопровода от внутреннего диаметра трубопровода для заданного значения расхода жидкости, снимают показания датчиков давления при заданном расходе жидкости и по графику зависимости определяют фактический внутренний диаметр участка трубопровода с отложениями, объем отложений определяют по формуле:

где:

L - длина участка трубопровода между двумя датчиками давления, м;

D - внутренний диаметр участка трубопровода без отложений, м;

D_отл - фактический внутренний диаметр участка трубопровода с отложениями, м (принимается постоянной величиной по длине участка трубопровода).

На фиг. 1 изображена закачка реперной жидкости и ее продвижение между двумя датчиками давления в исследуемом участке трубопровода. На фиг. 2 приведен график зависимости разницы давлений P₁ - в начале участке трубопровода и Р₂ - в конце участка трубопровода от диаметра проходного сечения участка трубопровода.

На фиг. 1 обозначены: 1 - участок трубопровода, 2 - отложения, 3 -задвижка в начале участка трубопровода, 4 - задвижка на отводе в начале участка трубопровода, 5 - датчик давления в начале участка трубопровода, 6 -датчик давления в конце участка трубопровода, 7 - реперная жидкость с постоянными свойствами, 8 - передвижной насосный агрегат типа ЦА-320, L - длина участка трубопровода с отложениями (расстояние между датчиками давления).

Способ реализуется в следующей последовательности:

1. Перед закачкой реперной жидкости 7 в участок трубопровода 1 с отложениями 2 инструментально оценивают свойства реперной жидкости: определяют плотность и вязкость для термобарических условий участка трубопровода.

2. Реперную жидкость закачивают с помощью насосного агрегата 8 с постоянным расходом в участок трубопровода в объеме, превышающем объем участка трубопровода без отложений для того, чтобы некоторое время между датчиками прокачивалась только реперная жидкость. Фиксируют установившиеся показания датчиков давления P₁ (начало участка) и P₂ (конечная часть участка трубопровода).

3. По замеренным значениям плотности и вязкости реперной жидкости и фактического такой жидкости расхода по участку трубопровода с отложениями с помощью формулы Дарси-Вейсбаха определяют расчетным путем потери давления на трения как разницу показаний указанных датчиков давления Р_тр=P₁-Р₂ для 4-5 значений внутреннего диаметра трубопровода, где максимальным значением будет диаметр исследуемого участка трубопровода без отложений, остальные - в сторону уменьшения до нулевого значения.

4. По данным п. 3. строят график зависимости разницы давлений в начале и в конце участка трубопровода от внутреннего диаметра трубопровода для фактического расхода жидкости.

5. Проводят горизонтальную линию по замеренному значению P₁-Р₂ до пересечения с графиком зависимости. Пересечение покажет фактический проходной диаметр трубопровода с отложениями D_отл.

6. По формуле 1 определяют объем отложений.

Реализацию предложенного способа рассмотрим на примере участка нефтегазопровода с асфальтосмолопарафиновыми отложениями, равномерно распределенными по всей его длине.

Исходные данные:

- длина участка трубопровода с отложениями - 5 км;

- внутренний диаметр без отложений - 0,2 м;

По способу выполняются следующие работы и измерения:

1. После установки датчиков 5 и 6 задвижка 3 закрывается и через открытую задвижку 4 насосным агрегатом 8 обеспечивается закачка реперной жидкости, например товарной нефти со следующими свойствами: плотность

- 900 кг/м³ и вязкость - 50 мПа⋅с. Объем прокачиваемой жидкости превышает объем внутренней полости участка трубопровода без отложений на определенную величину. Это обеспечивает стабилизацию показаний датчиков 5 и 6.

2. Насосным агрегатом поддерживается расход нефти Q=2000 м³ сут, и после прокачки всего объема нефти по п. 2 фиксируются стабильные показания датчиков давления P₁=25 атм и Р₂=5 атм. Откуда P₁-Р₂=20 атм.

3. Для ряда диаметров 0,2 м и менее последовательно определяют следующие параметры: скорость движения нефти υ, критерий Рейнольдса Re, коэффициент гидравлического сопротивления λ и по формуле Дарси-Вейсбаха потери давления на трение Р_тр=P₁-Р₂.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

4. По данным таблицы 4 строят график, приведенный на фиг. 2.

5. На графике проводят горизонтальную линию, соответствующую значению P₁-Р₂=20 атм. Пересечение горизонтальной линии с графиком показывает фактический проходной диаметр трубопровода с отложениями D_отл=0,131 м.

6. По формуле 1 определяют объем отложений:

По мнению авторов, новизна и существенное отличие заявленного изобретения заключаются в нескольких позициях:

1. В трубопровод закачивается реперная жидкость, свойства которой остаются неизменными при прохождении всей длины участка трубопровода с отложениями.

2. Существенным является то, что объем реперной жидкости должен превышать объем полости участка трубопровода без отложений.

3. Показания датчиков давления в завершающей части закачки реперной жидкости фиксируются при наступлении стабилизации их разницы P₁-Р₂.

4. Внутренний диаметр трубопровода с отложениями определяется графоаналитическим путем на основании проведенных измерений перепада давлений и расчетной тарировочной характеристики трубопровода с различными внутренними диаметрами.

Изобретение относится к области обслуживания и эксплуатации внутрипромысловых трубопроводов нефтегазодобывающих компаний и направлено на периодическую количественную диагностику отложений в них. Способ определения объема отложений на участке трубопровода горизонтального исполнения заключается в установке двух датчиков давления в начале и конце участка трубопровода, закачке в трубопровод в турбулентном режиме жидкости с постоянным расходом. Закачивают реперную жидкость со свойствами, неизменными на время движения жидкости между двумя датчиками давления, объемом не менее объема участка трубопровода между датчиками давления, не имеющего отложений. По свойствам закачиваемой жидкости по формуле Дарси-Вейсбаха строят график зависимости разницы давлений в начале и в конце участка трубопровода от внутреннего диаметра трубопровода для заданного значения расхода жидкости, после стабилизации разницы давлений в начале и в конце участка снимают показания датчиков давления при заданном расходе жидкости, по графику зависимости определяют фактический внутренний диаметр участка трубопровода с отложениями. Объем отложений определяют по расчетной формуле исходя из известного значения диаметра проходного сечения участка трубопровода. Технический результат заключается в повышении точности производимых измерений объема отложений в трубопроводе. 2 ил., 1 табл.

Способ определения объема отложений на участке трубопровода горизонтального исполнения, заключающийся в установке двух датчиков давления в начале и конце участка трубопровода, закачке в трубопровод в турбулентном режиме жидкости с постоянным расходом, отличающийся тем, что закачивают реперную жидкость со свойствами, неизменными на время движения жидкости между двумя датчиками давления, объемом не менее объема участка трубопровода между датчиками давления, не имеющего отложений, по свойствам закачиваемой жидкости по формуле Дарси-Вейсбаха строят график зависимости разницы давлений в начале и в конце участка трубопровода от внутреннего диаметра трубопровода для заданного значения расхода жидкости, после стабилизации разницы давлений в начале и в конце участка снимают показания датчиков давления при заданном расходе жидкости, по графику зависимости определяют фактический внутренний диаметр участка трубопровода с отложениями, объем отложений определяют по формуле:

,

где:

L – длина участка трубопровода между двумя датчиками давления, м;

D – внутренний диаметр участка трубопровода без отложений, м;

D_отл – фактический внутренний диаметр участка трубопровода с отложениями, м.