задача, ГРП. реферат.статья. Гидромеханическое устройство для очистки внутренних труб от парафиновых отложений
 Скачать 95.26 Kb.
|
|
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННИХ ТРУБ ОТ ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Реферируемый текст представляет собой статью Р.Н. Бахтизина, И.Р. Кузеева, М.С. Габдрахимова, А.Н. Миннивалеева, опубликованную в журнале (Нефтяное хозяйство,2020,№2) Статья называется гидромеханическое устройство для очистки внутренних труб от парафиновых отложений. Статья посвящена проблеме образования твердых отложений парафина, содержащейся в нефти, на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ). В этой статье изучен имеющийся материал по данной тематике; рассмотрены существующие методы очистки труб от парафиновых отложений; разработана схема и конструкция гидромеханического устройства, применяющегося для очистки внутренней поверхности НКТ от парафиновых отложений; проведены лабораторные и практические испытания разработанного устройства. Установлено, что гидромеханические методы очистки от парафиновых отложений являются наиболее эффективными. В основной части говорится об одним из неблагоприятных факторов, существенно осложняющих эксплуатацию нефтедобывающих скважин, котором является образование твердых отложений парафина, содержащейся в нефти, на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ). Их наличие в значительной степени увеличивает гидравлические потери при добыче скважинной продукции из-за уменьшения внутреннего проходного сечения НКТ. Значительное место отводится отложению парафина на внутренней поверхности НКТ. Это происходит вследствие снижения температуры добываемой скважинной продукции в процессе ее подъема на поверхность, а также снижения значения давления скважинной продукции до давления насыщения и ниже. Как следствие это ведет к снижению дебита скважин и наработки на отказ оборудования, повышению гидравлического давления в системе нефтесбора, увеличению количества подземных ремонтов скважин, негативно сказывающихся на себестоимости добываемой нефти. Среди перечисленных вопросов наиболее интересным, с моей точки зрения, является вопрос о удалении отложений парафина с внутренней поверхности внутрискважинного оборудования и трубных систем. Для этого наиболее распространены механические и химические методы. Для удаления отложений парафина в промысловых трубопроводах систем нефтесбора используют полиуретановые поршни и шары. Создание метода удаления парафиновых отложений механическим способом, использующего для его реализации гидравлическую энергию потока жидкости, позволит существенно повысить эффективность решения поставленной задачи. Для предупреждения и профилактического удаления (АСПО) применяются тепловые, механические, магнитные, электронагревательные и химические методы, эффективность которых зависит от способа добычи нефти, состава и свойств добываемой нефти [1]. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, а также область эффективного применения [2]. Хотелось бы остановиться на вопросе ликвидации отложений парафина растворителями. В промысловых условиях для удаления парафиноотложений с внутренней поверхности НКТ широко распространен тепловой метод воздействия горячей нефтью с использованием серийно выпускаемых передвижных агрегатов 1АДН-4-150 [3]. Для повышения эффективности удаления АСПО этим методом предлагается применить комбинированный способ очистки - тепловой и вибрационный[4]. Исследованиями многих авторов установлено[5], что наложение вибрационного воздействия приводит к разрушению структурной сетки парафиновых углеводородов, при этом вязкий флюид приобретает способность к течению. Для реализации этого метода очистки парафиноотложений испытаны несколько типов источников акустических колебаний: - магнитострикционные излучатели, возбуждающие ультразвуковые колебания частотой 22 кГц; - гидродинамические, преобразующие энергию потока жидкости в акустические колебания [3]. Результаты воздействия акустических излучателей на процесс формирования парафиноотложений оказались малоуспешными из-за локального характера распространения акустических колебаний и низкой надежности излучателей. На устье и кустах [4] для очистки HКТ от твердых АСПО рекомендуется промывка с применением гидромеханического вибрационного устройства, снабженного роторным механизмом, с режущими и калибрующими резцами [6]. Важно отметить, что устройство (см. рисунок 1) состоит из статора 1, имеющего осевой проходной канал 2, ротора 3, установленного на опоре 4 и снабженного режущими 5 и калибрующими 6 ножами. В статоре и роторе выполнены проточные каналы 7 и 8, направленные противоположно друг к другу. Для регулировки зазоров между статором и ротором предусмотрена гайка 9. Герметизация зазора между статором и внутренней поверхностью НКТ выполняется с помощью уплотнения 10, установленного в канавке 11. Для обеспечения возможности применения устройства для удаления отложений парафинов в НКТ различной длины или на локальных ее участках, статор 1 оборудован штуцером 12 для присоединения гибкого шланга. Необходимо подчеркнуть принцип работы устройства. Так как проточные каналы 7 и 8 расположены под углом друг к другу, вытекающие из них струи жидкости создают реактивный момент из-за действия эффекта сегнерова колеса, вызывающий вращение ротора. В процессе вращения ротора проточные каналы в статоре периодически перекрываются, вызывая прекращение движения потока жидкости, сопровождаемое гидравлическим ударом. В результате гидравлического удара возникает усилие, позволяющее реализовать как автоматическое передвижение (осевую подачу) устройства внутри НКТ, так и динамическое (ударное) взаимодействие с отложениями парафина режущих 5 и калибрующих ножей 6. Последнее позволяет облегчить и ускорить процесс резания слоя отложений парафина. Таким образом, устройство позволяет в автоматическом режиме перемещаться внутри НКТ и в импульсном режиме осуществлять срезание отложений парафина с внутренней поверхности НКТ и их последующее удаление потоком промывочной жидкости. Частота гидравлических ударов регулируется изменением количества проточных каналов 7 и 8, а также числом оборотов ротора.
1- статор, 2- осевой канал,3- ротора,4- опора,5- режущие ножи,6- калибрующие ножи,7 и 8- проточные каналы, 9- гайка,10- уплотнения, 11- канавка, 12- штуцер Рисунок 1 Конструктивная схема устройства для очистки внутренней поверхности трубопроводов В целях обеспечения работоспособности очистного устройства в промысловых условиях по его прямому назначению, было проведено теоретическое исследование взаимодействия потока жидкости с проточными каналами 7 и 8 (см. рисунок 1). Были определены расчетные значения действующих сил и давлений, возникающих при этом взаимодействии, а также значение крутящего момента, необходимого для вращения ротора очистного устройства. Значение вращающего момента на роторе очистного устройства определяется по формуле  , (1)где Q – объемный расход жидкости; ρ – плотность жидкости;  ,  - проекции абсолютных скоростей на входе и выходе из ротора очистного устройства;α1 -угол между абсолютной и окружной скоростями потока жидкости на входе в ротор; α2 - угол между абсолютной и окружной скоростями потока жидкости на выходе из ротора очистного устройства; τср. – плечо воздействия жидкости на стенку ротора. Максимальное значение силы, обеспечивающего разрушение отложения слоя парафина толщиной 30 мм в НКТ диаметром 73 мм, определяется из выражения  (2)где S площадь слоя парафина толщиной 30 мм, срезаемая режущими ножами очистного устройства; σ – предельное напряжение сдвига парафина. Автор говорит что ,по результатам расчетов следует, что очистное устройство будет обеспечивать срезание парафиновых отложений в НКТ, так как значение силы, действующей на режущие ножи очистного устройства превышает максимальное значение силы, обеспечивающей срезание слоя парафина толщиной 30 мм. Автор пишет что, недостатком описанного устройства была необходимость создания осевой нагрузки на полую штангу, соединенную с очистным устройством, для обеспечения поступательного движения последнего внутри НКТ. В данной работе авторами предлагается усовершенствованное устройство, снабженное приводом, конструктивная схема которого представлена на рисунке 2. Установка привода позволяет повысить автоматизацию очистки НКТ, что обеспечивается отсутствием необходимости создания осевой нагрузки на штангу-под действие расхода и давления жидкости устройство самостоятельно движется в полости НКТ. Также следует отметить, что описанный ниже привод повышает эффективность процесса разрушения парафинна за счет создания вибрационного воздействия. Ниже представлена конструкция и результаты лабораторных и промысловых испытаний усовершенствованного устройства.  13 корпус; 14 шарик; 15 входной канал; 16 осесимметричные отверстия; 17 – центральное отверстие; 18 – полый упор; 19 – пружина Рисунок 2 Конструктивная схема привода очистного устройства Автор подробно описывает привод очистного устройства. Он состоит из полого корпуса 13, внутри которого размещен шарик 14. Корпус снабжен входным каналом 15 и четырьмя выходными каналами тремя осесимметричными отверстиями 16 и центральным отверстием 17. Шарик 14 поджимается пружиной 19. В корпус 13 посредством резьбового соединения закреплен полый упор 18. Автор рассматривает принцип работы привода очистного устройства. Привод работает следующим образом. При нагнетании жидкости через полый корпус шарик совершает продольные колебания. В связи с периодическим перекрыванием шариком входного и выходного каналов происходят гидроудары. Под воздействием осевых сил, возникающих при гидроударах, осуществляется поступательное движение привода очистного устройства. Значение амплитуды пульсации давления определятся из выражения ∆p= ρQ2  /2. (3)где ρ – плотность промывочной жидкости; Q – расход жидкости; S1 - площадь поперечного сечения осесимметричных отверстий; S4 - площадь поперечного сечения центрального отверстия; ε4 - коэффициент сжатия струи жидкости при ее истечении через центральное отверстие. Параметры значений перепада давления жидкости при работе привода очистного устройства определяются по результатам решения уравнения Бернулли. Автор останавливается на исследовании работы привода очистного устройства. Был разработан лабораторный стенд. Принципиальная схема стенда приведена на рисунке 3.  Б1 - рабочий бак; ВН - вентили; 1 - трубопровод; Д - двигатель; 2 – патрубок; 3 - толкатель устройства для очистки внутренней поверхности трубопроводов; Н - насос; 4 - датчики прибора Диана- 2М; 5 - автоматический прибор для замера вибраций; Б2 - мерный бак; 6 - патрубок для слива Рисунок 3 – Стенд для исследования работы привода устройства Стенд включает в себя приемный бак Б1, вентили ВН, трубопровод 1, центробежный насос Н, приводимый в действие электродвигателем М, патрубок 2 для подвода воды к испытуемому устройству, привод очистного устройства 3, датчики вибрации 4, виброанализатор модели «Диана-2М» 5 для регистрации и обработки параметров вибраций, замерный бак Б2, сливной патрубок 6. Стенд для исследования работы привода очистного устройства работает следующим образом. Жидкость из приемного бака Б1 насосом Н подается по трубопроводу 1 и патрубку 2 в испытательную камеру 3, в которой размещен привод в сборе с очистным устройством, являющийся источником вибраций, передаваемых на корпус испытательной камеры. Параметры вибрации, возникающих при работе привода очистного устройства, передаются датчиками 4 на виброанализатор модели «Диана-2М», который осуществляет их регистрацию и обработку. Лабораторный стенд позволяет проводить полномасштабное моделирование работы очистного устройства и его привода с регистрацией параметров вибрации, генерируемых работающим приводом устройства. Двухканальный виброанализатор «Диана-2М» предназначен для измерения вибрации вращающегося оборудования. На жидкокристаллическом дисплее виброанализатора отображаются следующие значения параметров вибрации: V виброскорость в мм/с, А виброускорение в мм/с2 и S виброперемещение в мкм. Виброанализатор «Диана-2М» оснащен виброакселерометрами пьезоэлектрического типа со встроенными предусилителями, обеспечивающими помехозащищенность и линейную характеристику регистрируемых значений параметров во всем частотном диапазоне измерений, а также высокую чувствительность измеряемых параметров. Виброанализатор может регистрировать и анализировать вибрационные процессы с высоким разрешением при помощи частотных спектров. Автор говорит что, для обработки результатов измерений было использовано программное обеспечение вибродиагностики «Атлант» и «Аврора-2000». Программа «Атлант» позволяет осуществлять хранение в компьютере вибросигналов и спектров. Передача информации из виброанализатора в компьютер осуществляется с использованием USB-порта. При проведении исследований на лабораторном стенде систематическая погрешность результатов измерений была обусловлена метрологической характеристикой средства измерения виброанализатором: ее значение не превышало 5 %. Расход жидкости при проведении лабораторных исследований определялся объемным способом. Планированием эксперимента было предусмотрено изучение влияния расхода жидкости (фактор х1), жесткости пружины (фактор х2) на СКО значения виброскорости привода очистного устройства (выходной параметр Y) путем постановки полнофакторного эксперимента с трехкратным дублированием проводимых опытов. В подтверждение своей мысли автор приводит следующие экспериментальные лабораторные исследования привода очистного устройства. Его работоспособность при расходе жидкости от 0,15 до 0,63 л/с. При указанном диапазоне расхода жидкости привод очистного устройства обеспечивает устойчивое виброперемещение очистного устройства. Экспериментально установлено, что максимальная скорость виброперемещения очистного устройства достигается при расходе жидкости от 0,55 до 0,63 л/с. После того, как лабораторные испытания были успешно пройдены, гидромеханическое устройство было подвергнуто практическим испытания. Они проводились для проверки работоспособности гидромеханического очистного устройства и определения эффективности очистки внутренней поверхности НКТ. Автор утверждает что, испытания гидромеханического очистного устройства проводились в цехе по ремонту и очистки НКТ ОАО «Сургутнефтегаз» НГДУ «Фёдоровскнефть». Испытания проводились на стенде схема, которого показана на рисуноке 4.  1 стеллаж; 2 рольганг; 3 – участок мойки и очистки НКТ; 4 участок дефектоскопии; 5 распределительный механизм; 6 линия контроля и приема; 7 участок сортировки труб. Рисунок 4 – Схема экспериментального стенда для проверки устройства Автор утверждает что, промысловые испытания опытной конструкции гидромеханического очистного устройства проводились согласно стандартному технологическому регламенту, утвержденному в НГДУ «Федоровскнефть». Согласно этому регламенту очистка НКТ от отложений парафина осуществляется промывкой их внутренней полости с использованием промывочной головки, установленной на штанге. Процесс очистки НКТ осуществляется возвратно-поступательным перемещением промывочной головки от одного конца НКТ до другого. При очистке НКТ от отложений парафина в промывочную головку подается вода под давлением 0,4÷0,5 МПа при температуре t = 90÷95 С. Средняя продолжительность очистки одной НКТ от мягких и рыхлых отложений парафина, имеющих минимальную толщину от одного до двух миллиметров, составляет в среднем 2 минуты, а мягких и рыхлых отложений парафина, имеющих максимальную толщину 10 мм, – 7 минут. При проведении промысловых испытаний опытной конструкции гидромеханического устройства процесс очистки происходил в автоматическом режиме при соблюдении тех же значений параметров температуры и давления нагнетания нагретой воды в очистное устройство, которые были установлены для стандартной технологии очистки НКТ в указанном НГДУ. При этих условиях испытаний использование опытной конструкции гидромеханического устройства позволило уменьшить продолжительность очистки одной НКТ от отложений парафина. Например, продолжительность очистки НКТ от мягких и рыхлых отложений парафина, имеющих минимальную толщину от одного до двух миллиметров, составила в среднем одну минуту 47 секунд, а мягких и рыхлых отложений парафина, имеющих максимальную толщину 10 мм, – в среднем 5 минут 12 секунд. Автор пишет что, в процессе проведения промысловых испытаний с использованием опытной конструкции гидромеханического устройства были очищены от отложений парафина 50 демонтированных НКТ. Таким образом, при использовании опытной конструкции гидромеханического устройства, разработанной при участии авторов настоящей работы, продолжительность очистки одной НКТ от мягких и рыхлых отложений парафина сократилось на 21 %. При проведении промысловых испытаний гидромеханического устройства для очистки 50 НКТ обеспечивалась I степень качества очистки поверхности НКТ, установленных ГОСТ 9.402-80. При проведении промысловых испытаний гидромеханического устройства расход рабочей жидкости составил 0,21 л/с. Данный расход необходим для обеспечения функционирования привода гидромеханического устройства, который установлен по результатам теоретических и лабораторных исследований. В заключение автор приходит к выводу о том, что разработанная конструкция устройства эффективна для гидромеханического удаления отложений парафина с внутренней поверхности НКТ, дополненная функциональной возможностью его автоматического перемещения по длине НКТ при ее очистке от парафина. Проведенные лабораторные и экспериментальные опыты разработанного устройства позволяют рекомендовать его для использования в промысловой практике. Список литературы 1 Миннивалеев, А.Н. Совершенствование очистки насосно-компрессорных труб [Текст] / А.Н. Миннивалеев, Л.М. Зарипова // Материалы всероссийской 39-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - в 3 т. – Уфа: УГНТУ, 2012. – т.3. - С. 211- 215. 2 Зарипова Л.М. Разработка низкочастотного гидродинамического пульсатора для повышения эффективности очистки от асфальтосмолопарафиновых отложений нефтепромысловых трубопроводов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Уфа, 2009. – 22 с. 3 Ибрагимов, Н.Г. Повышение эффективности добычи нефти на месторождениях Татарстана [Текст] / Н.Г. Ибрагимов. – М.: Недра, 2005. – 316 с. 4 Зарипова, Л.М. Вибрационные устройства для очистки внутренней поверхности нефтепромысловых труб [Текст] / Л.М. Зарипова, М.С. Габдрахимов, А.Н. Миннивалеев, Васильева Э.Р. // Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте 2013: сб. науч. трудов SWorld. – Одесса: КУПРИЕНКО СВ. - Выпуск 4, т. 14. - C. 30-37. 5 Прозорова К.В. Вибрационный способ и интегрирующие присадки для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений / К.В. Прозорова, Ю.В. Лоскутова, Н.В. Юдина, С.В. Рикконен // Нефтегазовые технологии . -2000.-№5.- с.13-16. 6 Патент на полезную модель 113181 Российская Федерация, МПК В 08 В 9/055. Устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов [Текст] / Габдрахимов М.С, Зарипова Л. М, Давыдов А.Ю., Миннивалеев А.Н.: Заявитель и патентообладатель Уфимский гос. нефт. ун-т.- заяв. 22.12.2010; опубл. 10.02.2012, Бюл. № 4. Транслитерированный список литературы 1 Minvaleev, A. N. Improving cleaning of pump-compressor pipes [Text] / A. N. Minnegaleev, L. M. Zaripova // Materials of all-Russian 39-th scientific-technical conference of young scientists, postgraduates and students. - in 3 t. – Ufa: USPTU, 2012. – vol.3. - P. 211 - 215. 2 Zaripova L. M. Development of a low-frequency hydrodynamic pulsator to improve the efficiency of purification from asphalt-resin-paraffin deposits of oilfield pipelines: autoref. dis. ... kand. Techn. sciences'. – Ufa, 2009. – 22 p. 3 Ibrahimov, N. G. Improving the efficiency of oil production in the fields of Tatarstan [Text] / N. G. Ibragimov. – Moscow: Nedra, 2005. – 316 p. 4 Zaripova, L. M. Vibration device for cleaning the internal surface of oilfield pipes [Text] / L. M. Zaripov, M. S. Gabdrakhimov, A. N. Minnegaleev, Vasilyeva E. R. // Perspective innovations in science, education, production and transport 2013: collection of scientific works. proceedings of SWorld. – Odessa: KUPRIENKO SV. - Issue 4, vol. 14. - P. 30-37. 5 Prokhorova K. V. vibration method and integrating additives for removal of asphalt-resin-paraffin deposits / K. V. Prozorova, Yu. V. Loskutova, N. V. Yudina, S. V. Rikkonen / / oil and Gas technologies . - 2000.- No. 5.- P. 13-16. 6 Patent for utility model 113181 Russian Federation, IPC 08 9/055. Device for cleaning the internal surface of pipelines [Text] / Gabdrahimov M. Zaripov, L. M., Davydov, A. Yu., Minnegaleev A. N.: Applicant and patentee of the Ufa state oil. UN-T. - statement. 22.12.2010; publ. 10.02.2012, Byul. No. 4. |
