Способ определения объема отложений в трубопроводе Российский патент 2024 года по МПК 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 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 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 Султанова Р.Г., Мухаметшина 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 объема отложений в трубопроводе, по которому в трубопровод организуют закачку жидкости без газа с постоянным расходом и через равные расстояния по длине трубопровода определяют скорости движения транспортируемой жидкости переносным ультразвуковым расходомером, а искомый объем отложений определяют по математической формуле. Способ требует значительных работ по шурфованию (вскрытию трубопровода) на трубопроводах, заглубленных в землю на глубину 2 метра.

Прототипом заявляемого изобретения выбран 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 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 в трубопроводе, заключающемуся в установке двух датчиков давления в начале и конце трубопровода с отложениями горизонтального исполнения с равномерно распределенными по всей длине трубопровода отложениями, закачке в трубопровод в турбулентном режиме с постоянным расходом жидкости с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, и фиксации времени заполнения полости трубопровода закачиваемой жидкостью с последующим определением объема отложений как разницы между внутренним объемом трубопровода без отложений V_тр и закачанным объемом жидкости в трубопроводе V_ввж, где внутренний объем трубопровода без отложений V_тр определяют по формуле:

L - длина трубопровода, м;

D - средний по длине внутренний диаметр трубопровода, м;

а объемом жидкости с измененной вязкостью V_ввж определяют как произведение расхода указанной жидкости по трубопроводу на время заполнения указанной жидкостью пространства между датчиками, согласно изобретению трубопровод с отложениями перекрывают, заполняют жидкостью с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, время заполнения полости трубопровода указанной жидкостью определяют по стабилизации на одном значении разности показаний указанных датчиков давления.

В прототипе используется жидкость с измененной (повышенной) вязкостью ограниченного, но достаточного объема для надежной фиксации прохождения такой жидкости зон с двумя датчиками давления. Это требует наличия высокоточных датчиков давления и значительного изменения вязкости закачиваемой «реперной» жидкости. По заявляемому изобретению предложено за счет заполнения объема трубопровода жидкостью с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, и увеличения длины гидравлического сопротивления закачиваемой жидкости повысить точность измерения разницы между двумя датчиками давлениями. Эта разница в давлениях двух датчиков является потерей давления на трение Р_тр и определяется по формуле Дарси-Вейсбаха:

где:

P₁ - давление по датчику в начале трубопровода;

Р₂ - давление по датчику в конце трубопровода;

L - длина трубопровода, м;

- скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

- плотность жидкости, кг/м³;

- средний по длине внутренний диаметр трубопровода, м;

- коэффициент гидравлического сопротивления, безразмерная величина.

Такой показатель жидкости как вязкость находится в составе параметра λ и, несомненно, влияет на потери давления на трение Р_тр.

Жидкость с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе - это жидкость с повышенной или пониженной вязкостью в сравнении с транспортируемой по трубопроводу жидкостью. Если отложения наблюдаются в водоводе, то для их количественной диагностики следует между двумя датчиками в зоне отложений закачивать, например, водный раствор полиакриламида (ПАА), который в сравнении со сточной водой имеет большую вязкость.

Если в нефтепроводе образовались асфальтосмолопарафиновые отложения, то следует между двумя датчиками в зону с отложениями закачивать жидкость с меньшей вязкостью, например, воду или органический растворитель типа бензина или керосина.

На фиг.1 приведена схема расположения датчиков давления и необходимой техники для реализации заявленного способа.

На фиг.2 приведен график изменения разницы давлений между двумя датчиками давления.

На фиг.1 обозначено: 1 - трубопровод, 2 – отложения, 3 - задвижка в начале трубопровода, 4 - задвижка на отводе в начале трубопровода, 5 -датчик давления в начале трубопровода, 6 - датчик давления в конце трубопровода, 7 - граница между трубопроводной и закачиваемой жидкостью, 8 - закачиваемая жидкость с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, 9 - трубопроводная жидкость, 10 - передвижной насосный агрегат типа ЦА-320, L₁ - длина трубопровода с закачанной жидкостью 8, L₂ - длина трубопровода с жидкостью 9.

Потери давления на трение между датчиками 5 и 6 являются суммой двух потерь давления на трения:

где:

- потери давления на трения, формируемые закачиваемой жидкостью 8;

- потери давления на трения, формируемые трубопроводной жидкостью 9;

также определяются по формуле 1 и линейно связаны между собой длинами L₁ и L₂, поэтому при использовании закачиваемой жидкости с повышенной вязкостью будет расти длина L₁ и линейно расти а будет линейно снижаться до нуля при доведении закачиваемой жидкости до расстояния L₁+L₂ (общая длина трубопровода).

График изменения разницы давлений между двумя датчиками давления 5 и 6 как потери давления на трение Р_тр = Р₁ - Р₂ при закачке жидкости с повышенной вязкостью (водовод и закачка водного раствора ПАА) от времени закачки t изображен позицией В на фиг.2. Здесь же приведен аналогичный график зависимости Р_тр от времени при закачке жидкости с меньшей вязкостью (закачка в нефтепровод органического растворителя или воды) - позиция Н на фиг.2.

Реализацию предложенного способа рассмотрим на примере водовода с карбонатными отложениями, равномерно распределенными по всей длине водовода. Исходные данные:

- длина водовода с отложениями - 5 км;

- внутренний диаметр водовода без отложений - 0,1 м;

- постоянный расход воды по водоводу - 1000 м³/сут.

По способу выполняются следующие работы и измерения: 1. После установки датчиков 5 и 6 и транспортировки сточной воды в штатном режиме с расходом 1000 м³/сут потери давления на трение Р_тр равны 10 атм (точка 1 графика 1). Задвижки 3 и 4 открыты.

2. Задвижка 3 закрывается, через задвижку 4 передвижной насосный агрегат начинает с тем же расходом 1000 м³/сут закачивать в водовод водный раствор ПАА с повышенной вязкостью.

3. Разница между показаниями датчиков давления будет равномерно расти и через 50 минут стабилизируется на уровне 15,0 атм. (точка 2). Это произошло потому, что все свободное от отложений пространство между датчиками 5 и 6 заполнилось высоковязкой жидкостью и для дальнейшей ее транспортировки необходимо поддерживать больший перепад давления между датчиками 5 и 6.

4. За 50 минут пространство между датчиками заполнилось высоковязкой жидкостью в объеме

5. Внутренний объем трубопровода без отложений V_тp равен:

6. Объем отложений в водоводе V_отл определяется как разница между параметрами V_тp и V_ввж:

Для удаления 4,6 м³ карбонатных соединений по отобранной пробе отложений подбирается наиболее эффективный растворитель, например 20% гидроксид натрия, который закачивают в водовод в объеме, превышающем объем отложений в 4-5 раз. Закачку реагента рекомендуется производить в динамическом режиме по патенту на изобретение №2460594 Способ удаления отложений из нефтесборного трубопровода (опубл. 10.09.2012, бюл. 25).

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

1. Благодаря закачке жидкости с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, по всей длине (по всему объему) трубопровода меняется перепад давления между двумя датчиками давления. Это позволяет использовать для диагностики внутреннего стояния трубопровода датчики давления с точностью 0,1 атм. Можно использовать даже технические манометры с визуальным наблюдением за показаниями устройств во времени.

2. По изобретению предложено наблюдать не за показанием отдельного датчика давления, который отвечает за дискретный участок жидкости с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, в виде местного сопротивления, а за интегральной характеристикой показаний двух датчиков, расположенных на значительном расстоянии друг от друга и характеризующих все пространство между датчиками. Наблюдение за интегральной характеристикой закачиваемой жидкости повышает точность оценки объема отложений в трубопроводе с одновременным снижением требований к разрешающей способности используемых датчиков давления.

Изобретение относится к области обслуживания и эксплуатации внутрипромысловых трубопроводов нефтегазодобывающих компаний. 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. Способ заключается в установке двух датчиков давления в начале и конце трубопровода с отложениями горизонтального исполнения, закачке в трубопровод в турбулентном режиме с постоянным расходом жидкости с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, и фиксации времени заполнения полости трубопровода закачиваемой жидкостью. Объем отложений определяют по математической формуле. Время заполнения полости трубопровода указанной жидкостью определяют по стабилизации на одном значении разности показаний указанных датчиков давления. 2 ил.

Способ определения объема отложений в трубопроводе, заключающийся в установке двух датчиков давления в начале и конце трубопровода горизонтального исполнения с равномерно распределенными по всей длине трубопровода отложениями, закачке в трубопровод в турбулентном режиме с постоянным расходом жидкости с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, и фиксации времени заполнения полости трубопровода закачиваемой жидкостью с последующим определением объема отложений как разницы между внутренним объемом трубопровода без отложений V_тр и закачанным объемом жидкости в трубопровод V_ввж, где внутренний объем трубопровода без отложений V_тр определяют по формуле

,

L - длина трубопровода, м;

D - средний по длине внутренний диаметр трубопровода, м;

а объем жидкости с измененной вязкостью V_ввж определяют как произведение расхода указанной жидкости по трубопроводу на время заполнения указанной жидкостью пространства между датчиками, отличающийся тем, что трубопровод с отложениями перекрывают, заполняют жидкостью с вязкостью, отличной от вязкости жидкости в трубопроводе, время заполнения полости трубопровода указанной жидкостью определяют по стабилизации на одном значении разности показаний указанных датчиков давления.