автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.07, диссертация на тему:Разработка конструктивно-технических решений объектов в суперблоках для нефтепромыслового и магистрального трубопроводного транспорта в Западной Сибири

1. Введение

2. Анализ путей развития индустриализации строительства наземных объектов трубопроводного транспорта и постановка задачи исследований

2.1. Состояние развития конструктивно-технических решений блочно-комплектных устройств

2.2. Анализ влияния конструктивно-технических решений блочно-комплектных устройств на эффективность капитальных вложений

2.3. Анализ факторов, влияющих на уровень индустриализации строительства объектов

2.4. Постановка цели и*задачи исследования

2.5. Выводы

3. Оптимизация параметрического (типоразмерного) ряда суперблоков объектов трубопроводного транспорта

3.1. Постановка задачи оптимизации параметрического ряда суперблоков

3.2. Оптимизация параметрического ряда суперблоков

3.3. Исследование влияния надежности, единичной мощности основного оборудования, динамики добычи нефти на оптимизацию параметрических рядов суперблоков

3.4. Определение оптимального параметрического ряда суперблоков на основе модульного принципа формирования объекта с учетом динамики добычи нефти

3.5. Выводы

4. Разработка конструктивно-технических решений суперблоков объектов трубопроводного транспорта

4.1. Процесс разработки конструктивно-технических решений суперблока

4.2. Комплекс требований к конструктивнотехническим решениям суперблоков

4.3. Исследование выбора основных геометрических параметров суперблоков

4.4. Разработка аппаратурно-технологических схем суперблоков и их оптимизация

4.5. Конструктивные решения суперблоков

4.6. Исследование технологичности суперблоков

4.7. Вывода

5.Формирование технологических комплексов нефтяных месторождений суперблоками

5.1. Формирование технологического комплекса при различной степени укрупнения блочно-комплектных устройств

5.2. Определение оптимального числа крупнообъемных блоков в объекте с учетом динамики добычи нефти

6. Результаты опытно-промышленного испытания суперблоков в реальных условиях (изготовление, транспортирование, монтаж и эксплуатация)

6.1. Разработка объектов в суперблоках

6.2. Изготовление, транспорт, монтаж и эксплуатация суперблоков

6.3. Экономическая эффективность от применения суперблоков

Развитие нефтяной промышленности Западной Сибири потребовало разработки индустриальных методов сооружения объектов. Основой индустриализации строительства наземных объектов для нефтепромыслового и магистрального трубопроводного транспорта явилось применение блочно-комплектных устройств (БКУ), без которых в девятой и десятой пятилетках ни одно месторождение не обустраивалось. В результате широкого внедрения БКУ заводского изготовления более 2/3 добываемой в Тюменском регионе нефти подготавливается с применением блочного оборудования, 96% всей воды закачивается в пласт блочными кустовыми насосными станциями. Строительство нефтеперекачивающих насосных и компрессорных станций осуществляется с применением БКУ. Большое распространение нашли БКУ различного назначения в виде малообъемных блоков с габаритами: длиной - до 12 м, шириной - 3 (3,2) м, высотой - 4 (3) м, массой до 30 т.

Практика строительства объектов трубопроводного транспорта за последние 15 лет показала, что направление сооружения объектов в блочно-комплектном исполнении отвечает специфическим условиям Западной Сибири и является определяющим в развитии индустриализации строительства. Благодаря индустриализации строительства стали возможными достигнутые темпы освоения нефтяных месторождений .

Директивами ХХУ1 съезда КПСС по одиннадцатому пятилетнему плану определено: "Обеспечить дальнейшее развитие Западно-Сибирского территориального производственного комплекса. Довести здесь добычу нефти, включая газовый конденсат, до 385-398 млн.т, газа-до 330-370 млрд.м3". При этом капитальные вложения в нефтяную промышленность Тюменской области за одиннадцатую пятилетку составят 27173 млн.руб., объемы строительно-монтажных работ возрастают ежегодно на 18%.

Возрастающие темпы освоения капитальных вложений требуют обобщения накопленного опыта, исследований и совершенствования прогрессивных методов строительства объектов, отвечающих специфическим особенностям районов обустройства. Существующие технические решения блочно-комплектных устройств (оборудования) в малообъемных блоках в условиях резкого повышения капитальных вложений и дефицита трудовых ресурсов на втором этапе освоения нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири не обеспечивают требуемого ускорения сроков строительства объектов. Доля работ на строительной площадке при сооружении объекта все еще велика. Нефтегазовые объекты характеризуются многочисленными функциональными связями, сложностью технологического и энергосилового оборудования, насыщенностью средствами автоматики. Работы по сооружению объектов в полевых условиях требуют высокой квалификации специалистов, качественного исполнения этих работ при сооружении и подготовке объекта в эксплуатацию. При этом расходуются большие капитальные вложения с привлечением значительных трудовых ресурсов. С выходом в северные районы строительство объектов еще более осложнится. В этой связи все большее значение приобретают мероприятия по снижению объемов строительно-монтажных работ (ШР) и ускорению сроков ввода объектов в эксплуатацию. Учет этих объективных особенностей обуславливает необходимость поиска новых технических, экономически эффективных решений по строительству объектов трубопроводного транспорта.

В зарубежной практике при освоении нефтяных и газовых месторождений Севера Канады, Аляски и морского шельфа достижение высоких темпов строительства объектов обеспечивается благодаря применению крупноблочных устройств, именуемых "модулями".

Анализ отечественной и зарубежной практики строительства нефтегазовых объектов показал, что повышение уровня индустриализации может быть достигнуто путем сооружения объектов в крупнообъемных блоках (суперблоках) заводского изготовления. В Гипро-тюменнефтегазе (впервые в нефтяной промышленности) под руководством автора был разработан проект кустовой насосной станции (КНС) в суперблоке, значительно отличающейся по массе, габаритным размерам и качественным характеристикам от всех существующих БКУ.

При реализации этого проекта было выявлено, что при сооружении объектов в одном или нескольких крупнообъемных, многотоннажных блоках достигается наиболее высокий коэффициент индустриализации строительства, так как наземная часть объекта имеет заводскую готовность 90-98%. Появляется возможность произвести весь комплекс пусконаладочных работ по механической, технологической, энергетической частям, КИП и автоматике в заводских условиях. Суммарная трудоемкость сооружения объекта снижается и резко сокращаются сроки ввода новых мощностей. Объект может быть превращен в единое транспортируемое с промышленного предприятия изделие, монтаж которого на месторождении связан с минимальными затратами всех ресурсов и времени.

Данное техническое решение предопределило развитие прогрессивного направления в индустриализации строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, обеспечивающего достижение существенных результатов в системе "промышленное производство-строительное производство - эксплуатация построенного объекта".

В процессе проектирования, изготовления, транспорта, монтажа и эксплуатации суперблока КНС возник целый ряд научно-исследовательских задач, решению которых посвящена данная работа.

В "Межведомственной целевой научно-технической и производственной программе дальнейшего до 1985 г. развития комплектно-блочного строительства объектов нефтяной и газовой промышленности" и "Плане технического развития отрасли на период до 1990 года и на I98I-I985 года по проблеме нефтепромыслового строительства", разработанных в соответствии с постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 695 от 12 июля 1979 г. предусмотрено повышение технико-экономических показателей строительства за счет создания комплекса объектов обустройства в виде транспортабельных блоков большой единичной массы (суперблоков).

Развитие индустриальных методов строительства наземных объектов нефтяной и газовой промышленности базируется на теоретических положениях, изложенных в работах [6,8,11,32,45,49,75,77].

Теоретические исследования по установлению основных закономерностей, сущности и перспектив развития индустриализации строительства наземных объектов дается в работах С.Я.Курица.

В работах Ю.П.Баталина разработаны основные направления развития комплектно-блочного метода строительства на основе программно-целевого управления.

Большой вклад в развитие индустриальных методов строительства наземных объектов внесли В.Л.Березин, П.П.Бородавкин, Л.Г.Телегин, В.Д.Шапиро, А.Г.Московцев, Ю.Н.Пермикин, М.С.Ройтер, Г.Д.Соколов, Б.Н.Курепин и другие исследователи.

Однако имеющиеся разработки и исследования в области индустриализации строительства наземных объектов являются недостаточными для разработки и выбора оптимальных конструктивно-технических решений нефтепромысловых объектов в супврблоках.

Основным содержанием диссертационной работы, отвечающей повышению уровня индустриализации строительства в Западной Сибири, является разработка научных основ конструктивно-технических решений объектов трубопроводного транспорта.в суперблоках с учетом всех стадий их реализации: проектно-конструкторские работы, заводское изготовление, транспортирование, монтаж и эксплуатация. Для решения этой задачи необходима разработка комплексной методики и оптимизации конструктивно-технических решений суперблоков, обеспечивающих высокую эффективность сооружения объектов в Западной Сибири.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи: оптимизация параметрических рядов суперблоков с учётом специфических особенностей обустройства месторождений; разработка требований, определяющих качество и эксплуатационные характеристики суперблоков; выбор основных геометрических параметров и массы суперблоков; разработка и оптимизация аппаратурно-технологических схем; выбор эффективных конструктивных решений; определение базовых (прогнозирующих) показателей технологичности суперблоков; разработка принципов формирования объектов суперблоками. По результатам исследований, проведенных в данной работе, были разработаны и проверены на практике конструктивно-технические решения комплекса объектов в виде транспортабельных блоков большой единичной массы и габаритов с высоким уровнем заводской готовности. Суммарный экономический эффект от внедрения суперблоков КНС и дожим-яой насосной станции (ДНС) составил 1990 тыс. рублей.

По теме диссертации опубликовано 17 работ. Материалы диссертации докладывались на научно-практической конференции "Проблемы развития и повышения эффективности научно-технического творчества грудящихся" (Тюмень, 1980 г.), на региональной научно-практической конференции "Развитие нефтегазового комплекса на период до 2000 г. Проблемы и пути их решения" (Тюмень, 1983 г.), на четырёх конферен-[щях молодых учёных и специалистов, а также экспонировались аа ВДНХ.

- 9

ВЫВОДЫ

1. Разработан принципиально новый подход к оптимизации параметрических рядов суперблоков с учетом специфических особенностей обустройства нефтяных месторождений. Показана правильность выбора критерия оптимизации - минимальные приведенные затраты по всему строительному потоку и эксплуатации. Разработаны и практически реализованы в виде комплекса программ для ЕС ЭВМ математические модели оптимизации функции суммарных приведенных затрат.

Впервые, исследована и доказана целесообразность учета надежности, единичной мощности основного оборудования и динамики изменения мощности объекта за период эксплуатации при формировании оптимального параметрического ряда, удовлетворяющего спрос при наименьших приведенных затратах по всему параметрическому ряду.

2. Разработаны теоретические основы выбора рациональных основных геометрических параметров, оптимального набора допустимых аппаратурно-технологических схем по всему параметрическому ряду суперблоков и эффективных конструктивных решений, обеспечивающих минимальные удельные затраты и металлоемкость суперблоков при выполнении ими целевой функции.

3. Установлены принципы формирования нефтепромысловых объектов суперблоками при различной степени их укрупнения и динамики добычи нефти, позволяющие определять оптимальное число суперблоков в объекте.

4. На основе выполненных автором теоретических исследований впервые разработана комплексная методика обеспечения оптимальных конструктивно-технических решений суперблоков с учетом специфических особенностей обустройства месторождений, позволяющая решить следующие задачи:

- оптимизацию параметрических рядов суперблоков;

- выбор рациональных основных геометрических параметров и массы суперблоков;

- разработку и оптимизацию аппаратурно-технологических схем суперблоков;

- синтез эффективных конструктивных решений;

- определение базовых (прогнозируемых) показателей технологичности суперблоков;

- оптимальное формирование объектов суперблоками.

5. Впервые для условий Западной Сибири разработаны и проверены на практике научные основы конструктивно-технических решений комплекса объектов трубопроводного транспорта в виде транспортабельных блоков большой единичной массы и габаритов, изготовленных в заводских условиях. Суммарный экономический эффект от внедрения КНС и ДНС, полученный за счет новых конструктивно-технических решений объектов в суперблоках составил 1990 тыс.руб.

1. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд., том ХХУ, чЛ, с.286.

2. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года. М., Политиздат, 1981.

3. Атлас Тюменской области. Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, М., 1971.

4. Абуталипов Р.С., Батманов А.А., Бухаленко Е.И. и др. Блочные насосные установки для нефтяных месторождений. Обзорная информация. Сер. "Машины и нефтяное оборудование". М., ВНИИОЭНГ, 1980.

5. Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин. М., "Машиностроение", 1968.

6. J6. Баталин Ю.П. Индустриализация нефтепромыслового строительства Западной Сибири. "Строительство трубопроводов", 1966, № II.

7. Баталин Ю.П. Блочность основное условие совершенствования обустройства промыслов в Тюменской обл. "Строительство трубопроводов", 1969, № 3.

8. V8. Баталин Ю.П. Комплектно-блочный метод строительства. Научно-технический обзор. М., Информнефтегазстрой, 1978.

9. Береснев В.Л., Гимади Э.Х., Дементьев В.Т. Экстремальные задачи стандартизации. Новосибирск, Наука (Сиб. отд.), 1978.

10. Березин В.Л., Бородавкин П.П., Куриц С.Я., Трушин Е.И. Строительство и монтаж насосных и компрессорных станций. М., "Недра", 1974.

11. II. Березин В.Д., Пермикин Ю.Н., Санников Ю.В. Состояние и перспективы развития унификации и агретирования блочно-комплектных устройств нефтегазодобывающих предприятий Западной Сибири и

12. Севера. Обзорная информация. Сер.ХМ-3. ЦИНТИхимнефтемаш, М., 1981.

13. J 12. Бячков А.И., Царева Г .Л., Цепляев Ю.А. Проектирование блочного оборудования для нефтяных месторождений Западной Сибири. FHTC. Сер. "Нефтепромысловое строительство", № 4. М., ВНШОЭНГ, 1975.

14. Бячков А.И., Каган Я.М., Пермикин Ю.Н. и др. Разработка конструкций суперблоков для обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири.- РНТС. Сер."Нефтепромысловое строительство", № I, М., ВНШОЭНГ, 1978.

15. Бячков А.И., Царева Г.Л., Шаламов A.M. Разработка унифицированного ряда нефтяных насосных станций в блочном исполнении.- ГОТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", № 9, М., ВНШОЭНГ, 1978.

16. Бячков А.И., Шаламов A.M., Салов В.И. и др. Расчет основных размеров крупных блоков при перевозке водным транспортом.- FHTC. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.8, М., ВНШОЭНГ, 1979.

17. Бячков А.И., Нассонов B.C., Сидоров С.С. Оптимизация параметрических рядов суперблоков.- РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.1, М., ВНШОЭНГ, 1983.

18. Бячков А.И. Формирование нефтепромысловых объектов из крупнообъемных блоков с учетом динамики добычи нефти. РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.7, М., ВНШОЭНГ, 1983.

19. Бячков А.И. Оптимизация параметрических рядов суперблоков для обустройства нефтяных месторождений. НТС "Проблемы нефти и газа Тюмени", вып.59, Тюмень, 1983.

20. Бячков А.И., Шаламов A.M., Салов В.И. и.др. Оценка способов и средств перегрузки при транспортировании суперблоков водными путями. РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып. 12, М., ВНШОЭНГ, 1980.

21. Бячков А.И., Каган Я.М., Царева Г.Л. Проектирование компрессорной станции для транспорта нефтяного газа. РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.8, М., ВНШОЭНГ, 1981.

22. Бячков А.И., Салов В.И. Оценка способов и средств доставки суперблоков по суше на нефтяные месторождения Западной Сибири. РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.9, М., ВНШОЭНГ, 1981.

23. Владимиров Ю.Д. Формирование банка данных в параметрических задачах объектов нефтедобычи. Сер. "Нефтепромысловое строительство", 1980, вып.9.

24. Вязенкин Г.Н., Владимиров Ю.Д., Донгарян Ш.С. и др. Агрегатированные технологические комплексы внутрипромыслового сбора нефти и газа. РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", № 5, М., ВНШОЭНГ, 1975.

25. Генкин С.И. Определение базовых показателей технологичности изделий. "Стандарты и качество", 1974, № I.

26. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход. Пер. с польск.- М., Мир, 1981.

27. Исследование основных направлений технического прогресса в строительстве объектов нефтяной и газовой промышленности в Тюменском регионе (докладная записка). Под редакцией Московцева А.Г. -Тюмень: изд. "Тюменская правда", 1979.

28. Каган Я.М., Бячков А.И. Проектирование и конструирование объектов для обустройства нефтяных месторождений в виде суперблоков.- РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.5, М., ВНИИОЭНГ, 1980.

29. Каган Я.М., Бячков А.И., Царева Г.Л. Блочное оборудование для обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири. Обзорная информация. Сер. "Нефтепромысловое строительство", М., ВНИИОЭНГ, 1981.

30. Каган Я.М., Лукашкин Ю.А., Бячков А.И. и др. Систе ма сбора и подготовки нефти. Авт.свид.№ 806060.v 39. Каган Я.М., Лукашкин Ю.А., Бячков А.И. и др. Объемный блок промыпленного сооружения. Авт.свид.№ 887747.

31. Каспарьянц К.С., Бочкарев А.Ф., Владимиров Ю.Д. Методика разработки оптимальных параметрических рядов мощностей блочного оборудования объектов нефтедобычи. Добыча, сбор и подготовка нефти и газа. Труды Гипровостокнефть, вып.ХХ1У, Куйбышев, 1975.

32. Каспарьянц К.С., Малыгин В.Н. Основные вопросы оптимизации проектирования объектов обустройства нефтяных месторождений. Оптимизация обустройства нефтяных месторождений. Гипровостокнефть. Труды, вып.ХХХ1У, Куйбышев,1979.

33. Комаров Д.М., Погожаев И.Б., Шор Я.Б. 0 стандартизации методов оптимизации параметрических рядов. "Стандарты и качество", 1972, № I.

34. Консон А.С. Экономическая эффективность новой техники. М., Госполитиздат, 1958.

35. Куриц С.Я. Экономические проблемы индустриализации строительства наземных сооружений газовой и нефтяной промышленности. М., ВНШОЭНГ, 1969.

36. J 50. Куриц С.Я. Блочность в наземном строительстве газовых промыслов и магистральных трубопроводов. ТНТО. Серия "Проектирование и строительство трубопроводов и газонефтепромысловых сооружений". М., ВНШОЭНГ, 1970.

37. Максакова Е.Н., Никифоров И.В., Заярный С.Л. Прогнозирование массы изделия. "Проблемы технологичности конструкций изделий машиностроения". Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Вып.1. Брянск, 1974.

38. Методика отработки конструкций на технологичность и оценка уровня технологичности изделий машиностроения и приборостроения. М., Госстандарт,СССР, изд-во стандартов, 1973.

39. Палий П.А., Каспарьянц К.С., Гнатченко В.В., и др.

40. J Унификация компоновочных решений по центральным цунктам сбора и подготовки нефти, газа и воды. РНТС. Сер."Нефтепромысловое строительство", вып.5, М., ВНШОЭНГ, 1980.

41. Певзнер Г.С., Цветков Э.Ч., Цодиков М.Б. и др. Принципы построения параметрических рядов агрегатных средств. Измерения, контроль, автоматизация, 1981, № I.

42. Половинкин А.И., Бобков Н.К., Буш Г.Я. и др. под редак. Половинкина А.И. Автоматизация поискового конструирования (искусственный интеллект в машинном проектировании), М.: Радио и связь, 1981.

43. РД 39-I-I59-79. Унифицированные технологические схемы комплексов сбора и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов. Гипровостокнефть, 1979.

44. Санднер Дж. Техника надежности систем, М., Наука, 1966. kJ 66. Санников Ю.В. Обеспечение технологичности конструкции блочно-комплектных устройств в процессе проектирования. РНТС. Сер. "Нефтепромысловое строительство", вып.12, М., ВНИИОЭНГ,1981.

45. Снесарев Г.А. Основы унификации и построения параметрических рядов машин. М., "Машиностроение", 1967.

46. Соколов Г.Д., Куриц С.Я. Основные пути индустриализации строительства нефтедобывающей промышленности. Тематический научно-технический обзор. Сер. "Нефтепромысловое строительство", М., ВНИИОЭНГ, 1970.

47. Суханов П.С. Об одном противоречии системы предпочтительных чисел. Стандарты и качество, 1968, № II.

48. Типовая методика оптимизации одномерного параметрического (типоразмерного) ряда. Госкомстандарт СССР, Изд-во стандартов. М., 1975.

49. Типовая методика оптимизации многомерных параметрических рядов. Госкомстандарт СССР. Изд-во стандартов, М., 1975.

50. Чечкин С.А. Водно-тепловой режим неосушенных болот и его расчет. Л.Гидрометеорологическое изд-во, 1970.

51. Шапиро В.Д. Индустриальные методы возведения наземных сооружений нефтяной и газовой промышленности. М., Недра, 1975.

52. Шапиро В.Д. Совершенствование организации и технологии строительства наземных объектов нефтяной и газовой промышленности. ВНИИОЭНГ, М., 1977.

53. Шапиро В.Д. Вопросы организации комплектно-блочного строительства предприятий нефтяной и газовой промышленности. М., НИПИЭСУ нефтегазстрой, 1977.

54. DSO СТАСО В сб. „Экономика стандартизации'; jJ 10,М., ВНИИКИ, 1970.

55. Engineering. Dngenait^ Keep Trans- Alaska Pipeline Ffcowtncj . A&aska construction and 0i6, Jaae , 1978.

56. R Lckardson P. The Prandh-oe Ba^ Fietd ~ One vear Later, kl aska Construction and Oit, June , 1976.