Разработка и внедрение высокоэффективной технологии предупреждения чрезвычайных ситуаций на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.02, кандидат технических наук Шайдуллин, Фидус Динисламович

• Шайдуллин, Фидус Динисламович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шайдуллин, Фидус Динисламович

Введение.

1 .Существующая технология добычи , сбора , подготовки нефти и воды.

1.1 .Искусственные методы воздействия на нефтяные пласты.

1.2. Водоснабжение для заводнения.

1.3. Основные способы добычи нефти.

1.4. Сбор и подготовка нефти и воды.

2. Технология сбора, подготовки нефти и воды с использованием трубных водоотделителей (ТВО).

2.1. Расчет параметров трубных водоотделителей для герметизированного сброса пластовой воды.

3. Методы и средства повышения надежности и долговечности оборудования систем добычи, сбора и подготовки нефти и воды.

3.1.Защита нефтепромыслового оборудования в сероводородосодержащих средах.

3.2. Влияние динамических нагрузок на скорость коррозии и циклическую долговечность трубопроводов.

3.3. Волновые процессы в гидросистемах ТВО и средства уменьшения их интенсивности.

3.4. Мероприятия по обеспечению надежности и долговечности ТВО 77 3.4.1. Моделирование волновых процессов в гидросистеме ТВО на нестационарных и аварийных режимах работы.

4. Стабилизаторы давления для защиты от волновых процессов трубопроводных систем при добыче, сборе и подготовке нефти и воды.

4.1 .Пневмостабилизаторы давления.

4.2.Стабилизаторы давления с упругими камерами.

4.3.Расчет конструктивных параметров упругих элементов стабилизаторов.

5. Оценка эколого-экономической эффективности от внедрения новых технологий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и внедрение высокоэффективной технологии предупреждения чрезвычайных ситуаций на объектах топливно-энергетического комплекса (ТЭК)»

Перспективы развития топливно-энергетического комплекса определяются не только созданием надежной сырьевой базы, но и совершенствованием технологий разработки нефтяных месторождений, в том числе, созданием и применением новых технологий в системе добычи и сбора и подготовки нефти и воды.

В настоящее время большинство эксплуатируемых месторождений находятся на поздней стадии разработки, характеризуются низкими дебетами нефти и высокой до 90 % и более обводненностью добываемой продукции. Как следствие увеличиваются объемы водонефтегазовой смеси транспортируемой по внутрипромысловым трубопроводам. До недавнего времени, в соответствии с существующей технологией сбора и подготовки нефти, вся продукция скважин транспортировалась от нефтяного месторождения до установок предварительного сброса воды (УПС), откуда отсепарированная нефть перекачивалась на установки подготовки нефти (УПН), а сбрасываемая вода обратно откачивалась на нефтяное месторождение для закачки в продуктивные пласты. При этом, вследствие большой протяженности трубопроводов транспортировки продукции скважин до УПС, отсепарированной воды к кустовым насосным станциям (КНС) поддержания пластового давления (ППД) и высокой агрессивности пластовых вод, было велико количество чрезвычайных ситуаций с разрывами трубопроводов (до 800 в год) с загрязнением окружающей среды высокоминерализованными сероводородосо-держащими пластовыми водами и углеводородами нефти. Кроме того, были значительны издержки производства по транспортировке, подготовке нефти и воды. Поэтому разработка новых технологических решений, направленных на уменьшение воздействия систем добычи, сбора, подготовки нефти и воды на окружающую среду, энерго и ресурсосбережение является актуальной задачей.

Целью работы являлось разработка и внедрение новой технологии добычи, сбора, подготовки нефти и воды в нефтегазодобывающем управлении НГДУ «Чекмагушнефть» и других НГДУ АНК «Башнефть» для повышения эксплуатационной надежности и долговечности оборудования и трубопроводов, уменьшения количества чрезвычайных ситуаций, металлоемкости оборудования УПС, издержек производства по транспортировке , подготовке и утилизации пластовых вод и исследование эколого - экономической эффективности новой технологии по результатам промышленной эксплуатации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ существующей технологии и оборудования добычи, сбора, подготовки нефти и воды;

- разработка и внедрение новых технологических решений, направленных на повышение эксплуатационной надежности и долговечности оборудования и трубопроводов, сокращения объема транспортировки попутно добываемых пластовых вод, уменьшения металлоемкости и энергопотребления оборудования;

- исследование экологической и экономической эффективности новой технологии добычи, сбора подготовки нефти и воды по результатам промышленной эксплуатации.

Обоснованность и достоверность научных положений , выводов и рекомендаций обеспечивается за счет использования современной измерительной аппаратуры , современных методов обработки и математических методов в области гидромеханики и волновой механики, а также подтверждается полученными практическими результатами.

Научные положения разработанные в диссертации :

-разработано устройство ТВО (трубный водоотделитель) для предварительного сброса попутно-добываемых пластовых вод в систему ГТПД непосредственно на промыслах;

-проведено исследование эффективности применения бактерицидных препаратов для подавления сульфатвосстанавливающих бактерий;

- разработан способ нейтрализации сероводорода в скважине, включающий подготовку композиции нейтрализатора сероводорода и подачу ее в скважину;

- проведены исследования волновых процессов в гидросистемах ТВО и их влияния на скорость коррозии материала трубных водоотделителей;

-проведено эколого-экономическое сравнение существующей технологии добычи, сбора, подготовки нефти и воды и новой технологии по результатам многолетней промышленной эксплуатации.

Научное значение работы заключается в том , что разработаны новые высокоэффективные ресурсосберегающие технологические решения для систем добычи , сбора и подготовки нефти, позволяющие уменьшить количество аварий с разрывами трубопроводов и выходом из строя оборудования, антропогенную нагрузку нагрузку на окружающую среду и повысить качество подготовки товарной нефти, газа и воды для систем поддержания пластового давления.

Практическое значение работы заключается в том , что предложенная технология позволяет в значительный мере исключить чрезвычайные ситуации, связанные с авариями трубопроводов и оборудования систем добычи, сбора и подготовки нефти, повысить качество подготавливаемой для товарных парков нефти, повысить качество подготавливаемой для товарных парков нефти, уменьшить эксплуатационные затраты на транспортировку, подготовку и утилизацию попутно добываемых пластовых вод , повысить качество их подготовки , сократить парк резервуаров отстойников и насосных агрегатов.

Разработанная технология может быть успешно применена на всех месторождениях нефти, находящихся в поздней стадии разработки.

Тема диссертационной работы соответствует тематике научных работ выполняемых на кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета дружбы народов и в НГДУ «Чекмагуш-нефть».

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Экологизация современного экономического развития. Сущность, проблемы, перспективы» ( г.Уфа, 1999 г.), Международной конференции по производству и применению химических реактивов и реагентов «Реактив-99» «Химические реактивы , реагенты и процессы малотонажной химии» ( г.Уфа, 1999 г.), Международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте» ( г.Самара, 1999 г.) и Научно-практической конференции «Повышение эффективности разработки нефтяных месторождений Республики Башкортостан» ( г. Уфа, 2002 г.).

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них 4 патентов РФ.

Объем работы 126 стр. машинописного текста, в том числе 23 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 70 наименований. s

Заключение диссертации по теме «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям наук)», Шайдуллин, Фидус Динисламович

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

На основе полученных в работе результатов можно сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Анализ существующей технологии добычи, сбора, подготовки нефти и воды на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки с низкими дебитами нефти и высокой обводненностью добываемой продукции показывает, что ее основным недостатком является необходимость транспортировки ежегодно возрастающих объемов водонефтегазовой эмульсии от скважин до установок предварительного сброса воды (УПС) и отсепариро-ванной и очищенной от нефти воды обратно для закачки в продуктивные пласты. В одном НГДУ АНК «Башнефть» объемы закачки подготовленной воды достигают более 20 млн. м3 в год. Высокая агрессивность добываемой продукции неизбежно приводит к увеличению аварийности на внутрипромы-словых трубопроводах (до 800 аварий в год в одном НГДУ), росту издержек производства по транспортировке, подготовке нефти и утилизации воды и увеличению негативного воздействия на окружающую среду.

2. Разработаны и запатентованы новые технологические решения при добыче, сборе, подготовке нефти и воды позволяющие: существенно уменьшить объемы транспортировки жидкостей по внутрипро-мысловым трубопроводам за счет сброса и утилизации до 90% попутно добываемой воды непосредственно на промыслах с помощью трубных водоотделителей (ТВО); исключить контакт водонефтегазовой эмульсии с кислородом воздуха за счет герметизации технологических процессов сбора, подготовки нефти и воды и уменьшить коррозионную агрессивность транспортируемых по трубопроводам нефти и воды; уменьшить коррозионную агрессивность продукции скважин, увеличить срок службы скважинного оборудования и объемы добываемой нефти до

10% за счет нейтрализации сероводорода при бактерицидной обработке трубопроводов системы поддержания пластового давления (ППД).

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями определены оптимальные характеристики трубного водоотделителя: угол наклона - 4 градуса; время движения воды до нижнего конца наклонной трубы не менее 600 е.; скорость движения жидкости в ТВО не более 0,15 м/с ; соотношение объемов водяной и нефтяной частей ТВО равно четырем.

4. В процессе промышленных и экспериментальных работ, а также широкомасштабного внедрения на промыслах были выявлены следующие преимущества технологии подготовки нефти и воды с использованием трубного водоотделителя перед традиционными УПС: ускоряется процесс коа-лесценции глобул воды и отделение ее от нефти, улучшается качество нефти и воды, сокращается расход химических реагентов и потерь углеводородов, уменьшаются энергозатраты, металлоемкость объектов подготовки нефти и воды, капиталовложения на строительство очистных сооружений, аварийность на внутрипромысловых трубопроводах и, как следствие, себестоимость подготовки нефти и воды, значительно снижается антропогенная нагрузка на окружающую среду от систем сбора и подготовки нефти и воды.

5. На основе разработанной программы и методики проведены исследования волновых процессов в гидросистемах ТВО, которые показали, что скорость коррозии корпуса ТВО значительно возрастает, если в гидросистеме в процессе эксплуатации возникают интенсивные колебания давления, амплитуда которых, в некоторых случаях может быть близка к величине рабочего давления. Показано, что уменьшение амплитуды колебаний давления приводит к многократному увеличению коррозионно-усталостной долговечности ТВО.

На основе анализа имеющейся информации о принципиально новых средствах борьбы с волновыми и вибрационными процессами в трубопроводных системах выбраны конструктивные схемы стабилизаторов давления, использование которых во внутрипромысловых трубопроводных системах является наиболее целесообразным.

6. Предложены математические модели нестационарного движения жидкости в трубопроводной системе без стабилизатора давления и со стабилизатором давления. Получены аналитические зависимости, связывающие эффективность гашения колебаний давления и гидроударов с основными параметрами стабилизатора давления: податливостью, суммарной площадью распределенной перфорации. Предложена методика расчета конструктивных характеристик СД.

7. На основе опыта многолетней эксплуатации предлагаемых технологических решений при добыче, сборе, подготовке нефти и воды проведена эколого-экономическая оценка их эффективности, которая показала, что аварийность внутрипромысловых трубопроводов снижается более чем в 5 раз, что позволяет значительно уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду и потерю ресурсов. Экономический эффект от внедрения установок по месторождениям НГДУ «Чекмагушнефть» за счет уменьшения эксплуатационных затрат составляет 9382,428 тыс. руб. ежегодно, а за счет уменьшения аварийности внутрипромысловых трубопроводов более 12 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шайдуллин, Фидус Динисламович, 2004 год

1. Chaburkin V.E. , Klykov N.A. , Durability Assessment of Pipeline Structural Members in Terms of Acting Loads // In: Proceedius of the Fist Pasifik / Asia Offshore Mtchaniks Symposium. Seoul/ 1990. Vol 1 - p 361-367.

2. A.c. 1789824 СССР, МКИ F 16 L 55/04. Стабилизатор давления для магистральных нефтепроводов.

3. Антипин Ю.В., Яркеева Н.Р., Шайдуллин Ф.Д., Исланова Г.Ш. Особенности кристализации гипса в скважинах и оптимизация расхода ингибиторов отложения солей.// М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело, 2001, №11, с.34-37.

4. Вибрация в технике. М. : Машиностроение, 1980, т.З

5. Виноградов В.И. Основные направления работ по совершенствованию технологических процессов сбора и подготовки нефти и газа. М.: ВНИИОЭНГ, 1974, 96 с.

6. Владиславлев А.П. , Коробков А.А. , Малышев В.А. , Трубопроводы поршневых компрессорных машин. — М. : Машиностроение, 1964, 275с.

7. Ганиев Р.Ф., Низамов Х.Н. , Дербуков Е.И. Волновая стабилизация и предупреждение аварий в трубопроводах. М. : из-во МГТУ им. Баумана, 1996, 260с.

8. Ганиев Р.Ф. , Низамов Х.Н. , Чучеров А.И. , Усов П.П. Стабилизация колебаний давления в трубопроводных системах энергетических установок. М.: из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993, 184с.

9. Гладких П.А. , Хачатурян С.А. Предупреждение и устранение колебаний нагнетательных установок. М.: Машиностроение, 1964, 275с.

10. Гутман Э.М. , Амосов Б.В. , Худяков М.А.Защита от коррозии нефтепромыслового оборудования. Нефтяное хозяйство. М. : ВНИИОЭНГ, 1977, №8, с 59-62.

11. И.Гутман Э.М. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М. : ВНИИОЭНГ, 1972, №10, с 6-8.

12. Гутман Э.М. Механохимия металлов и защита от коррозии. М. : Металлургия, 1981 г., 270с.

13. Двухшерстов Г.И. Гидравлический удар в трубах некругового сечения в потоке жидкости между упругими стенками. Ученые записки МГУ, вып. 122, Механика, т2,1948, с 15-76.

14. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах, т.2 -М.: Гостехтеориздат, 1948, 422с.

15. Каплан JT.C. Установки скважинных бесштанговых насосов для добычи нефти. Уфа, из-во Уфимского нефтяного института, 1990, 55 с.

16. Каплан JI.C., Ростэ З.А., Семенов А.В. Применение насосно-компрессорных труб, футерованных секлом и эмалями, для борьбы с отложениями парафина.// ТНТО «Опыт борьбы с отложениями парафина». М.: ВНИИОЭНГ, 1967, с.25-29.

17. Каспарьянц К.И. Промысловая подготовка нефти и газа, М.: «Недра», 1973,373 с.

18. Колесников К.С. , Самойлов Е.А. , Рыбак С.А., Динамика топливных систем ЖРД. М.: Машиностроение, 1975, 169с.

19. Колесников К.С. Вынужденные колебания потока идеальной сжимаемой жидкости в однородной прямой трубе. М. : из-во АНСССР, Механика и машиностроение, 1963, №4, с 102-107.

20. Куделин Ю.И. , Альтшунер Б.Н. , Легезин Н.Е. и др. Коррозия и защита трубопроводов, скважин, гидропромыслового и газоперерабатывающего оборудования. М. : ВНИИЭгазпром, 1975, №5, сЗ.

21. Левченко E.JI. , Арбузов Н.С. , Ходяков В.А. , Цараков А.Г. Инженерные методы прогнозирования и профилактики гидроудара. М. : Трубопроводный транспорт нефти. №11, 1995, из-во ТрансПресс, с 24-29.

22. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды к транспорту. М.: «Недра», 1972,324с.

23. Мавлютова М.З. Опыт подготовки нефти на промыслах Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат,1966, 165с.

24. Махутов Н.А. Анализ коэффициентов концентрации и полей деформации. Поля деформации при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979 с 141-150.

25. Медведев А.Е. , Низамов Х.Н. , Применко В.Н. , Селифанов И.В. Комплексное исследование двухфазных потоков с целью созидания устройств для управления гидродинамическими процессами. — М. : ВНИИОЭНГ, 1991, 130с.

26. Методика по определению ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах. М.: из-во ИПТЭР, 1996.

27. Мурзагильдин З.Г., Шайдуллин Ф.Д., Денисламов И.З., Фахрутдинов М.Ф. Опыт применения нейтрализаторов сероводорода на предприятиях АНК «Башнефть».// М.: Из-во ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело, № 4, 2003, с. 36-38.

28. Мурзагильдин З.Г., Шайдуллин Ф.Д., Шайхататтаров Ф.Х., Рекин С.А. Особенности коррозии и защиты нефтепромыслового оборудования в се-роводородсодержащих средах. М.: Из-во ВНИИОЭНГ. Нефтепромысловое дело, № 5, 2002, с. 38-41.

29. Низамов Х.Н. , Применко В.В. Способы повышения эффективности и производительности сепарационных установок. М. : ВНИИОНГ, «Нефтепромысловое дело», №8-9, 1996, с 31-34.

30. Низамов Х.Н. , Применко В.Н. , Колычев А.В. Определение допустимых динамических нагрузок на трубопроводы. М. : Издательство РИА, Двойные технологии, №11 2000.

31. Низамов Х.Н. , Применко В.Н. , Смольянинов Н.Г. Колычев А.В. Стабилизаторы давления средства предупреждения аварий на трубопроводном транспорте. М.: Охрана труда и социальное страхование, №10, 2000, с 6265.

32. Низамов Х.Н. , Применко В.Н. , Средства защиты трубопроводов теплоснабжения от гидравлических ударов при включении и выключении насосных станций. М. : ВНИИОЭНГ, «Нефтепромысловое дело», 1996, с 24-27.

33. Низамов Х.Н. , Применко В.Н. , Чукаев.А.Г. , Чучеров А.И. Пульсации давления в трубопроводах и способы их устранения. М. : ВНИИОЭНГ, 1991,87с.

34. Низамов Х.Н. , Применко В.Н. Определение эффективности работы стабилизатора давления в гидросистеме торцевого уплотнения компрессора высокого давления. М. : Теплоэнергетика, №11, 1999, с 26-30.

35. Низамов Х.Н., Шайдуллин Ф.Д., Липин А.В. Обеспечение надежности работы систем автоматизированного контроля трубопроводных коллекторов.// Вестник РУДН, серия Кибернетика, 1999, №1,с 64-76.

36. Низамов Х.Н., Шайдуллин Ф.Д., Дербуков Е.И. Защита промысловых трубопроводов от колебаний давления рабочей среды.// Сборник трудов СИП РИА, 2001, с. 97-104.

37. Низамов Х.Н., Шайдуллин Ф.Д., Липин А.В.Влияние присоединенной массы демпфера на резонансные свойства безрасходной магистрали.М.: Издательство РИА, Двойные технологии, №1(14), с. 69-72.

38. Низамов Х.Н., Применко В.Н., Шайдуллин Ф.Д. Расчет гидравлического удара.М.: Издательство СИП РИА, Сборник трудов, выпуск 10, 2003, с. 67-69.

39. Пат. 2041415 РФ, МКИ F 16 L 55/04. Стабилизатор давления.

40. Пат. 2089310 РФ, МКИ F 16 L 55/04. Стабилизатор давления.

41. Пат. 2044208 РФ, МКИ F 16 L 55/04. Стабилизатор давления.

42. Пат. 2145027 РФ, МКИ F 16 L 55/04. Стабилизатор давления.

43. Патент РФ2098166. Установка сброса воды. Авт.Хатмуллин Ф.Х., Дав-летшин З.Ш., Зайнашев Р.А., Голубев В.Ф.

44. Патент РФ 2166622. Способ повышения нефтеотдачи пласта. Авт. Назми-ев И.М., Галямов И.М., Шайдуллин Ф.Д.

45. Патент РФ 2175712. Способ нейтрализации сероводорода в скважине. Авт Голубев В.Ф., Хазиев Н.Н., Шайдуллин Ф.Д.

46. Патент РФ 2181882. Устройство для определения концентрации газа в жидкости. Авт. Денисламов И.З., Шайдуллин Ф.Д., Назмиев И.М., Исла-нов Ш.Г., Мурзагильдин З.Г.

47. Самарин А.А. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы их устранения. М.: Энергия, 1979, 286с.

48. Сидоренко С.Н., Черных Н.А. Коррозия металлов и вопросы экологической безопасности магистральных трубопроводов. М.: Издательство РУДН, 2002,83 с.

49. Сидоренко С.Н., Якупов Н.М. Коррозия союзник аварий и катастроф — М.: Издательство РУДН, 2001 с.93.

50. Сидоренко С.Н. Коррозия металлов и способы ее предотвращения. Сборник научных трудов. М.: Издательство РУДН, 2002 с.369-372.

51. Сидоренко С.Н. Экологические аспекты взаимодействия металлов с окружающей средой. Актуальные проблемы экологии. М.: Издательство РУДН, 2003 с. 105-109.

52. Сидоренко С.Н. Попов Ю.А. Некоторые вопросы теории хаотической пористой среды со случайной внутренней геометрией. Издательство вузов. Физика. 1969, т. 39, №9, с.47-51.

53. СниП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы. Госстрой СССР- М. : ЦИТП Госстоя СССР, 1988.

54. Сурин А.А. Гидравлический удар в водопроводах и борьба с ним. М. : Трансжелдориздат, 1946.

55. Сыртланов А.Ш., Фасхутдинов Р.А., Шайдуллин Ф.Д. Пути повышения эффективности предотвращения образования отложений неорганических солей в скважинах.

56. Тронов В.П., Хамидуллин Ф.Ф., Сучков Б.М. О совмещении процесса предварительного сброса пластовой воды с первой ступенью обезвоживания нефти. М.: ВНИИОЭНГ, Нефтепромысловое дело, 1975, № 5, с. 42-45.

57. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977, 271 с.

58. Фокин М.Ф., Гусенков А.П. , Аистов А.С. Оценка циклической долговечности сварных труб магистральных нефтепродуктопроводов. М. : Машиностроение, 1984. №6, с 49-55.

59. Шайдуллин Ф.Д. Опыт применения методов повышения нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки Тамьяновской площади Манчаровско-го месторождения.// Тезисы докладов научно-практической конференции

60. Повышение эффективности разработки нефтяных месторождений республики Башкортостан. Уфа: Издательство Башнипинефть, 2002, с.98-102.

61. Шайдуллин Ф.Д., Низамов Х.Н., Применко В.Н. Исследование волновых процессов в гидросистемах трубных водоотделителей внутрипромысло-вых систем подготовки нефти. М.: Издательство РИА, Двойные технологии^, 2003, с.52-54.

62. Шакуров Н.Г. Оценка долговечности трубопроводов, транспортирующих коррозионно-агресивные среды. М. : ВНИИОНГ, Коррозия и защита, №5, с 3-4, 1979 г.

63. Эксплуатация скважин погружными центробежными электронасосами на нефтяных месторождениях Башкирии. М.: ВНИИОЭНГ, Сер. «Добыча», 1971.