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 |

Разработка низкочастотного гидродинамического пульсатора для повышения эффективности очистки от асфальтосмолопарафиновых отложений нефтепромысловых трубопров

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗАРИПОВА ЛИЛИЯ МАВЛИТЗЯНОВНА

РАЗРАБОТКА НИЗКОЧАСТОТНОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПУЛЬСАТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ

ОТ АСФАЛЬТОСМОЛОПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Специальность 05.02.13-«Машины, агрегаты и процессы»

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена на кафедре нефтегазопромыслового оборудования Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Матвеев Юрий Геннадиевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ишемгужин Евгений Измайлович;

кандидат технических наук

Усов Александр Иванович

Ведущая организация ООО «Роснефть - УфаНИПИнефть»

Защита состоится « 20 » марта 2009 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций 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 10 февраля 2009 года.

Ученый секретарь совета Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе в нефтедобывающей промышленности одной из важных проблем является очистка от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) внутрискважинного оборудования, выкидных линий, замерных устройств, промысловых нефтепроводов, насосных установок, оборудования для подготовки нефти при добыче парафинистой нефти.

Парафиноотложения наблюдаются как при фонтанном, так и при механизированном способах добычи нефти. Образование отложений приводит к уменьшению добычи нефти, сокращению межремонтных периодов работы скважин, а в ряде случаев отложения настолько значительны, что затрудняют сам процесс эксплуатации месторождения. Особенно актуальной для нефтегазовой отрасли России проблема очистки от отложений становится на поздней стадии разработки, характеризующейся падением объемов добычи нефти и увеличением обводненности добываемой продукции при низких текущих коэффициентах нефтеотдачи пластов.

Причины образования и отложения АСПО в нефтепромысловом оборудовании и трубных системах следующие: снижение температуры в пласте; снижение температуры и давления по длине трубных систем; интенсивное газовыделение; изменение скоростей движения жидкости; состояние поверхности труб и др.

Для борьбы с парафинизацией скважинного оборудования и трубных систем применяются различные методы предупреждения и удаления отложений, в том числе: механические, тепловые, химические, комбинированные и нетрадиционные методы.

Очистка от АСПО различными способами отличается затратами, полнотой очистки и эффективностью. Затрата на очистку тепловым методом больше в десять раз, чем на очистку скребком. Обеспечение полноты очистки поверхности трубных систем и сокращение расходов на проведение обработок возможно на основе углубленных теоретических и экспериментальных исследований.



Цель диссертационной работы. Создание низкочастотного гидродинамического пульсатора для повышения эффективности очистки от асфальтосмолопарафиновых отложений нефтепромысловых трубопроводов.

Основные задачи исследований

1 Анализ техники и технологии, применяемых для очистки от АСПО труб нефтяных промыслов.

2 Аналитические исследования затухания амплитуды гидродинами-ческих волн давления, генерируемых пульсатором, в колонне насосно-компрессорных труб и наземном трубопроводе с учетом трения жидкости о стенки труб.

3 Разработка способа и пульсаторов для очистки от АСПО трубных систем с применением гидродинамических процессов.

4 Лабораторные исследования работы пульсатора и уточнение оптимальных параметров его рабочих элементов.

5 Промысловое испытание технологии очистки трубопроводных систем от АСПО с применением гидродинамических волн.

Методы решения поставленных задач

Аналитические исследования с применением методов классических положений современной гидродинамики и теоретической механики. Конструкторская проработка новых технических решений, исследование движения рабочих элементов, изготовление, лабораторные и промысловые испытания и анализ их результатов.

Научная новизна

1 На основе анализа распространения колебательных процессов в запарафиненном трубопроводе, впервые аналитически установлены и исследованы механизм применения пульсатора и диапазон частот гидродинамических волн (0,1 – 10 Гц) для эффективной очистки от АСПО насосно-компрессорных труб и промысловых нефтепроводов.

2 Получено аналитическое выражение, позволяющее определить

величину движущей гидравлической силы рычажного механизма в зависимости от геометрических размеров рабочих элементов пульсатора. 3 На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований выявлены основные закономерности влияния параметров потока жидкости и рычажного механизма на амплитудно-частотную характеристику пульсатора и устойчивость излучения волн.

Практическая ценность

1 Предложены способы и конструкции пульсаторов ( рабочим элементом которых является рычажный механизм) обеспечивающие очистку от АСПО НКТ и трубопроводы.

2 Теоретически и экспериментально определены основные размеры рабочих элементов пульсатора.

3 В ТУДНГ ОАО АНК «Башнефть» внедрен пульсатор для очистки трубопровода, который повысил эффективность удаления АСПО на 40 %.

Основные защищаемые положения

1 Расчет распространения волн давления жидкости по длине НКТ и трубопровода с учетом трения жидкости о стенки труб.

2 Определение оптимальной частоты пульсатора для депарафинизации нефтепровода.

3 Результаты решения уравнения движения рабочих элементов пульсатора.

4 Новые технические решения для очистки АСПО с применением гидро-динамических волн.

5 Результаты стендовых и промысловых испытаний пульсатора.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались:

– на пятой межрегиональной научной конференции СЕВКАВГТУ «Студенческая наука–экономике России» (г. Ставрополь, 2005 г.);

– уральской горно-промышленной декаде (г.Екатеринбург, 4-14 апреля 2005 г.);

– V Всесоюзной научно-методической конференции «ЭВТ в обучении и моделировании» ( г.Бирск, 2006 г.);

– Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового дела» (г. Уфа, 2006 г.);

– Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (г. Тюмень, 2007 г.);

– Всероссийской научной конференции «Современные технологии нефтегазового дела» (г. Уфа, 2007 г.)

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 10 печатных работах, в том числе отражены в одном патенте и в одной статье, опубликованной в рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 135 наименований; содержит 116 страниц машинописного текста, в том числе 27 рисунков, 9 таблиц.

содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, приведена научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена анализу состояния техники и технологии очистки от АСПО трубных систем нефтяных промыслов. Отложение АСПО происходит на всех участках технологической цепи добычи нефти: в призабойной зоне пласта, НКТ, нефтесборных трубах, установке подготовки нефти, магистральных трубопроводах и т.д. В мировой практике добычи нефти проблема борьбы с отложениями парафина возникла более 150 лет назад.

Большой вклад в решение теоретических и практических вопросов

парафиновых отложений внесли А.А. Абрамзон, Ю.В. Антипин,

Г.А. Бабалян, А.З. Биккулов, Н.Ф. Богданов, Д.Е. Бугай, М.Д. Валеев, П.П. Галонский, С.Н. Головко, М.Ю. Доломатов, Н.Г. Ибрагимов, Е.И.Ишемгужин, А.И. Комиссаров, Р.Я. Кучумов, Ю.Я. Кулиджанов, Г.В. Лысова, С.Ф. Люшин, Б.А. Мазепа, В.Ф. Нежевенко, Н.Н. Непримеров, А.И. Пагуба, А.Н. Переверзев, М.Ф. Пустовалов, В.А Рагулин, Ю.В. Ревизский, Ф.Л. Саяхов, В.В. Сиязая, Н.И. Таюшева, В.П. Тронов, К.Р. Уразаков, З.А. Хабибуллин, Ю.В. Шамрай, В.В. Шайдаков и др.

Этими учеными изучены механизм образования и отложения парафина, закономерности отложения парафина на различные поверхности, особенности и профили отложения на НКТ и нефтепроводы.

На практике для предупреждения и удаления АСПО применяются различные методы. Среди них наиболее эффективными являются механические, химические и тепловые.

Механические методы предупреждения отложений основаны на использовании труб с различными покрытиями: из стекла, эмали, стеклоэмали, бакелитно-эпоксидных смол, полимеров и стеклопластиковых труб. Для удаления АСПО механическим методом применяют скребки, спускаемые на проволоке на всю глубину их отложения. Удаление АСПО осуществляется без остановки скважины. Применяются различные методы привода скребков в действие. Наиболее распространены ручной привод, индивидуальный электропривод и передвижная лебедка. При добыче нефти штанговой насосной установкой скребки устанавливают на штангах.

Для борьбы с АСПО выпускаются различными заводами химические реагенты на основе органических и неорганических соединений различного состава и свойств.

Тепловые методы предупреждения отложений АСПО основаны на поддержании температуры потока нефти выше температуры насыщения ее парафином. Это достигается применением греющего кабеля, спуском электронагревателя в скважину. Для ликвидации отложений в глубинном

оборудовании применяются специализированные передвижные агрегаты для депарафинизации скважин горячей нефтью 1АДП-4-150 и передвижные парогенераторные установки (ППУ-3, ППУ-3М, 1И1УА-1200/100), а также метод воздействия закачкой агрегатами ЦА-320 подогретой в передвижных установках нефти.

Экономические показатели различных способов, получивших наибольшее распространение, существенно отличаются. Затраты в год на скребки, опускаемые на проволоке, составляют 0,7 тыс.руб., полнота очистки достигает 100 %, на штанговые скребки - центраторы - 2 тыс. руб, полнота - очистки до 100 %. Затраты на защитные покрытия составляют 5-11 тыс. руб, на химические методы обработки – 10-15 тыс. руб, на тепловой метод обработки - до 22 тыс. руб. Анализ экономических показателей свидетельствует о том, что затраты на тепловой метод обработки больше в 10

раз и более, чем на очистку от АСПО скребками.

Следовательно, задачей диссертационной работы является разработка и исследование технических средств для повышения эффективности

очистки от асфальтосмолопарафиновых отложений трубных систем.

Вторая глава посвящена исследованию распространения волн давления жидкости, излучаемых пульсатором, по длине колонны труб и влияния их на депарафинизацию.

При использовании волновых процессов уменьшение интенсивности асфальтосмолопарафиновых отложений на внутренней поверхности трубных систем, а также усиление скорости их размыва, например, горячей нефтью, в основном обеспечивается увеличением общего пути трения и, соответственно, интенсивностью разрушения поверхностного слоя АСПО, за счет дополнительного волнообразного перемещения жидкости размыва относительно средней скорости потока.

Распространение в цилиндрическом канале плоских продольных гидродинамических волн с учетом внешнего демпфирования, т.е. за счет трения жидкости о стенки, характеризуется известным нелинейным

выражением

(1)

сводящимся для гармонических волн к линеаризованному, так называемому телеграфному, уравнению

(2)





Граничные условия: при х=0 (3) U = Uo ; = U’ = 0. (4) Здесь u = Р / ( c) – виброскорость в рассматриваемом сечении с амплитудой U; Р = а u2 – гидродинамическое давление; F - площадь

поперечного сечения потока жидкости; =2 - круговая частота ГДВ;

X = U / - амплитуда виброперемещения частиц жидкости; а = /8 ; = F/ - гидравлический радиус сечения потока в трубопроводе или колонне

НКТ с внутренним диаметром dт; - смачиваемый периметр; - коэффициент гидравлического сопротивления, - плотность жидкости; с-скорость звука.

Используя преобразования Фурье, Лапласа, находим решение дифференциального уравнения (2) с учетом условий (3) и (4) в виде амплитуды виброскорости:

- для ламинарного течения жидкости

U(x,t) U = Uo cos(1 x) ch(2 x) cos( t) ; (5)

- для турбулентного течения жидкости

(6)

где 1,2 =

а1=2с-2; b1= - nc-2; n=2/c2; m=2/(9c2); =dт/4.

На рисунке 1 показана построенная по формуле (5) относительная величина интенсивности затухания, по длине L трубопровода или колонны

труб в скважине, амплитуды гидродинамического давления PL ГДВ на

расстоянии L от места установки пульсатора, излучающего волны с амплитудой PГДВ. Представленная зависимость соответствует случаю промывки труб с внутренним диаметром d = 63,5 мм при толщине слоя АСПО перед АСПО = 5 м. Параметры нефти, используемой для промывки с расходом: Q = 40 т/сут; плотность = 850 кг/м3; вязкость = 16 мПа * с.

Рисунок 1 – Затухание гидродинамических волн различной частоты в

трубопроводе длиной L в ньютоновской жидкости

Как видно из приведенного графика, глубина необходимого для обеспечения тех или иных технологических процессов проникновения гидродинамических волн даже субинфразвукового диапазона частот не превышает нескольких сот метров. Следовательно, стационарные наземные

или скважинные пульсаторы целесообразно использовать только низкочастотные. При небольшой длине трубопровода в отдельных частных случаях удовлетворительным может оказаться и использование гидродинамических волн в нижних областях звукового диапазона. Высокочастотные ГДВ следует использовать только при наложении их на низкочастотные. На нижнем конце колонны НКТ в скважине лучше использовать низкочастотные импульсные гидрогенераторы.

В третьей главе приводятся результаты разработки конструкции и лабораторные исследования пульсаторов для очистки от АСПО

скважинного оборудования и трубных систем. Во второй главе показано, что для депарафинизации предпочтительно использовать гидродинамические волны низкочастотные. Поэтому рабочим элементом пульсатора выбирается рычажный механизм, показанный на рисунке 2.

1 – корпус, 2 – центратор, 3 – пружина, 4 – упор, 5 – поворотный клапан,

6 – кривошип, 7 – ось, 8 – палец, 9 – штифт

Рисунок 2 – Принципиальная схема пульсатора

Рабочие элементы пульсатора установлены в корпусе 1, который имеет отверстия для входа и выхода жидкости, центратор 2 установлен на пружине 3, которая, в свою очередь, опирается на упор 4. Поворотный клапан 5 установлен на корпусе при помощи оси 7. Кривошип 6 соединен с клапаном 5 при помощи пальца 8, с центратором при помощи штифта 9. Устройство работает следующим образом. При восстановлении циркуляции

жидкости за счет гидравлических сил клапан и с ним связанные элементы начинают совершать колебательные движения. При этом проходной канал пульсатора открывается и закрывается, в результате возбуждаются гидродинамические волны.

Расчетная схема рабочих элементов пульсатора приведена на рисунке 3.

AB – длина поворотного клапана; AД – длина кривошипа; G1 – сила тяжести клапана; G2 – сила тяжести кривошипа; G3 – сила тяжести центратора; С1 – центр тяжести клапана; С2 – центр тяжести кривошипа; С3 – центр тяжести центратора; 1 – угловая скорость клапана; Р1 –движущая гидравлическая сила; Fу – сила упругости пружины; – угол поворота клапана; ОВ – длина консольной части клапана; О – центр вращения клапана

Рисунок 3 – Расчетная схема пульсатора

Изучение движения клапанного механизма проводится с помощью уравнения Лагранжа II-го рода. В качестве обобщенной координаты

механизма принимается угол поворота звена АВ вокруг оси вращения О.

В этом случае уравнение Лагранжа записывается в виде

(7)

где Т– кинетическая энергия рычажного механизма ;

Q – обобщенная сила рычажного механизма.

На основе решения уравнения (7), получено выражение, связывающее гидравлическую силу Р1 и жесткость пружины, т. е.

(8)

где l1=АВ; a = АО; b = ОВ; l2 =АД; = а / l2; с – жесткость пружины; 0 – максимальное сжатие пружины.

Из выражения (8) определяется значение движущей гидравлической силы Р1, необходимой для работы механизма:

. (9)

И наоборот, при заданной силе Р1 определяется жесткость пружины:

. (10)

Для лабораторных исследований пульсатора усовершенствовался стенд УГНТУ. Стенд имеет замкнутую циркуляцию жидкости. На рисунке 4

приведена принципиальная схема лабораторного стенда, на котором показаны его основные элементы. Циркуляцию жидкости через пульсатор при установке его различных положений 12, 18, 19, обеспечивает насос 1. Для направления потока служат задвижки 8, 9, 10. Величина расхода жидкости через пульсатор регулируется отводом ее части в мерную емкость 3.

1 – насос с электродвигателем; 2 – рабочая емкость; 3 – мерная емкость; 4 – трубопроводы; 5 – расходомер; 6,7,8,9,10 - задвижки; 11 – манометр; 12,18,19 – пульсатор в различных положениях; 13 – датчик; 14 - коммутатор; 15 – усилитель; 16 – АЦП; 17 – ЭВМ; 20 – датчик виброперемещений

Рисунок 4 – Принципиальная схема лабораторного стенда

Контроль за давлением рабочей жидкости осуществляется манометром 11. Для записи мгновенных значений давления жидкости

служат регистрирующие устройства: датчик давления - 13, коммутатор - 14, усилитель - 15, АЦП- 16, ЭВМ -17. Частота колебаний определяется через колебания корпуса пульсатора, для этого датчик 20 виброанализатора «Корсар» устанавливается на корпусе пульсатора. Разработанный лабораторный стенд позволяет получить амплитудно-частотную характеристику пульсатора.

На стенде испытывался пульсатор с различными рабочими элементами. При этом определялись оптимальные размеры рабочих элементов пульсатора. Критерием оптимальности при этом являлись устойчивая работа и максимальная амплитуда колебания корпуса пульсатора.



Pages:   || 2 |
 

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.