Общая классификация магистральных трубопроводов

Способы транспорта нефтяных грузов

 

Существуют три основных вида транспорта нефти и нефтепродуктов: водный, железнодорожный, трубопроводный.

Каждый вид транспорта имеет особенности.

Водный транспорт позволяет в наливных баржах и танкерах, а также в мелкой таре перевозить нефть, нефтепродукты и сжиженные природные и нефтяные газы в любых количествах. Если речь идет о речном транспорте, то водный путь, как правило, длиннее трассы трубопровода или железнодорожного пути. В некоторых случаях это существенно удорожает транспорт. Речной транспорт носит се­зонный характер. Поэтому в пунктах налива и разгрузки судов надо строить дополнительные ёмкости для накапливания нефтяных грузов на межнавигационный период или заменять водный транспорт железно­дорожными перевозками.

Железнодорожным транспортом можно перевозить нефтяные грузы всех видов, в том числе и сжиженные нефтяные газы, в цистернах, бункерах или легкой таре. Использование железнодорожного тран­спорта при больших установившихся нефтяных грузооборотах неце­лесообразно из экономических соображений. Для перевозки мелких партий нефтепродуктов (в первую очередь масел, битума и других) железная дорога является предпочтительным видом транспорта. Же­лезнодорожный транспорт хотя и не является непрерывным, но обла­дает меньшей степенью неравномерности работы по сравнению с вод­ным транспортом (перевозки производятся круглый год).

Трубопроводы служат для транспортировки больших количеств нефти, нефтепродуктов и сжиженных нефтяных газов в одном направ­лении. Трубопроводный транспорт обладает следующими преимущест­вами по сравнению с другими видами транспорта:

- трасса трубопровода короче трасс других видов транспорта, при­чём трубопровод может быть проложен между двумя любыми пунк­тами на суше, находящимися на любом расстоянии друг от друга;

- трубопроводный транспорт в отличие от других видов транспорта – непрерывный, что обеспечивает ритмичную работу поставщиков и бес­перебойное снабжение потребителей, благодаря чему отпадает необходимость создания крупных запасов транспортируемого груза на концах трассы;

- потери нефти и нефтепродуктов при трубопроводном транспорте меньше, чем при перевозках другими видами транспорта;

- трубопроводный, транспорт наиболее механизированный и легче других поддается автоматизации.

К недостаткам трубопроводного транспорта относится большой расход металла и «жесткость» трассы перевозок, т. е. невозможность изменить направление перевозок после постройки трубопровода.

Кроме основных видов транспорта большую роль играет автомо­бильный транспорт. Нефтепродукты перевозят в автоцистернах или мелкой таре. Автотранспорт в основном используется для перевозки нефтепродуктов от крупных нефтебаз к мелким и далее к потребите­лям, а также для перевозки сжиженных нефтяных газов от пунктов выработки и газонаполнительных станций к потребителям (в авто­цистернах и баллонах, доставляемых на бортовых автомашинах). За рубежом сжиженный природный газ перевозят специальными крио­генными автоцистернами от заводов сжижения или морских перева­лочных баз сжиженного природного газа к так называемым сателлитным базам, где сжиженный газ регазифицируют и по газораспредели­тельным сетям подают потребителям.

 

Изыскания площадок и трасс

 

Между указанными в задании на проектирование начальным и конеч­ным пунктами можно проложить трубопровод по многим трассам, причём самой короткой будет трасса, получаемая соединением начала и конца трубопровода прямой линией. Эту линию, называемую геоде­зической линией, можно получить при пересечении земного сфероида плоскостью, проходящей через начальный и конечный пункты и центр Земли. Однако прокладка трубопровода по такой кратчайшей трассе не всегда осуществима, и во многих случаях этот вариант не является наиболее выгодным. Трубопровод нельзя прокладывать через насе­ленные пункты, причём нормами проектирования оговаривается, что расстояние между крайними строениями населенного пункта и нефте­проводом должно быть не менее 75 – 350 м в зависимости от класса трубопровода; это часто заставляет отступать от воздушной прямой. Трубопровод нецелесообразно прокладывать по болотам, вдоль ру­сел рек, через озера, если их можно обойти при небольшом удлинении трассы. Переходы крупных судоходных рек, исходя из технических соображений, или из условий согласования с заинтересованными ор­ганизациями, целесообразно осуществлять в определенных местах (например, обойти водохранилище), что также вызывает отклонение от геодезической линии. Необходимость обхода заповедников и пло­щадей горных разработок, приближения трассы к пунктам сброса или подкачки продукта, указанным в задании на проектирование, – все это вынуждает удлинять трассу по сравнению с геодезической линией.

Предварительные изыскания по выбору трассы производятся в ос­новном в камеральных условиях по картографическим материалам, а также по литературным, фондовым и справочным источникам. При этом для камерального трассирования можно использовать топогра­фические карты мелких (1:1 000 000 – 1: 200 000), средних (1 – 100 000 – 1: 50 000) и крупных (1:25 000 – 1:5 000) масшта­бов.

Для изучения природных условий района предполагаемого строи­тельства, что также важно для правильного выбора трассы, рекомен­дуется ознакомиться с геологическими, гидрогеологическими, почвен­ными, климатическими и гидрологическими картами. В случае, когда проектируемый трубопровод располагается в горных и сейсми­чески опасных районах, а также в пределах тектонически сложных областей, необходимо изучить тектонические карты. При трассиро­вании трубопроводов в районах с сейсмичностью более 6 баллов сле­дует изучить специальные карты микросейсмического районирования, которые позволяют выбрать варианты трассы, наименее опасные в сей­смическом отношении. Такие карты составлены почти для всех насе­ленных районов с сейсмичностью более 6 баллов. Весьма полезными могут оказаться инженерно-геологические карты, составленные при изысканиях к проектам строительства крупных линейных сооруже­ний (железные дороги, линии высоковольтных электропередач, маги­стральные каналы и т. п.), если возможно строительство трубопровода параллельно этим сооружениям. Обычно это крупномасштабные карты, содержащие в достаточном объёме информацию, необходимую для выбора оптимального варианта трассы.

Для оценки ресурсов местных строительных материалов, которые могут быть использованы на строительстве трубопровода, и согласо­вания направления трассы на территории с эксплуатируемыми или разведанными месторождениями пластовых полезных ископаемых целесообразно пользоваться специальными картами полезных иско­паемых.

Большую пользу на стадии предварительных изысканий может ока­зать аэрофотосъёмка. Особенно важна аэрофотосъёмка при изыскании трасс в труднодоступной местности и в застроенных районах, где карты быстро устаревают и становятся малопригодными для трассиро­вания при решении таких вопросов, как обход застроенных зон, вы­бор разрывов между трубопроводом и железными и шоссейными доро­гами, а также между трубопроводом и мостами. Аэрофотосъёмка по­зволяет более точно и правильно намечать обходы трассой населенных пунктов, озер, болот и других естественных и искусственных препятст­вий. Наиболее удобным временем для аэрофотосъёмки считают позд­нюю осень или раннюю весну, когда земля не покрыта снегом, на рас­тениях нет листвы и влажность грунта максимальна. В это время достигается наиболее четкое отображение земной поверхности на фо­тоснимках. Ширина полосы фотографирования выбирается такой, чтобы можно было вносить коррективы в ранее намеченное направле­ние трассы, производить проектирование в этой полосе притрассовых дорог, линий связи, перекачивающих станций, вторых ниток трубо­провода и т. д.

По имеющейся карте можно наметить несколько вариантов трассы между начальными и конечными пунктами (с учётом при необходимости заданных промежуточных пунктов). Во многих случаях число воз­можных вариантов весьма велико, и для выбора оптимального вари­анта должна быть разработана надёжная методика и установлены кри­терии оптимальности. Наиболее признанными критериями оптималь­ности являются экономические: приведенные затраты, капитальные вложения и эксплуатационные расходы. В некоторых случаях в ка­честве критериев оптимальности можно принять металловложения, надёжность работы трубопровода, время строительства и вероятность его завершения в заданный срок и др. Как правило, желательно бы­вает в какой-то степени удовлетворить нескольким критериям. В этом случае критерии оптимальности следует расположить в порядке убы­вания «важности», определяемом в каждом конкретном случае в со­ответствии с требованиями, предъявляемыми заказчиком. Из всех сравниваемых трасс предпочтение отдают той, у которой наилучший первый по «важности» показатель. Если значения первого показателя у двух трасс или более одинаковы, то выбирается тот вариант, у ко­торого лучше второй показатель по «важности». Если и по этому по­казателю варианты равноценны, то сравнивают по третьему показа­телю, и т. д.

После предварительных изысканий и выбора трассы проводят окон­чательные изыскания и закрепление трассы на местности. Для этого трассу при большой протяженности трубопровода разбивают на участки. На каждый из участков направляется изыскательская пар­тия, состоящая примерно из 10 – 12 чел., в которую, кроме топогра­фов входят геолог, геофизик, гидролог и другие специалисты в за­висимости от конкретных условий.

Для получения плана трассы изыскательская партия ведет трасси­рование линии с помощью теодолита с закреплением этой линии на местности долговременными знаками. Одновременно ведется и пике­таж линии, т. е. разбивка трассы на местности или на плане на отрезки длиной 100 м. Измерение линии при разбивке пикетажа трассы осу­ществляют разбивкой кривых в натуре. Радиусы кривых естествен­ного изгиба задаются в зависимости от диаметра трубопровода еще до начала изысканий. На местности фиксируют начало и конец кри­вой и биссектрису. Разница между длиной двух тангенсов и кривой (домер) учитывается при разбивке пикетажа. Детальную разбивку кривой следует проводить при рытье траншеи. Кроме того, для состав­ления продольного профиля трассы выполняется нивелирование.

Местоположение перекачивающих станций определяется в соот­ветствии с гидравлическим расчётом. При выборе площадок для раз­мещения перекачивающих станций следует стремиться к снижению стоимости строительства, размещая площадки ближе к путям сооб­щения, источникам водо- и электроснабжения и культурно-бытовым объектам. Территория площадки по возможности должна удовлетво­рять следующим условиям: иметь спокойный рельеф, благоприятные грунтовые условия (несущая способность грунтов не менее 0,15 МПа, уровень грунтовых вод ниже глубины заложения фундаментов), пло­щадка не должна затапливаться паводковыми водами. На площад­ках перекачивающих станций производятся крупномасштабные съёмки с закреплением границ площадок долговременными знаками.

В результате топографических изысканий должны быть получены следующие материалы:

- план трассы масштаба 1: 25 000 с шириной снятой полосы съёмки 2 – 2,5 км; на план должны быть нанесены основные элементы ситуа­ции, железные, шоссейные и автогужевые дороги, границы населён­ных пунктов, площадки для строительства перекачивающих станций, а также границы административных районов и землепользователей;

- продольный профиль трассы; горизонтальный и вертикальный масштабы для профиля принимаются разными, так как в противном случае из-за небольшой по сравнению с длиной трассы разности от­меток пунктов вдоль неё профиль изобразится почти горизонтальной линией; обычно горизонтальный масштаб составляет 1: 10 000, а вер­тикальный – от 1: 200 до 1: 1000; для изображения инженерно-геологического строения трассы принимается вертикальный масштаб 1: 100; поскольку при нивелировании определяются отметки (высоты) всех пунктов трассы, её графический профиль имеет вид ломаной ли­нии; длину измеренной на местности линии откладывают в горизонталь­ном масштабе на графическом профиле по горизонтали, а превыше­ния – в вертикальном масштабе по вертикали; поэтому для опреде­ления по профилю расстояния между двумя пунктами трассы на мест­ности надо измерить это расстояние на профиле по горизонтали и, пользуясь коэффициентом горизонтального масштаба, вычислить ис­тинное расстояние между пунктами; ведомость землепользователей;

- каталоги реперов, закрепительных знаков, углов поворота и раз­ведочных выработок;

- документы согласований и сноса строений;

- планы площадок перекачивающих станций с планами и профилями внешних коммуникаций;

- пояснительная записка к материалам изысканий. На пересечениях трассой водотоков, оврагов, железных и шоссей­ных дорог проводятся более тщательные изыскания по переходам этих препятствий. По переходам составляют отдельную отчетную изыскательскую документацию, причём масштабы планов и профилей переходов принимаются крупнее, чем у обычных планов и профилей трассы.

Вследствие того, что разность отметок (в пределах 300 м) в отличие от нефтепровода не влияет на гидравлические параметры потока в га­зопроводе, для магистральных газопроводов составляют спрямленные профили (в виде горизонтальной линии), характеризующие трассу преимущественно по инженерно-геологическим условиям.

Геологические, гидрогеологические и геофизические изыскания.

Сбор климатологических и гидрометрических данных.

Прочие изыскания:

Изыскания по энергоснабжению перекачивающих станций.

Изыскания по водоснабжению и канализации.

Обследование дорожной сети.

Изыскания по организации работ.

Отвод земель.

Геологические, гидрогеологические и геофизические изыскания. Для выявления грунтовых условий, в которых будет находиться во время эксплуатации трубопровод, а также для организации земляных работ надо знать, какие грунты находятся на трассе, границы их за­легания, характеристики и класс по трудности разработки. Для по­лучения таких данных проходят разведочные выработки (скважины или шурфы) на глубину 2,5 – 6 м. Число выработок на 1 км трассы принимается от 1 до 4 в зависимости от характера местности и грунтов. Для проходки скважин применяют специальные буровые станки, смонтированные на автомобиле или прицепе. Отобранные из вырабо­ток грунты подвергаются в лаборатории анализам и испытаниям для определения объёмной массы, влажности, гранулометрического состава и т. п.

В ходе гидрогеологических изысканий определяются уровень грун­товых вод по трассе и его изменение в течение года (по данным метео­станций), а также уровень паводковых вод.

Основная задача геофизических работ на трассе – определение удельного сопротивления, а следовательно, и коррозионной актив­ности грунтов для проектирования мероприятий по защите трубопровода от коррозии. Данные, полученные при электроразведке, мо­гут быть использованы в качестве дополнения к характеристикам грунтов, установленным при анализе проб. Полученные при геологи­ческих изысканиях данные наносят на продольный профиль трассы.

Сбор климатологических и гидрометрических данных. Климатологические данные необходимы как для проектирования со­оружений трубопровода, так и для составления проекта организации работ. Для гидравлического расчёта трубопровода надо знать темпе­ратуры грунтов на глубине укладки трубопровода в различные вре­мена года. Толщина снежного покрова влияет на тепловой режим, а следовательно, на гидравлический режим в трубопроводе. От глу­бины промерзания грунтов зависит глубина заложения фундаментов зданий. Сроки проведения различных работ, подбор строительных машин и материалов во многих случаях также зависят от климатиче­ских условий. Многолетние климатологические данные можно полу­чить у метеорологических станций, находящихся в районах прохож­дения трассы.

По всем водным преградам, пересекаемым трассой трубопровода, должны быть собраны гидрологические и гидрометрические данные, а на переходах через крупные и иногда через средние реки выпол­няются специальные гидрогеологические работы во время изысканий на трассе. В результате должны быть получены следующие материалы: данные о горизонте воды на день съёмки, а также данные о меженном горизонте и горизонте паводковых вод; графики колебаний горизон­тов воды за многолетний период; характеристика ледового режима, а также сроки ледохода и ледостава; данные о скоростях течения по периодам года; качественная характеристика воды.

Обязательно должен быть указан определенный по данным много­летних измерений горизонт верхних вод 10 %-ной обеспеченности (ГВВ 10 %-ной обеспеченности – уровень, выше которого вода под­нимается один раз за 10 лет), а для горных рек ГВВ 2 %-ной обеспе­ченности, так как по этим горизонтам устанавливаются границы под­водного перехода и определяются места установки отключающей за­порной арматуры. При ширине заливаемой поймы более 500 м по уровню воды при 10 %-ной обеспеченности и при ширине реки в ме­жень менее 75 м надо определять горизонт верхних вод 10 %-ной обеспеченности 20-дневного стояния (уровень, выше которого вода стоит в течение 20 дней в году один раз за 10 лет). Определяют также ГВВ 1 %-ной обеспеченности. Два последних горизонта также нужны при проектировании подводного речного перехода.

Прочие изыскания:

Изыскания по энергоснабжению перекачивающих станций. Перекачи­вающие станции магистральных трубопроводов являются крупными потребителями энергии. Установленная мощность станции может достигать десятков тысяч киловатт. Поэтому вопросы энергообеспечения трубопроводов являются одними из важнейших и самых слож­ных. В ходе изысканий должны быть изучены все возможности уде­шевления энергоснабжения, так как расход электроэнергии является самой большой статьей эксплуатационных расходов. Вопрос энерго­снабжения компрессорных станций, расположенных вдали от промышленно развитых районов, решается установкой двигателей внут­реннего сгорания (поршневых и турбин), работающих на перекачи­ваемом газе, хотя при этом недостаточно эффективно используется энергия газа. Привод насосов на станциях нефтепроводов и нефтепро­дуктопроводов в большинстве случаев осуществляется от электродви­гателей. В процессе изысканий следует выявить возможность полу­чения электроэнергии от электростанций или трансформаторных под­станций, определить длину линий электропередачи, параметры тока (напряжение, частоту), стоимость электроэнергии близлежащей энер­госистемы и т. д. Изысканиями должна быть также определена воз­можность получения энергии для нужд строительства на площадках перекачивающих станций.

Изыскания по водоснабжению и канализации. Для водоснабжения могут быть использованы коммунальные и промышленные водопро­воды, естественные и искусственные водоемы, грунтовые и подземные воды. В зависимости от качества воды одни источники могут быть при­годны только для обеспечения водой технических нужд станций, а другие источники – для технических и питьевых нужд. В районе расположения перекачивающих станций должны быть разведаны все возможные источники водоснабжения, а также определены качество воды, дебит имеющихся капотажных сооружений и условия строи­тельства новых водозаборов. Иногда проводят электроразведочные работы, с помощью которых выявляют участки с грунтовыми или под­земными водами. Если предполагается использовать грунтовые или подземные воды, соответственно проходят выработки или бурят сква­жины для определения глубины залегания, мощности и эксплуата­ционных ресурсов водоносного горизонта, химического состава воды и др. Изыскатели должны изучить возможные пути сброса промыш­ленных и бытовых стоков с учетом недопустимости загрязнения ок­ружающей среды. Любой из вариантов согласовывают с местной гос­санинспекцией и коммунальным отделом администрации.

Обследование дорожной сети. Обследуют все дороги, которые мо­гут быть использованы при строительстве для перевозки материалов и оборудования и во время эксплуатации. Должны быть выявлены назначение и класс дороги, типы покрытий, ширина проезжей части, состояние мостов и их несущая способность, возможность использо­вания дорог по временам года, планы строительства новых дорог и ре­монт существующих (по данным дорожных отделов и плановых ко­миссий местных администраций). В случае необходимости строительства новых дорог проводят соответствующие изыскания по их трассам.

Изыскания по организации работ. В ходе этих изысканий надо выя­вить местные ресурсы строительных материалов для строительства дорог, линейной части и перекачивающих станций трубопроводов. Обычно местные плановые органы располагают данными обо всех извест­ных месторождениях, могут информировать о степени разработанно­сти месторождений, о состоянии подъездных путей, об условиях по­лучения материалов и т. п. Необходимо получить данные по произ­водству в районе строительства сборного железобетона и стеновых материалов, выяснить расположение промышленных предприятий, которые могут выполнять заказы организаций, строящих трубопро­вод, а также выявить условия выполнения этих заказов. Следует оп­ределить и согласовать железнодорожные станции, порты и пристани, где можно организовать выгрузку и временное хранение труб и мате­риалов, поступающих на строительство. Кроме того, необходимо выя­вить наличие прирельсовых складов и площадок, разгрузочных ту­пиков, возможности постройки новых разгрузочных тупиков и скла­дов, состояние подъездных путей к местам выгрузки и складирования. Поскольку строительство трубопровода носит временный характер, во многих случаях целесообразнее привлекать рабочих на местах. Поэтому изыскатели должны определить районы и пути вербовки рабочих. Надо выявить возможность расселения рабочих вблизи пло­щадок строительства перекачивающих станций, наличие поблизости культурно-бытовых учреждений, больниц, магазинов и предприятий общественного питания.

Отвод земель. На период строительства одного магистрального подземного трубо­провода во временное пользование отводится полоса земли опреде­ленной ширины, установленной «Нормами отвода земель для маги­стральных трубопроводов», утвержденными Госстроем СССР. Ширину полосы земель, отводимых во временное поль­зование на период строительства двух параллельных магистральных подземных трубопроводов и более, следует принимать равной ши­рине полосы отвода земель для одного трубопровода, плюс расстояние между осями крайних трубопроводов. Расстояние между осями смежных трубопроводов следует принимать по существующим нормам.

Размеры площадок, отводимых под перекачивающие станции, оп­ределяются проектом.

Отвод полосы земли установленной ширины вызван необходимостью устройства грунтовой дороги, ведением работ по укладке трубопро­вода, строительством в ряде случаев столбовой линии связи.

Для прокладки трубопровода следует по возможности отводить малоценные, не используемые для сельского хозяйства земли. Про­хождение трассы и отвод под неё земель, находящихся в ведении го­сударственных организаций, должны быть согласованы с местными администрациями, а земель, находящихся в частном пользовании, – с владельцами.

Требования, предъявляемые к трубам и материалам

См.лекции в тетради СиЭ ГНП стр 40

Учебник Алиева, стр 44

Из инета с КР:

Для строительства магистральных газопроводов должны применяться трубы стальные бесшовные, электросварные прямо шовные, спиралешовные и другие специальные конструкции, изготовленные из:

– спокойных и полуспокойных углеродистых, реже легированных сталей диаметром до 50 миллиметров включительно;

– спокойных и полуспокойных низколегированных сталей диаметром до 1020 миллиметров;

– низколегированных сталей в термически или термодинамически упрочнённом состоянии для труб диаметром до 1420 миллиметров;

Трубы бесшовные следует применять по ГОСТ8731–87, ГОСТ8732–87, ГОСТ8734–75, группы В. При соответствующем технико-экономическом обосновании можно использовать по ГОСТ9567–75. Трубы стальные электросварные диаметром до 800 миллиметров по ГОСТ20295–85. Для труб диаметром свыше 800 миллиметров по техническим условиям, утверждённым в установленном порядке с выполнением при заказе и приёмке труб требований, перечисленных ниже.

Трубы должны иметь сварное соединение, равнопрочное основному металлу трубы. Сварные швы труб должны быть плотными, непровары и трещины любой протяжённости и глубины не допускаются. Отклонение от номинальных размеров наружных диаметров торцов труб не должны превышать величин, приведённых в ГОСТах, а для труб диаметром свыше 800 миллиметров не должны превышать плюс минус 2 миллиметра.

Овальность концов труб, то есть отношение разности между наибольшими и наименьшими диаметрами в одном сечении к номинальному диаметру, не должна превышать 1%.

Кривизна труб не должна превышать 1,5 миллиметров на 1 метр длины, а общая кривизна не более 0,2% длины трубы.

Длина поставляемых заводом труб должна быть в пределах 10,5 – 11,6 метров.

Трубы диаметром 1020 миллиметров и более должны изготавливаться из листовой и рулонной стали, прошедшей 100% контроль физическими неразрушающими методами.

Отношение предела текучести к временному сопротивлению (то есть пределу прочности) и относительное удлинение металла труб должны удовлетворять требования СНиП.

Кольцевые сварные соединения должны выполняться с применением дуговых методов сварки (в том числе ручной, автоматической под флюсом, механизированной в среде защитных газов, механизированной само защитной порошковой проволокой), а также электроконтактной сваркой – оплавлением.

Сталь труб должна хорошо свариваться.

Пластическая деформация металла в процессе производства труб (экспандирование) должно быть не более 1-2%.

В металле труб не допускается наличие трещин, плён, закатов, а также расслоений длиной более 80 миллиметров в любом направлении. Расслоение любого размера на торцах труб и в зоне шириной 25 миллиметров от торца не допускается.

Зачистка внешних дефектов труб (кроме трещин) допускается при условии, что толщины стенки труб после зачистки не выходят за пределы допусков на толщину стенки.

Сварные соединения труб должны иметь плавный переход от основного металла к металлу шва без острых углов, подрезов, непроваров, утяжек, осевой рыхлости и других дефектов в формировании шва. Усиление наружного шва для труб с толщиной стенки до 10 миллиметров должно находиться в пределах 0,5 – 2,5 миллиметров, а более 10 миллиметров 0,5 – 3 миллиметров. Высота усиления внутреннего шва должна быть не менее 0,5 миллиметров.

Смещение наружного и внутреннего слоёв заводского сварного шва не должно превышать 20% толщины стенки при толщине до 16 миллиметров и 15% более 16 миллиметров.

Концы труб должны быть обрезаны под прямым углом и иметь раздел кромок под сварку. Форма разделки кромок определяется техническими условиями.

Каждая труба должна проходить на заводах изготовителях испытания гидростатическим давлением.

Все сварные соединения труб должны быть полностью проверены физическими не разрушающимися методами контроля (ультразвуком с последующей расшифровкой дефектных мест расшифровкой просвечиванием).

Образование нефтяных эмульсий и их основные свойства

 

Образование эмульсий уже начинается при движении нефти к устью скважины и продолжается при дальнейшем движении по промысло­вым коммуникациям, т. е. эмульсии образуются там, где происходит непрерывное перемешивание нефти и воды. Интенсивность образова­ния эмульсий в скважине во многом зависит от способа добычи нефти, который, в свою очередь, определяется характером месторождения, периодом его эксплуатации и физико-химическими свойствами самой нефти.

В эмульсиях принято различать две фазы – внутреннюю и внеш­нюю. Внешнюю фазу – жидкость, в которой размещаются мельчайшие капли другой жидкости, называют дисперсионной, внешней или сплошной средой. Внутреннюю фазу – жидкость, находящуюся в виде мелких капель в дисперсионной среде, принято называть дисперсной, разобщенной или внутренней фазой.

По характеру внешней среды и внутренней фазы различают эмуль­сии двух типов: нефть в воде (н/в) и вода в нефти (в/н). Тип образую­щейся эмульсии в основном зависит от соотношения объёмов двух фаз; внешней средой стремится стать та жидкость, объём которой больше. На практике наиболее часто (95 %) встречаются эмульсии типа в/н.

На способность эмульгирования нефти и воды кроме соотношения фаз оказывает влияние присутствие эмульгаторов, т. е. веществ, которые способствуют образованию эмульсии. Они понижают поверх­ностное натяжение на границе раздела фаз и создают вокруг частиц внутренней фазы прочные адсорбционные оболочки. Эмульгаторы, растворимые в воде, способствуют созданию эмульсии нефть в воде. К таким гидрофильным эмульгатором относятся щелочные мыла, же­латин, крахмал и др. Гидрофобные эмульгаторы (растворимые в нефти) способствуют образованию эмульсий типа в/н.

Нефтяные эмульсии характеризуются вязкостью, дисперсностью, плотностью, электрическими свойствами и стойкостью. Вязкость неф­тяной эмульсии изменяется в широких диапазонах и зависит от собст­венной вязкости нефти, температуры образования эмульсии, соотно­шения количеств нефти и воды и температуры эмульсии.

Дисперсностью эмульсии принято называть степень раздроблен­ности капель внутренней фазы во внешней среде. Дисперсность ха­рактеризуется одной из трёх взаимосвязанных величин: диаметром капель d, обратной величиной диаметра капель D = 1/ d, обычно на­зываемой дисперсностью; удельной межфазовой поверхностью, кото­рая является отношением суммарной поверхности частиц к их общему объёму.

В зависимости от физико-химических свойств нефти и воды, а также от условий образования эмульсий размеры капель могут быть самыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 мкм до нескольких десятых миллиметра.

Плотность нефтяных эмульсий определяется по формуле для смеси нескольких жидкостей:

,

где r_э, r_в, r_н – плотность эмульсии, воды и нефти при заданной температуре соответственно; q – содержание воды.

Электропроводность чистых нефтей колеблется от 10^-9 до 10^-14 См/м, т. е. смесь из этих двух компонентов является хорошим диэлектриком. Однако при растворении в воде незначительного ко­личества солей или кислот резко увеличивается электропроводность воды, а следовательно, и эмульсии. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в элек­трическом поле. Это объясняется различной диэлектрической прони­цаемостью воды и нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля.

Стойкость (устойчивость) эмульсий, т. е. способность в течение определенного времени не разделяться на составные компоненты, яв­ляется самым важным показателем для водонефтяных смесей. Чем выше устойчивость эмульсии, тем труднее процесс деэмульсации. Нефтяные эмульсии обладают различной стойкостью. На устойчивость водонефтяных эмульсий значительное влияние оказывают следующие факторы: дисперсность системы; физико-химические свойства эмуль­гаторов, образующие оболочки вокруг капель воды; наличие на гло­булах внутренней фазы электрического заряда; температура эмуль­сии; состав пластовых вод.

При всех прочих равных условиях устойчивость эмульсий тем выше, чем больше дисперсность. Устойчивость эмульсий в большой степени зависит от состава компонентов, входящих в защитную обо­лочку, которая образуется на поверхности капли. В процессе существо­вания эмульсий происходит упрочнение бронирующей оболочки, так называемое «старение» эмульсии. Установлено, что поверхностные слои обладают аномальной вязкостью, и со временем вязкость брони­рующего слоя возрастает в десятки раз.

Наличие электрических зарядов на поверхности глобул увеличи­вает стойкость эмульсий. Чем больше поверхностный заряд капель, тем труднее их слияние и тем выше стойкость эмульсии. В статиче­ских условиях дисперсная система электрически уравновешена, что повышает устойчивость эмульсии.

С повышением температуры уменьшаются вязкость нефти и меха­ническая прочность бронирующего слоя, что снижает устойчивость эмульсии. Существенно влияет на устойчивость нефтяных эмульсий состав пластовой воды.

 

Стабилизация нефти

 

Под стабилиза­цией нефти следует понимать извлечение легких углеводородов, ко­торые при нормальных условиях являются газообразными, для даль­нейшего их использования в нефтехимической промышленности. Сте­пень стабилизации нефти, т.е. степень извлечения легких углеводо­родов, для каждого конкретного месторождения зависит от количества добываемой нефти, содержания в ней легких углеводородов, возмож­ности реализации продуктов стабилизации, технологии сбора нефти и газа на промысле, увеличения затрат на перекачку нефти за счет повышения вязкости после стабилизации из-за глубокого извле­чения легких углеводородов, влияния стабилизации на бензиновый фактор нефти.

Существует два различных метода стабилизации нефти – сепара­ция и ректификация.

Сепарация – отделение от нефти легких углеводородов и сопутст­вующих газов одно- или многократным испарением путём снижения давления (часто с предварительным подогревом нефти).

Ректификация – отбор из нефти легких фракций при одно- или многократном нагреве и конденсации с чётким разделением углеводо­родов до заданной глубины стабилизации.

Для стабилизации нефти на промыслах используют в основном метод сепарации. Сосуд, в котором происходит отделение газа от нефти, называют сепаратором. В сепарационных установках проис­ходит и частичное отделение воды от нефти. Применяемые сепараторы можно условно подразделить на следующие основные типы: по прин­ципу действия – гравитационные, центробежные (гидроциклонные), жалюзийные, ультразвуковые и др.; по геометрической форме и по­ложению в пространстве – сферические, цилиндрические, вертикаль­ные, горизонтальные и наклонные; по рабочему давлению – высо­кого давления (более 2,5 МПа), среднего (0,6 – 2,5 МПа), низкого (0 – 0,6 МПа), вакуумные; по назначению – замерные и рабочие; по месту положения в системе сбора – I, II, концевой ступеней се­парации.

В сепараторах любого типа по технологическим признакам раз­личают четыре секции: I – основную сепарационную, в которой про­исходит отделение газа от нефти; II – осадительную, предназначен­ную для выделения пузырьков газа, увлеченных нефтью из сепарационной секции; III – секцию отбора нефти, служащую для сбора и отвода нефти из сепаратора; IV – каплеуловительную, находя­щуюся в верхней части аппарата и служащую для отвода газа и улав­ливания капельной нефти, уносимой потоком газа.

Эффективность работы аппаратов характеризуется количеством жидкости, уносимой газом, и количеством газа, оставшегося в нефти после сепарации. Чем ниже эти показатели, тем более эффективна работа аппарата.

Конструктивные особенности промысловых сепараторов.