Обеспечение безопасности эксплуатации нефтепромысловых объектов при добыче и транспортировке высокоагрессивной продукции скважин

Актуальность темы

Решение проблемы эксплуатационной надежности нефтепромысловых объектов — огромный резерв повышения эффективности производства и обеспечения промышленной и экологической безопасности. Особенностью этой проблемы является ее связь с этапами проектирования, строительства и эксплуатации нефтепромысловых объектов. Практическая реализация каждого этапа связана со сложными научно-техническими и организационными задачами. Главными задачами являются: исследование факторов, влияющих на надежность и безопасность объектов: прогнозирование отказов и активное оперативное вмешательство при разработке и внедрении методов защиты и ремонта нефтепромысловых объектов в процессе эксплуатации.

В данной, работе ставятся и решаются задачи повышения эксплуатационной надежности технологических емкостей и использования труб бездействующих трубопроводов после их реновации с целью предотвращения техногенных экологических рисков в районе функционирования нефтедобывающих предприятий. Они включают комплекс мероприятий:

•Подготовку поверхности перед проведением ремонтно-восстановительных работ (РВР);

• Проведение ремонтно-восстановительных работ;

•До и послеремонтную диагностику технологических емкостей и труб.

Как известно, сроки разработки крупных нефтяных месторождений составляют 50 и более лет. За время разработки Ромашкинского месторождения пробурено 40 тыс. скважин, построено 5 установок комплексной подготовки нефти (УКПН) — в эксплуатации находится 2110 групповых замерных установок (ГЗУ), 183 дожимных насосных станций (ДНС), более 50 тыс. км трубопроводов в системе сбора и подготовки нефти.

В системе поддержания пластового давления (ППД) пробурено 8 тыс. нагнетательных скважин, построено 304 тыс. кустовых насосных станций (КНС) и 18 тыс. км водоводов. В эксплуатации находится 1204 единиц технологических емкостей с общим объемом 1,87 млн. м в условиях постоянного контакта с агрессивной продукцией скважин, сточными водами, загрязненным атмосферным воздухом и почвой, металлофонд нефтяного месторождения подвергается коррозионному разрушению.

Распределение среднего срока службы нефтепромысловых коммуникаций показывает, что более 50% трубопроводов систем сбора нефти и 60% системы ППД не дорабатывают до срока амортизации. Следовательно, для уменьшения негативного влияния на окружающую среду и поддержания работоспособного состояния оборудования требуется проведение больших объемов дорогостоящих работ по их замене и капитальному ремонту. в настоящее время продолжают оставаться в земле десятки тысяч км бездействующих трубопроводов различного назначения и диаметра. Поэтому вопросы их извлечения, утилизации и повторного использования имеют огромное народнохозяйственное значение, как с точки зрения экономии металла, так и промышленной и экологической безопасности при разработке и обустройстве нефтяных месторождений.

Цель работы. Совершенствование существующих и разработка технологий и технических средств ремонта и реновации технологических емкостей и труб для обеспечения безопасной эксплуатации и увеличения срока их службы при разработке и обустройстве нефтяных месторождений.

Основные задачи работы.

1.Проведение исследований по установлению основных факторов, влияющих на надежность и безопасность функционирования технологических емкостей и трубопроводов в процессе длительной эксплуатации.

2.Определение закономерностей отказов и распределения коррозионных повреждений на поверхности технологических емкостей, промысловых трубопроводов.

3.Создание эффективных методов восстановления работоспособности технологических емкостей и бездействующих трубопроводов с целью исключения непрогнозируемых отказов и предупреждения техногенных экологических рисков при разработке нефтяных месторождений.

Методы исследований.

Решение поставленных задач проводилось с помощью теоретических, лабораторных и промысловых исследований. Для исследований и анализа использовали исходную информацию, полученную с помощью стандартных приборов и методов измерений. Задачи исследований решались с применением современных вероятностно-статистических методов.

Основные защищаемые положения.

1. Методические основы оценки технического состояния нефтепромыслового оборудования.

2. Теоретический расчет технологических параметров гидродинамических и термогазохимических способов очистки поверхностей нефтепромыслового оборудования перед проведением ремонтно-восстановительных и противокоррозионных работ (РВПР). .

3. Научные подходы к созданию и разработке методов ремонта и восстановления работоспособности нефтепромысловых трубопроводов и технологических емкостей.

Научная новизна.

1. Обоснованы новые подходы к ремонту технологических емкостей и трубопроводов с учетом основного фактора — коррозионного разрушения металлических поверхностей.

2. Получены основные закономерности распределения коррозионных разрушений на внутренней поверхности технологических емкостей, трубопроводов, а также прочностные свойства материалов, подвергшихся коррозионному разрушению.

3. Получены экпериментальные зависимости по определению технологических параметров гидродинамической и термогазохимической способов подготовки металлической поверхности перед текущим и капитальным ремонтом технологических емкостей и труб в сочетании с комплексом диагностических исследований по определению их остаточного ресурса.

Практическая ценность.

1. Разработана технология ремонта и восстановления металлических поверхностей технологических емкостей, РВС, труб (патент № 2 125 508 РФ) при наличии коррозионных разрушений. Предложен гидродинамический метод удаления отложения углеводородов и солей с внутренней поверхности технологических емкостей и труб перед проведением РВПР.

2. Разработан комплекс технических средств и технологических линий по правке, очистке, резке, диагностике эксплуатировавшихся труб с их последующей двухсторонней изоляцией, обеспечивающей гарантированный срок службы не менее нормативного.

3. Разработана и внедрена цеховая технология реновации бывших в употреблении (б/у) труб, что позволяет использовать их, как по прямому назначению, так и для использования в жилищно-коммунальном хозяйстве городов (патент № 2 136 495 РФ). Предложена новая технология термогазо-химической очистки наружной и внутренней поверхностей труб (патент № 2 161 079 РФ).

4. Разработана композиция химических реагентов и технология временной консервации бездействующих трубопроводов до их извлечения и утилизации, исключающая возможность загрязнения окружающей среды при их порыве и извлечении (патент № 2 154 154 РФ),.

1. СИСТЕМЫ ОБУСТРОЙСТВА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ И ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ.

ОБЪЕКТОВ.

Крупные нефтяные месторождения, каким является Ромашкинское, разрабатывается в течение десятилетий, проходя разные стадии.

С увеличением срока разработки происходит рост эксплуатационных нагрузок на скважины, внутрипромысловые трубопроводы и объекты системы сбора и подготовки продукции скважин. На поздних стадиях разработки месторождений происходит внедрение различных вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи пластов — что также приводит к росту эксплуатационных нагрузок на перечисленные элементы системы разработки месторождений.

В настоящее время девонские пласты Ромашкинского месторождения находятся на поздней стадии разработки. Объем добычи нефти достиг почти 2,7 млрд. тонн, что составляет более 95% запланированных начальных извлекаемых запасов нефти. Специалистами прогнозируется, что разработка Ромашкинского месторождения будет продолжаться до 2050 года [12].

В этих условиях, при ограниченных сроках службы скважин, коммуникаций, наземных сооружений особенно важной становится проблема обеспечения охраны недр и окружающей среды от загрязнений при добыче высокообводненной продукции и утилизации агрессивных сточных вод нефтяных промыслов.

В этой связи не излишне привести выдержки из статьи [34] о состоянии аварийности на нефтяных объектах в США:

За последние 16 лет нет существенного улучшения с аварийностью трубопроводов. Несмотря на все усилия, на протяженных трубопроводах длиной 1600 км аварии ежегодны. Всё это вынуждает смириться с мыслью о неизбежности некоторого числа аварий. Главное минимизировать технологический, экономический и экологический ущерб и обезопасить эксплуатацию трубопроводов.

За 1988;98 годы произошло 39 пожаров, 13 взрывов с 6 смертельными исходами, 26 ранениями, излито 350 тыс. мЛ нефти и нефтепродуктов.".

На фоне трубопроводных компаний США, ОАО «Татнефть», имеющий в своем фонде более 50 тыс. км трубопроводов различного назначения, выглядит даже достаточно привлекательно, поскольку за эти годы не произошли какие-либо аварии с серьезными последствиями как для здоровья работающих, так и для окружающей среды [13,26,60,61,59].

Оценке степени опасности, определению источников загрязнения окружающей среды и проблемам промышленной безопасности при обустройстве нефтяных месторождений посвящен этот раздел работы.

ВЫВОДЫ и РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Установлены основные закономерности разрушения и отказов технологических емкостей и трубопроводов в процессе длительной эксплуатации. Наиболее серьезные коррозионные разрушения, расположены в нижней части и максимальная скорость коррозии достигает 1,7−2,1 мм/год в зависимости от агрессивности среды и эксплуатационных условий. Получены средние значения сроков службы технологических емкостей 9−12 летводоводов сточных вод 5−6 лет до первого ремонта. Получены расчетные формулы по прогнозу отказов и определения динамики развития коррозионных поражений на основании отработки измерений толщины стенки ультразвуковой толщинометрии.

2. Разработана технология ремонта металлических поверхностей технологических емкостей с использованием наборных листовых «латок» и цементированием межповерхностного пространства специальными композиционными материалами. Предложенная технология отличается от традиционных методов тем, что позволяет контролировать качество выполненных работ в процессе эксплуатации и сокращает продолжительность проведения РВР в 2 раза, (патент № 2 125 508 РФ).

3. Теоретически и экспериментально исследованы параметры термогазохимической очистки металлических поверхностей от старой изоляции, отложений солей, отвечающих требованиям ГОСТ 9.402−80 для нанесения изоляционных покрытий (патент № 2 161 079 РФ).

При давлении воздуха 0,4−0,6 МПа, расхода дизтоплива 6,4−8 кг/час, песка 300 кг/час, обеспечивается скорость очистки до 20 м /час при температуре сгорания топлива в зоне сопла 1500 С.

4. Разработаны технология и технические средства по ремонту труб недоамортизированных трубопроводов в стационарных условиях, на.

126 основе которых созданы производственные комплексы по извлечению, очистке, диагностированию и ремонту б/у труб. Технология позволяет восстановить работоспособность труб диаметром 114−530 мм, наносить двухстороннюю изоляцию при затратах, не превышающих 70% от стоимости новой трубы.

5. Разработана технология и консервационные составы (патент № 2 154 154 РФ) для консервации бездействующих трубопроводов для исключения загрязнения окружающей среды при случайных их порывах или извлечении для повторного ремонта.

6. Разработанные технологии ремонта металлических поверхностей технологических емкостей и реновации труб, бездействующих трубопроводов апробированы и внедрены на предприятиях ОАО «Татнефть» с фактическим экономическим эффектом 96,7 млн руб.