авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Повышение безопасности эксплуатации оборудования и трубопроводов нефтегазовых промыслов в условиях их биозаражения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

НИКОЛАЕВ ОЛЕГ АЛЕКСАНДРОВИЧ

повышение БЕЗОПАСНОСТИ эксплуатации ОБОРУДОВАНИЯ и ТРУБОПРОВОДОВ НЕФТегазовЫХ ПРОМЫСЛОВ В УСЛОВИЯХ их БИОЗАРАЖЕНИЯ

Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность»

(Нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа–2010

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и защита от коррозии» Уфимского государственного нефтяного технического университета и в Уренгойском газопромысловом управлении ООО «Газпром добыча Уренгой».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бугай Дмитрий Ефимович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Буренин Владимир Алексеевич;

кандидат технических наук

Фаритов Айрат Табрисович.

Ведущая организация Автономная некоммерческая организация

Республиканский центр научно-технического обеспечения «Башпромбезопасность».

Защита состоится 2 июля 2010 года в 11.30 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «___» июня 2010 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В соответствии с Федеральным законом № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 г. трубопроводы и технологическое оборудование, эксплуатируемые на промыслах нефти и газа, относятся к опасным производственным объектам.

Известно, что более 70 % коррозионных повреждений оборудования и коммуникаций в нефтегазовой отрасли вызывается микроорганизмами и, главным образом, сульфатвосстанавливающими бактериями (СВБ), создающими в результате своей жизнедеятельности коррозионно-активную среду. Процесс сульфатредукции, сопровождающийся ростом бактериальных клеток, начинается в пласте и продолжается в системах нефтесбора и подготовки нефти и газа. При этом, как правило, имеет место не равномерная, а локальная коррозия металла, которая особенно опасна, так как приводит к быстрым и непрогнозируемым отказам оборудования и трубопроводов.

В настоящее время масштабы аварийных ситуаций по причине коррозии нефтегазопромыслового оборудования таковы, что возникла острая необходимость принятия экстренных мер по ее предотвращению. Для повышения безопасности эксплуатации оборудования и трубопроводов нефтегазовых месторождений в условиях микробиологической коррозии требуется комплекс мероприятий, направленных на создание условий, делающих невозможным размножение и жизнедеятельность СВБ.

Известно, что СВБ могут существовать в средах с разнообразными термобарическими условиями при рН от 4,15 до 9,92, но их жизнедеятельность ограничена высоким содержанием ионов Са2+ и Mg2+. Эти бактерии также весьма чувствительны к содержанию своих основных пищевых компонентов и, в первую очередь, к концентрации сульфат-ионов. Поэтому с целью повышения безопасности эксплуатации нефтегазопромыслового оборудования и трубопроводов, на металл которых воздействуют продукты метаболизма СВБ, особенно актуальным является применение методов, позволяющих значительно уменьшать концентрацию сульфат-ионов в промысловых средах. Среди таких методов одним из наиболее перспективных, по нашему мнению, является магнитогидродинамическая обработка (МГДО), обеспечивающая с помощью несложных и недорогостоящих устройств на постоянных магнитах существенное снижение содержания растворенных солей в промысловых средах (показано ранее С.Е. Черепашкиным, А.Б. Лаптевым и Д.Е. Бугаем). Успешное использование магнитного поля для снижения солеотложения описано также в работах В.И. Классена, Е.Ф. Тебенихина и В.Ф. Очкова.



Цель работы

Создание метода расчета и конструирования устройств для проведения МГДО промысловых сред, позволяющей значительно снижать концентрацию растворенных в них сульфатов и, как следствие, подавлять жизнедеятельность СВБ, что обеспечивает повышение безопасности эксплуатации оборудования и трубопроводов нефтегазовых промыслов.

В диссертации решались следующие основные задачи:

1 Разработка лабораторных методик и оборудования для исследования влияния МГДО потоков пластовых сред различного состава на кристаллизацию сульфатов в этих средах после проведения обработки.

2 Изучение влияния МГДО на концентрацию растворенных в водных средах сульфатов в зависимости от величины индукции магнитного поля, скорости течения сред и их минерализации.

3 Разработка научно обоснованного метода расчета и конструирования устройств для проведения МГДО пластовых сред, позволяющей подавлять жизнедеятельность СВБ.

4 Разработка методических указаний на изготовление и использование в нефтегазовой отрасли устройств для проведения МГДО пластовых сред с целью снижения их минерализации, подавления жизнедеятельности СВБ и внедрение этих устройств на конкретном промышленном объекте.

Научная новизна

1 Разработан метод существенного повышения безопасности эксплуатации нефтегазопромыслового оборудования и трубопроводов в условиях биозаражения промысловых сред, основанный на их МГДО и обеспечивающий снижение концентрации растворенных сульфатов до значения 0,05 % масс., при котором невозможна жизнедеятельность планктонных и адгезированных форм СВБ и, как следствие этого, не возникает локальная коррозия металла.

2 Показано, что совместное проведение МГДО и дозирования в промысловую среду необходимого количества солей кальция позволяет контролировать концентрацию растворенных в ней сульфатов и обеспечивает условия для их наиболее эффективного удаления.

3 Установлено, что наибольшее влияние на снижение концентрации сульфатов в промысловых средах при проведении их МГДО и дозирования солей кальция оказывают количество каскадов источников магнитного поля (ИМП), величина зазора между ИМП в каскаде, скорость потока и минерализация среды.

Практическая ценность

При участии соискателя в ООО «Научно-производственный центр «Знание» (г. Уфа) разработаны методические указания «Устройство для подавления жизнедеятельности СВБ путем МГДО жидкости с предварительным дозированием раствора CaCl2». Промысловые испытания сконструированного в соответствии с этими указаниями устройства на водоводе системы поддержания пластового давления (ППД) филиала ОАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Янаул» показали, что концентрация растворенных сульфат-ионов снизилась до 0,05 - 0,1 % масс. и, тем самым, была полностью предотвращена жизнедеятельность СВБ. Скорость коррозии гравиметрических образцов по истечении 30-ти суток после начала испытаний снизилась на 70 %, а локальная коррозия металла, вызываемая колониями СВБ, не наблюдалась.

Смонтированная в Уренгойском ГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой» система дозирования солей кальция в сточные воды и их МГДО, разработанная при участии соискателя, позволила в течение двух месяцев снизить количество живых клеток СВБ с 103-104 до 0-10 шт. При этом скорость коррозии стали в закачиваемой воде уменьшилась на 60 %.

Апробация работы и публикация результатов

Основные результаты работы доложены и обсуждались на 7-ой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 2007); учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт – 2007» (г. Уфа, 2007); научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2008); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» (г. Уфа, 2008); научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (г. Уфа, 2008); научно-техническом семинаре «Актуальные вопросы нефтегазовой отрасли в области добычи и трубопроводного транспорта углеводородного сырья» (г. Уфа, 2009).

По результатам работы опубликовано 11 научных трудов.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Объем диссертации 139 страниц машинописного текста; приводится 13 таблиц, 17 иллюстраций, 3 приложения. Список литературы содержит 122 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена общая характеристика диссертации, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе приведен анализ литературных данных о влиянии жизнедеятельности СВБ на безопасность эксплуатации нефтегазового оборудования, биогенного сероводорода на сроки его эксплуатации и экологическую ситуацию в нефтегазодобывающих регионах. Представлены типы и классификация СВБ, принципы их сульфатного дыхания, условия существования и жизнедеятельности, способы подавления жизнедеятельности СВБ как химическими, так и физическими методами. Показаны основные пути образования сульфатов в природе и в промысловых водах.

Отказы трубопроводов в большинстве случаев связаны с внутренней коррозией металла. Особенно опасными являются очаговые поражения, связанные с жизнедеятельностью бактерий, главным образом СВБ. Жизнедеятельность СВБ приводит к быстрому увеличению локального содержания сероводорода в промысловых водах, что стимулирует сразу несколько механизмов ускорения коррозии. Наиболее опасный из них заключается в усилении катодной деполяризации твердыми сульфидами железа, которые образуются в результате жизнедеятельности бактерий или вследствие потребления ими поляризованного водорода.

Ключевым фактором в борьбе с СВБ является состав среды. Так, высокая температура в нефтяных пластах не является препятствием для распространения СВБ. Они были обнаружены в пробах вод нефтяных пластов Апшерона, где температура достигает 85-91 °C, а одна из культур способна образовывать сероводород при 104 °C и давлении 100 МПа. При значительной минерализации пластовых вод распространение бактерий в них ограничивается высоким содержанием ионов Са2+ и Mg2+. СВБ встречались только в тех водах, где значения катионного коэффициента Са2+ + Mg2+/ K+ + Na+ (мг-экв.) не превышали 0,36–0,40. СВБ получают энергию в процессе анаэробного дыхания, используя растворенные сульфаты.

Известно, что пластовые воды, как в пределах одной нефтяной или газовой залежи, так и на разных месторождениях, имеют существенные различия в количественном содержании и химическом составе растворенных минеральных солей. Это вызвано сложными механизмами формирования глубинных потоков и резкими перепадами давления и температуры.

Защита металла от биокоррозии сводится в основном к ограничению развития или уничтожению микроорганизмов. Это достигается повышением общей коррозионной стойкости металлов и покрытий, поддержанием определенных условий эксплуатации, применением катодной защиты для подземных сооружений, протекторной защиты для гидросооружений и плавсредств, применением рецептур для консервации, содержащих ингибиторы коррозии, в том числе летучие. На среды предлагается воздействовать рентгеновским и ультрафиолетовым излучением, ультразвуком, радиационным облучением, повышением температуры, а также применением токов высокой частоты. Все эти методы либо не позволяют полностью предотвратить последствия заражения промысловых сред СВБ, либо являются дорогостоящими и трудноисполнимыми на практике. В нефтегазовой отрасли широкое применение нашла обработка зараженных микроорганизмами сред химическими веществами - бактерицидами. Наиболее существенными недостатками бактерицидов являются их высокая стоимость и мутации бактерий, приводящие к появлению штаммов, невосприимчивых к действию этих реагентов.





Самопроизвольное снижение концентрации ионов SO42- в промысловых средах происходит, как правило, в результате выпадения малорастворимых сульфатов вследствие смешивания несовместимых вод. При этом на стенках трубопроводов появляются весьма опасные отложения солей.

Среди методов борьбы с такими осложнениями особенно перспективным представляется МГДО промысловых сред, так как она не только предотвращает рост солеотложений на поверхности оборудования и трубопроводов, но и снижает концентрацию ионов солей.

Во второй главе приведено описание известных и разработанных экспериментальных и расчетных методов исследований.

Для проведения МГДО модельных и промысловых сред в лабораторных условиях использовали специально разработанный стенд (рисунок 1). Он включает емкость для приготовления раствора 1 с термостатом типа ЛАБ-ТБ-01/12, насос 2, дозатор хлорида кальция 3 с блоком питания 4, устройство для проведения МГДО 5 с блоком управления (БУ) 6, приемную емкость 7, термометры 8 и 9, манометры в подающей 10 и отводящей 11 магистралях, расходомер 17 и вентили 12–16.

Тарировку устройства 5 проводили с помощью тесламетра типа ПИЭ МГ Р 2, замеряя величину магнитной индукции в зазоре между ИМП.

  Схема стенда для проведения-0

Рисунок 1 – Схема стенда для проведения МГДО модельных и промысловых сред

Относительная ошибка измерений величины магнитной индукции составляла 1,5 %.

Далее рассчитывали напряженность магнитного поля (А/м) по формуле

,

где В – индукция магнитного поля, Тл; 0 – магнитная постоянная, Вс/(Ам).

Оценку эффективности процесса кристаллизации сульфата кальция осуществляли после проведения МГДО путем наблюдения с помощью оптического микроскопа МБС-9 количества осадка, выпадавшего из отфильтрованного раствора; контроля остаточного содержания ионов кальция в пробе до и после МГДО с использованием комплексонометрической методики их определения (относительная ошибка измерений не превышала 5 %); гравиметрического определения содержания сульфатов в воде с образованием нерастворимых бариевых солей (относительная ошибка измерений не превышала 1 %).

Расчет скоростей движения ионов Ca2+ и SO42- в ходе МГДО проводили на основании данных о напряженности магнитного поля и скорости потока раствора.

Эффективность подавления жизнедеятельности СВБ оценивали посредством гравиметрического определения скорости коррозии стали 20 до и после комплексной обработки модельной пластовой воды. Ее осуществляли, дозируя в пластовую воду расчетное количество раствора хлорида кальция и одновременно проводя МГДО.

Объем дозируемого раствора хлорида кальция рассчитывали по формуле

,

где 0,417 – коэффициент пересчета, равный отношению веса иона кальция к весу сульфат-иона;

1,05 – поправочный коэффициент, обеспечивающий избыток ионов кальция в среде в ходе обработки;

0,001 – коэффициент пересчета концентрации сульфат-ионов, выраженной в мг/дм3, в г/дм3;

V0 – объем обрабатываемого раствора, дм3;

Х0 – массовая концентрация сульфат-ионов в пробе до обработки, мг/дм3;

XCa2+ – массовая концентрация ионов кальция в растворе, подаваемом в устройство для МГДО, г/дм3.

С целью изучения механизма МГДО проводили измерение удельного электросопротивления модельных растворов с использованием высокоомного милливольтметра (типа В-401) и специальных медных электродов диаметром 0,5 мм.

Разработаны методические указания на изготовление и использование в нефтегазовой отрасли устройств для снижения минерализации пластовых сред и подавления в них жизнедеятельности СВБ, которые включают расчет устройства для МГДО пластовой воды, определение количества дозируемого в неё хлорида кальция и расчет отстойника, фильтра или гидроциклона для удаления кристаллического сульфата кальция.

В третьей главе рассмотрены этапы разработки метода удаления сульфат-ионов из водных растворов, результаты лабораторных экспериментов и особенности расчета устройств для МГДО, используемых с целью снижения концентрации сульфатов в потоках промысловых сред.

При движении среды, содержащей ионы солей, в магнитном поле в ней индуцируется электрический ток. Его носителями являются гидратированные ионы солей, на которые действует сила Лоренца. Задавая определенный угол между вектором магнитной индукции и вектором скорости потока среды, можно целенаправленно воздействовать на ионы солей и перераспределять их в объеме среды так, как это требуется в конкретном случае.

На рисунке 2 приведена расчетная схема однокаскадного устройства для проведения МГДО промысловых сред. Для обеспечения локализации разноименно заряженных ионов в зоне с нулевой магнитной индукцией ИМП установлены северным полюсом внутрь устройства.

m – расстояние между ИМП, м; a, b и L – размеры ИМП, м; V – скорость движения среды, м/с; – векторы индуцируемых токов; 0 – зона с нулевой магнитной индукцией

Рисунок 2 - Расчетная схема однокаскадного устройства для МГДО промысловых сред

Как известно, применение МГДО промысловых сред существенно снижает солеотложение на внутренней поверхности труб, в среднем на 20 % эффективнее, чем используемые в этих целях ингибиторы. Хорошо растворимые соли не могут выпадать в ходе МГДО несмотря на их локализацию в зоне с нулевой магнитной индукцией. Поэтому для полного удаления из раствора анионов SO42- необходимо присутствие соответствующих концентраций катионов Ca2+, которые связывают сульфат-ионы в малорастворимые соли. После МГДО в объёме раствора образуется взвесь сульфатов, которые уже не способны поддерживать биогенную сульфатредукцию. Сформировавшиеся кристаллы выпавших солей можно удалить отстаиванием, фильтрованием или центрифугированием. На первом этапе проведенных исследований было изучено воздействие переменного магнитного поля на неподвижные растворы сульфата кальция.

Полученные данные приведены на рисунке 3. Они свидетельствуют о том, что в результате МГДО наблюдается быстрое снижение концентрации растворенного в модельной среде CaSO4. Так, увеличение продолжительности обработки до 5 секунд приводит к снижению концентрации растворенного сульфата кальция до 340 г/т (соответствует 100 г/т ионов кальция или 0,024 % масс. сульфатов) и ниже. При этом уменьшение содержания растворенного сульфата кальция происходит, даже если его исходная концентрация была далека от насыщения.

  Зависимость концентрации-4

Рисунок 3 – Зависимость концентрации ионов Са2+ от продолжительности МГДО



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.