В статье приведен анализ методов очистки магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов от различного рода осадков, образования внутренних газовоздушных скоплений и воды, предложен метод очистки нефтепродуктопроводов с помощью гелевого поршня, представляющего собой высоковязкую и вязкоупругую жидкость, применение которого возможно в трубопроводах переменного диаметра или в трубопроводах, имеющих сужения или места для установки приборов.
Ключевые слова: очистка, нефтепродуктопровод, отложения, пропуск очистного устройства, высоковязкий полимер, гелевый поршень
Самым важным приоритетом экономической политики Казахстана является укрепление позиций республики в региональном энергетическом пространстве. Казахстан входит в двадцатку крупнейших производителей углеводородов, нефтегазовый сектор составляет до 25 % бюджета страны. Ключевой задачей для Казахстана является диверсификация и гарантия стабильных каналов поставок энергоресурсов республики на мировые рынки. Реализация этой задачи не возможна без дальнейшего расширения и развития транспортной инфраструктуры.
На трубопроводный транспорт приходится основной объем экспорта нефти, поэтому реализация проектов экспортных трубопроводов приобретает особую важность.
Вследствие 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 трубопровода. При этом удельные расходы электроэнергии на транспорт углеводородов возрастают [1].
Уменьшение объемов трубопроводного транспорта нефтепродуктов может привести к тому, что некоторые нефтепроводы окажутся недогружёнными от проектной производительности.
Практически это заставляет либо уменьшать скорости перекачки, либо работать циклически, с частыми остановками. И то, и другое провоцирует процессы образования водяных и газовых скоплений. Уменьшение объемов перекачки дополнительно увеличивает абсолютную шероховатость стенок труб, ускоряет процессы образования внутритрубных отложений различной природы, увеличивает темпы коррозионного износа внутренней поверхности трубопроводов.
Наряду с уменьшением уровня надежности эксплуатации эти процессы способствуют и увеличению гидравлического сопротивления нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, что в конечном итоге приводит к росту удельных энергозатрат на транспорт нефти и нефтепродуктов.
Эффективным способом уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводов является очистка его внутренней полости тем или иным методом, в основном применяют пропуск очистного устройства.
Если длительно эксплуатировать трубопроводную систему не используя систему очистки, то в большинстве случаев несущая способность действующих в настоящее время нефтепроводов и нефтепродуктопроводов может быть ослаблена настолько, что создание дополнительного перепада давления, необходимого для вытеснения жесткого разделительного манжетного устройства, будет способна разрушить трубопровод.
Кроме того, существующие системы нефтепродуктопроводов отличаются наличием большого количества местных сопротивлений и переходов на различные диаметры, что делает невозможной в ряде случаев очистку этих систем без вскрытия линейной части и извлечения очистных устройств.
В связи с этим особое значение приобретают исследования, направленные на создание специализированных систем, способных осуществлять очистку действующих нефтепродуктопроводов (НПП).
При эксплуатации НПП на внутренней поверхности труб образуются смолистые отложения, а также металлоотслоения и окалина, являющиеся результатом непрерывной коррозии металла. По этой причине в перекачиваемых по трубопроводу нефтепродуктах имеются механические примеси, ухудшающие их качество. Таким образом, с момента сооружения и до конца эксплуатации существует необходимость в очистке их внутренней полости. Эту операцию производят одним из следующих способов: промывкой с пропуском очистных поршней или поршней-разделителей, продувкой с пропуском очистных поршней, а при необходимости и поршней-разделителей, продувкой без пропуска очистных поршней.
Существуют три вида очистки нефтепродуктопровода (рис.1).
Обычно для этого пользуются механическими средствами — шарами, скребками и т. п. Однако есть случаи, при которых применение подобных способов ограничено. А именно:
‒ когда трубопровод не оборудован камерами для запуска и приема скребка;
‒ когда «нитка» имеет переменный диаметр;
‒ когда на участках присутствует большое количество «местных факторов сопротивления»;
‒ когда очистка трубопровода невозможна из-за пониженной прочности его стенок вследствие коррозии и т. д.
Рис. 1. Классификация видов очистки нефтепродуктопроводов
«Прогонка» по такому трубопроводу резинового шара приводит лишь к «размазыванию» и незначительному удалению парафиновых отложений, механические же скребки вообще «грешат» своими «нештатными остановками», разрушая или закупоривая нефтепровод выносимыми скоплениями [2].
В последние годы большое внимание уделяется технологии очистки трубопроводов с помощью гелевых поршней на основе сшитых полимерных систем. Это обусловлено тем, что известные конструкции механических очистных устройств не могут эффективно использоваться в трубопроводах переменного диаметра или в трубопроводах, имеющих сужения или места для установки приборов, что создает опасность их остановки, разрушения или закупорки трубопровода выносимыми отложениями или самим очистным устройством.
В мировой практике получило распространение использование гелевых композиций, которые в комбинации с механическими скребками или без них могут быть использованы для:
‒ удаления мусора и отложений из полости труб;
‒ разделения перекачиваемых продуктов;
‒ удаления жидкостей и вытеснения газа;
‒ нанесения антикоррозионных покрытий на внутреннюю поверхность труб;
‒ создания баростойких заглушек для аварийного перекрытия сечения трубопроводов.
В качестве гелевых поршней могут быть использованы высоковязкие и вязкоупругие жидкости, характеризующиеся неньютоновским течением. Состав и концентрации гелевых композиций подбираются в зависимости от условий их применения [3].
Гелевые поршни, которые представляют собой высоковязкие и вязкоупругие жидкости, по сравнению с механическими, имеют следующие преимущества:
‒ могут проходить по трубам разного диаметра;
‒ не повреждаются при проходе через сужения и различные препятствия;
‒ обеспечивают хорошее гидравлическое уплотнение, т. е. могут использоваться в качестве разделителей;
‒ повышают эффективность химической обработки, когда между пробками или в их состав включается ингибитор или другой реагент;
‒ выносят механические примеси из труб перед механическими скребками;
‒ могут быть использованы без стандартных камер пуска и приема очистных устройств.
Еще одна задача, которая может быть решена с применением гелевых композиций, заключается во временной герметизации линейных задвижек от протечек нефти или нефтепродуктов через неплотности клинового затвора и временной герметизации отверстий в трубопроводе при несанкционированных врезках.
Высоковязкие гели водорастворимых полимеров используются в трубопроводах для послойного удаления парафиновых отложений, водные растворы полимеров средней вязкости — для предотвращения процесса их образования.
Высокая эластичность восьмипроцентного геля на основе полиакриламида (ПАА) и низкое статическое напряжение сдвига обеспечивают легкое скольжение полимерной «пробки» через местные сопротивления нефтепроводов.
Водные растворы полимера образуют пристенное адсорбционное покрытие, которое обеспечивает минимальное трение нефти и воды, а также предотвращают образование кристаллических отложений на стенке трубы в течение определенного периода (до 100 суток), разрыхляют пристенные отложения и облегчают их последующий вынос [4, 5].
Высоковязкие полимеры позволяют решить проблему очистки новых магистральных трубопроводов, сооружаемых в болотистой местности и в зимнее время, вследствие чего их продувка и очистка выполняются недостаточно эффективно. Наличие в этих трубопроводах глины, песка, монтажных выступов, вмятин, сужений и строительных деталей не позволяет очистить их механическими средствами.
Типовая схема загрузки высоковязкого геля на магистральном нефтепродуктопроводе (см. рис. 2)
Рис. 2. Схема загрузки высоковязкого геля ПАА в камеру пуска скребка нефтепродуктопровода: 1 — грузовая машина с бочками товарного ПАА; 2 — наклонный деревянный лоток; 3 — камера; 4, 5, 6, 7 — регулирующие задвижки; 8 — начальный участок нефтепродуктопровода
Таким образом, в решении экономических и социальных задач трубопроводный транспорт приобрел важное народнохозяйственное значение. Объем транспортируемой по трубопроводам нефти и нефтепродуктов составляет 93 % от общего объема транспортировки [6]. Транспортировка нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам вызывает необходимость обеспечения надежной работы трубопроводных систем.
Нефтепродуктопроводы в процессе эксплуатации подвергаются сильнейшему воздействию различных вредных факторов. Поэтому первоочередной задачей является поддержание трубопроводов в работоспособном состоянии, регулярной диагностики и очистке внутренней полости. Необходима также своевременная реконструкция устройств и систем, обеспечивающих бесперебойную и качественную работу всей трубопроводной сети в целом.
Литература:
- Губин В. Е. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов / В. Е. Губин, В. В. Губин. — М.: Недра, 1982. — 246 с.
- Ахмадуллин K. P. Перспективы применения полимерных гелей в трубопроводном транспорте / К. Р. Ахмадуллин и [др.] // Межвузовский сборник научных статей. Нефть и газ. — Уфа: УГНТУ, 1997. -№ 1. — С. 159–160.
- Ахмадуллин К. Р. Гидравлическое испытание действующего магистрального нефтепродуктопровода / К. Р. Ахмадуллин, Р. Х. Хажиев // Транспорт и хранение нефтепродуктов. — М., 2002. — Вып. 12. — С. 3–8.
- Асадуллина Г. М. Управление эксплуатационными характеристиками гелевых систем в трубопроводном транспорте / Г. М. Асадуллина // Нефтегазовое дело. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. — том 8. — № 1. — С. 56–60.
- Соколова Г. М. Исследование реологических свойств гелевых поршней, применяемых в трубопроводном транспорте углеводородов / Г. М. Соколова // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2010. — № 3. — С. 7–11.
- Ахияров Д. Т. Влияние вязкоупругих свойств гелей на их применение в операциях трубопроводного транспорта / Д. Т. Ахияров, Г. М. Асадуллина, Г. Е. Коробков // 59-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. тез. докл. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008. — Кн. 1. — С. 34.
