автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обеспечение безопасности эксплуатации нефтепромысловых объектов при добыче и транспортировке высокоагрессивной продукции скважин

Введение

1. Система обустройства нефтяных месторождений и проблемы безопасности нефтепромысловых объектов

1.1 Возрастные особенности разработки крупных нефтяных месторождений

1.1.1. Анализ состояния трубопроводной системы

ППД и нефтесбора ОАО»Татнефть»

1.1.2. Динамика аварийности трубопроводной системы

1.1.3. Состояние резервуарного парка и технологических емкостей

1.2. Обустройство нефтегазовых промыслов и техногенные нагрузки на окружаюп]ую среду

1.3. Причины отказов и осложнений при эксплуатации нефтепромысловых объектов

Выводы по главе 1.

2. Методы оценки и повышения технологической эффективности эксплуатации нефтепромысловых объектов

2.1. Характеристики надежности нефтепромысловых объектов

2.2. Статистическое определение эксплуатационной надежности технологических емкостей

2.2.1. Прогнозирование отказов технологических емкостей

2.2.2. Параметры эксплуатационной надежности технологических емкостей

2.3. Методы изучения технического и коррозионного состояния технологических емкостей

2.4. Прогнозирование коррозионных повреждений промысловых резервуаров

Выводы по главе 2.

3. Обеспечение безопасности технологических емкостей методами их капитального ремонта

3.1. Анализ конструктивных особенностей, условий эксплуатации и ремонта технологических емкостей

3.2. Теоретические и экспериментальные исследования особенностей очистки внутренней поверхности металлических емкостей перед их ремонтом

3.3. Технология проведения ремонтно - восстановительных работ для увеличения срока службы технологических емкостей

Выводы по главе 3.

4. Обеспечение экологической и промышленной безопасности при реновации и консервации бездействующих трубопроводов

4.1. Разработка технологии и технических средств по повторному использованию отработанных трубопроводов

4.2. Теория и практика очистки труб от старой изоляции, отложений солей и асфальтосмолистьк соединений

4.3. Разработка технологии, технических средств по инспекции, очистке и консервации бездействующих технологических трубопроводов

4.4. Технико - экономическая эффективность мероприятий по увеличению эксплуатационной надежности нефтепромысловых объектов

Выводы по главе 4.

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 № 2125508 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 № 2136495 РФ). Предложена новая технология термогазо-химической очистки наружной и внутренней поверхностей труб (патент № 2161079 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 №2154154 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 лет; водоводов 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 № 2125508 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 № 2161079 РФ).

При давлении воздуха 0,4-0,6 МПа, расхода дизтоплива 6,4-8 кг/час, песка 300 кг/час, обеспечивается скорость очистки до 20м /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 №2154154 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.

1. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. -М.: Машиностроение, 1989. С. 464.

2. Асфандияров Ф.А., Кильдитсков И.Г. Особенности коррозионного процесса стали в средах, содержащих СВБ и сероводород // РНТС. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1982. - №5.

3. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1987-С.264.

4. Байков Н.М., Поздышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1981.-261 с.

5. Болотин В.В. О прогнозировании надежности и долговечности машин. Л.: Машиностроение, 1977. - № 5 - С 86-93

6. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М : Стройиздат, 1982. - С. 351.

7. Валиюлин И.И. Совершенствование методов ремонта газопроводов. М.: Нефть и газ, 1997. - С. 224.

8. Воинов К.Н. Прогнозирование надежности механических систем. Л.: Машиностроение, 1978 - С. 250.

9. Волков Е.Б., Головков Л.Г., Сырицин Т.А. Жидкостные ракетные двигатели. М.: Воениздат, 1970. - С.592.

10. Ю.Вопросы математической теории надежности / (Барзилевич Е.Ю., Беляев Ю.Н., Каштанов В.А. и др.).- М.: Радиосвязь, 1983 С. 376.

11. Временный технологический регламент на восстановление труб демонтированных трубопроводов диаметром 89-168 мм., Бугульма. 1997. -С. 13.

12. Галеев Р.Г. Повышение выработки трудноизвлекаемых запасов углеводородного сырья. -М.: Кубк-а, 1997. -352с.

13. Галеев Р.Г., Тахаутдинов Ш.Ф., Магалимов А.Ф., Загиров М.М. и др. Основные направления и результаты работ по борьбе с коррозиейнефтепромыслового оборудования. // Нефтяное хозяйство. 1998. - №7. -С. 43-45.

14. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1977. - С. 475.

15. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. М.: Высшая школа. 1979. - С. 400.

16. Г0НИК A.A. Сероводородная коррозия и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1966. - 176 с.

17. Г0НИК A.A., Низамов K.P., Липович Р.Н. Влияние растворенного кислорода в сточных водах девонских месторождений на коррозию стали //РНТС. Сер. Коррозия и зашита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1970.-вып. 6.-С. 3-6.

18. Г0НИК A. A. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1976. - 192 с.

19. Г0СТ 27.002-83 Надежность в технике. Термины и определения. М.: Госстандарт, 1983 30 с.

20. Дарков A.B. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1969.

21. ЗО.Зайцев Ю.В. Проектирование и монтаж железобетонных конструкций. М.: Высшая школа, 1980.

22. Иванов A.B., Зыятдинов К.Ш. и др. Техногенез и экологический мониторинг Юго-Востока Республики Татарстан. Казань: - КГУ, 1995. -244 с.

23. Инструкция по инспекции, очистке и консервации бездействующих технологических трубопроводов диаметром 89 530 мм ОАО «Татнефть». / НПО «ЗНОК и ППД». - Бугульма, 1999.

24. Инструкция по ремонту дефектных труб магистральных газопроводов полимерными композиционными материалами. ВСН 39 1.10 - 001 - 99 / Москва, 2000.

25. Исследования причин аварий на трубопроводах США // Трубопроводный транспорт нефти. 1999. - №6.

26. Канарчук В.Б. Основы надежности машин. Киев. Наукова думка, 1982 -С.246.

27. Карп E.H., Сухотин А.М. Коррозия стали под тонкими пленками хлоридных растворов // Защита металлов. 1982. - №5. - С. 741.

28. Карпенко Г.В. Прочность стали в коррозионной среде. Киев.: МашГиз. 1963.- С. 115.

29. Негреев В.Ф. Коррозия оборудования нефтяных промыслов. Баку: Азнефтеиздат, 1951. -279 с.

30. Павленко Н.И., Давыдов O.E., Загиров М.М. Коррозионная активность СВБ, выделенных из пластовых вод Долининского нефтепромысла // РНТС. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1982. - №5.

31. Патент №2136495 РФ, МКИ 6 В 29 С 63 / 18, 67 / 20, F 16 L 59 /14. Способ нанесения на трубу термоизоляционного покрытия./ Тахаутдинов Ш.Ф., Загиров М.М., Калачев И.Ф., Загиров М.М., опубл. БИ № 25,1999.

32. Патент № 2125508 РФ, МКИ 6 В 23 Р 6 / 00. Способ ремонта поверхности / Танеев Р.Г., Тахаутдинов Ш.Ф., Загиров М.М., Калачев И.Ф., Загиров М.М., опубл. БИ № 3,1999.

33. Патент № 2161079 РФ, МКИ 7 В 08 В 9 / 032. Устройство для очистки внутренней поверхности трубы от отложений / Загиров М.М., Калачев И.Ф., Косолапов А.К., Михайлова Т. А., Рахманов Р.Н., Скворцов Ю.М., Тальшов Ш.М., опубл. БИ № 36. 2000.

34. Патент № 2154154 РФ, МКИ 7 Е 21 В 41 / 02. Консервационная жидкость / Рогачев М.К., Зейгман Ю.В., Мавлютов М.Р|., Сыркин A.M., Загиров М.М., Загиров М.М., опубл. БИ №», 2000.

35. Подобаев Н.И., Лященко Л.Ф., Загиров М.М. Коррозия и электрохимическое поведение ст.20 в сероводородсодержащей пластовой воде // РНТС. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1982. -№11.

36. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. ПБ 10 115 - 96 / Москва. ПИО ОБТ, 1996.

37. Правила производства работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов. ВСН 51 1 - 97 / Москва, 1997.

38. Правила организации и проведения акустико эмиссионого контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. РД 03 - 131 -97. /, Гогортехнадзор России 1997.

39. Правила капитального ремонта магистральньк нефтепроводов. РД 39 -00147105 015 - 98 / ИПТЭТ. - Уфа, 1998.

40. Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов. ВРД 39 -1.10 006 - 2000 / ОАО «Газпром». - Москва, 2000.

41. Разработка технологии и технических средств восстановления эксплуатационной надежности технологических емкостей: Отчет о НИР / НПУ «ЗНОК и ППД»; руководитель Загиров М.М. 99.1506. - Бугульма, 1999. - 74с.

42. Расчет эксплуатационных затрат на проведение работ по демонтажу и восстановлению демонтированных труб в полевых и цеховых условиях., / НПУ «ЗНОК и ППД», Бугульма. 1999. С.55.

43. Рекомендации по восстановлению работоспособности технологических емкостей в системе нефтесбора. Отчет по НИОКР № 98. 1361. / НПО «ЗНОК и ППД»;руковводитель Загиров М.М. Бугульма, 1998. - 85 с.

44. Розенфельд И.Е. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1977. - 350 с.

45. Саакян Л.С., Соболева И.А. Защита нефтепромыслового оборудования от разрушения вызываемого сероводородом. М.: ВНИИОНГ, 1981. - 17 с.

46. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1989.-С. 352.

47. Сосуды и аппараты. Общие технические условия на ремонт корпусов ОТУ 2-92 / НПО ОБТ. М., 1992.

48. Сосуды и аппараты стальные сварные. ОСТ 2 6- 291 94 / Москва, НПО ОБТ, 1994.

49. Тахаутдинов Ш.Ф., Иванов А.В., Магалимов А.Ф. и др. Мониторинг природной среды. // Мониторинг. 1995. - С. 243.

50. Тахаутдинов Ш.Ф. Основные направления деятельности инженерной службы ОА «Татнефть» по повышению надежности системы нефтесбора. // Нефть Татарстана. 1998. - №1. - С. 45-48.

51. Тахаутдинов Ш.Ф., Загаров ММ. Можно ли решить проблему коррозии промысловых трубопроводов? // Нефть и капитал. 1998. - №5. - С. 82-84.

52. Тахаутдинов Ш.Ф. Опыт работы АО «Татнефть» в области стабилизации нефтедобычи и повышении долговечности нефтепромысловых коммуникаций. // Проблемы нефтегазового комплекса России. Тез. докл. Научн.-техн. конф., посвященная 50-летию УГНТУ.- Уфа, 1998.

53. Тахаутдинов Ш.Ф., Загиров М.М., Квон Г.М. Экономическая эффективность комплекса мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности и долговечности нефтепромысловых объектов. // Нефтяное хозяйство. 1998. №7 - С. 86 - 89.

54. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. / Под ред. В.П. Глушко. М.: Изд. АН СССР, 1962. - Ют.

55. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. / Справочник под ред. В.П. Глушко. М.: АН СССР, 1962. - 2т.

56. Термические константы. / Справочник под ред. В.П. Глушко. -М.: АН СССР, 1971.

57. Технико-экономическое обоснование применения отечественной и зарубежной технологии покрытия резервуаров РВС 5000: Отчет о НИР / «ТатНИПИнефть»; руководитель Ибатуллин Р.Х. - Бухульма, 1994.

58. Технико-экономическое обоснование проведения работ в ОАО «Татнефть» по демонтажу бездействующих трубопроводов и целесообразности создания участка по восстановлению труб в цеховых условиях./ НПУ «ЗНОК и ППД», Бугульма. 1999. - С 95.

59. Технологический регламент на проектирование цеха реновации труб диаметром 219-530 мм. / НПУ ЗНОК и ППД»,. Бугульма. 1999. - С.20.

60. Технологический регламент на участок ремонта труб. / НПУ «ЗНОК и ППД», Бугульма. 1999. - С. 19.

61. Технологический регламент по нанесению внутреннего цементно -песчаного покрытия. / НПУ «ЗНОК и ППД», Бугульма. 1999. - С. 16.

62. Тронов В.П. Промысловая подготовка нефти. Казань: ФЭП, 2000. - 416 с.133

63. Трубы стальные, восстановленные. Технические условия ТУ 39 0147585 -057 - 99. / НПО «ЗНОК и ППД», Бугульма. - 1999. - 13с

64. Хуснутдинов М.Х. Технология и организация обустройства нефтегазовых промыслов. М.: Недра, 1993. - 362 с.

65. Чернин М.И. Расчеты по деталям машин. Минск.: Высшая школа, 1974.

66. Шавловский С.С. Основы динамики струй при разрушении горного массива. М.: Наука, 1979 -174с.

67. Щеповских A.M. Совершенствование региональных систем управления природопользованием. Москва, 1997. - 96 с.