автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка системы для исследования и контроля процесса внутренней коррозии промысловых нефтепроводов

На правах рукописи

ПИНДАК АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05 13 01 - Системный анализ, управление и обработка информации (нефтегазовая отрасль)

□ОЗОВВ135

Тюмень 2007

003066135

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» на кафедре кибернетических систем

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Кузяков Олег Николаевич

Официальные оппоненты доктор физ -мат. наук, профессор,

Борзых Владимир Эрнестович, ТюмГНГУ

кандидат технических наук, доцент,

Семухин Михаил Викторович,

ООО «Тюменский нефтяной научный центр»

Ведущая организация ОАО «Институт «Нефтегазпроект»,

г. Тюмень

Защита состоится 19 октября 2007 г в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 212 273.08 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу 625039, г Тюмень, ул Мельникайте, 72, конференц-зал, каб 46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу 625039, г Тюмень, ул Мельникайте, 72

Автореферат разослан 19 сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

ТГ Пономарева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. По данным Госгортехнадзора, доля аварий промысловых нефтепроводов по причине внутренней коррозии повысилась с 50% (конец восьмидесятых годов) до 70% (настоящее время) Одной из причин данной ситуации является то, что срок эксплуатации значительной части парка трубопроводов либо близок к нормативному, либо превышает его Кроме того, в процессе разработки нефтяных месторождений наблюдается увеличение коррозионной активности транспортируемой среды В связи с этим возрастает значимость осуществления постоянного контроля состояния внутренней поверхности промысловых нефтепроводов, позволяющего снизить аварийность за счет своевременного ремонта.

Существующие в настоящее время системы контроля скорости внутренней коррозии выполняют расчет для трубопроводов в общем виде, на основе учета эксплуатационных характеристик трубопровода и транспортируемой многофазной смеси Системы, позволяющие производить постоянный контроль и прогноз скорости коррозионного разрушения внутренней поверхности промыслового нефтепровода на основе данных реального времени с учетом индивидуальных условий их функционирования в процессе эксплуатации, отсутствуют.

Разработка научно обоснованных способов и средств непрерывного контроля, а также прогноза скорости внутренней коррозии для промысловых нефтепроводов, учитывающих индивидуальный режим их работы на основании учета значимых факторов, является актуальной задачей

Цель работы. Разработать систему для исследования, контроля и прогноза процесса внутренней коррозии промысловых нефтепроводов в режиме реального времени

Основные задачи исследования.

1 Разработать функциональную модель процесса внутренней коррозии на основе выявленных основных факторов, влияющих на данный процесс.

2 Создать методику расчета максимальной скорости коррозии внутренней поверхности трубопровода

3 Разработать систему контроля и прогноза скорости коррозионного процесса внутренней поверхности нефтепровода

4 Создать методику определения мест и схемы расстановки измерительных устройств системы контроля внутренней коррозии Научная новизна работы. 1 Разработана функциональная модель процесса внутренней коррозии для расчета скорости коррозионного разрушения.

2. Разработана система контроля и прогноза скорости внутренней коррозии трубопровода

3. Определены места установки и схемы расположения измерительных устройств для идентификации вида многофазного потока и расчета скорости внутренней коррозии

Практическая ценность заключается в том, что результаты выполненных исследований дают возможность осуществлять постоянный контроль и прогноз скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода в режиме реального времени, что позволяет сократить число аварий и инцидентов за счет своевременного проведения ремонтных работ В настоящее время результаты выполненных исследований применяются в трубопроводных системах ОАО «АНК «Башнефть» (заключение №689 от 15 08 2007 г)

Обоснованность и достоверность результатов. При выполнении исследований автором использованы основные положения системного и статистического анализа, теории вероятности и имитационного моделирования Результаты исследований согласуются с данными внутритрубной диагностики промысловых нефтепроводов ОАО «АНК «Башнефть», при этом коэффициент корреляции составляет 0,86

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались в 2004 - 2007 гг на региональных и международных конференциях региональной научно — практической конференции «Информационные технологии в образовании», - Тюмень, 2004 г., VI международной научно - технической конференции «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике», - Петрозаводск, 2004 г; II международной научно - технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании», - Тюмень, 2006 г, а также на совместном семинаре кафедр «Кибернетических систем», «Информатики и вычислительной

техники», «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности» Тюменского государственного нефтегазового университета, 2007 г

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 публикация в рекомендуемом ВАК РФ издании

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 87 наименований, 1 приложения Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 45 рисунков, 8 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследований, определена цель и задачи диссертации, сформулированы положения о научной новизне и практической ценности работы

В первом разделе проведен сравнительный анализ существующих систем контроля скорости внутренней коррозии промысловых нефтепроводов Рассмотренные системы имеют следующие недостатки

• не обеспечивают необходимую точность,

• не имеют возможности функционирования на основе данных реального времени;

• не учитывают основных факторов влияния на коррозионный процесс внутренней поверхности промысловых нефтепроводов,

• не осуществляют прогноз скорости внутренней коррозии нефтепровода,

• не определяют мест и схемы расстановки измерительных устройств системы,

• не обеспечивают непрерывность процесса контроля состояния трубопровода

Устранение данных недостатков может повысить значение проведения долговременного мониторинга и снизить аварийность на промысловых нефтепроводах за счет своевременного прогнозирования и предотвращения аварий и инцидентов

Второй раздел посвящен рассмотрению основных причин возникновения и особенностей протекания процесса внутренней коррозии промысловых нефтепроводов, а также влиянию различных факторов на скорость разрушения внутренней поверхности трубопровода на основе работ таких авторов, как Э П Мингалев, Н Д Томашов, И Г Абдуллин, А.М.Зиневич, М Уикс, А П Лубенский и других

Проведенный анализ основных причин возникновения процесса коррозии в промысловых нефтепроводах, а также особенностей влияния вида многофазного потока на механизм и скорость внутренней коррозии показал, что одним из основных факторов влияния на рассматриваемый процесс является вид многофазного потока при транспортировании продукции нефтяных скважин. Низкая скорость транспортирования потока приводит к расслоению эмульсии, выделению минерализованной воды, образованию застойных зон, возникновению и интенсивной работе макрогальванических пар, что вызывает интенсификацию коррозионного процесса.

С целью определения значимых факторов, влияющих на процесс коррозии, автором на основании экспериментальных данных В Джепсона проведен анализ влияния различных характеристик транспортируемой среды и трубопровода на исследуемый процесс, позволивший заключить, что выявленные значимые факторы можно разделить на две основные группы гидродинамическая и физико-химическая Факторы групп ранжируются по степени значимости, изменяющейся от 0 до 1 (табл 1)

Таблица 1

Ранжирование факторов гидродинамической и физико-химической групп

Гидродинамическая группа Физико-химическая группа

1 обводненность нефти (0,19) содержание сероводорода (0,17)

2 скорость потока (0,17) содержание углекислого газа (0,15)

3 объемный расход жидкости (0,13) содержание карбонатов (0,14)

4 диаметр трубопровода (0,12) содержание хлора (0,08)

5 объемное газосодержание (0,09) общая минерализация (0,06)

В работах А С Кумылганова рассмотрено влияние и значимость техногенного фактора на коррозионный процесс данный фактор обусловлен воздействием человека и носит случайный характер, в то время как природное воздействие (криогенные процессы), согласно работам В Р Цибульского и С Е Гречищева, характеризуется своей периодичностью и может быть представлено в виде гармонического процесса

1=1

где (/) - индекс глубины в массиве грунта; (О^) - тренд, выраженный полиномиально, (и>,) - частоты циклических составляющих, {(з/ф -центрированная случайная часть ряда или шумы

Влияние на процесс коррозии факторов деформации трубопровода, стресс-коррозии и угла наклона трубопровода относительно горизонтальной поверхности обоснованно в работах Ю А Теплинского, И Ю Быкова, В Ясински и В Джепсона. Учет данных параметров позволяет повысить точность оценки скорости внутренней коррозии

Таким образом, на основании проведенного анализа, а также с учетом рассмотренных выше работ ученых автором была предложена функциональная модель процесса коррозионного разрушения, изображенная на рис 1

Рис 1 Функциональная модель процесса коррозии

На рис 1 буквами обозначены А - содержание углекислого газа, С -содержание хлора, О - диаметр нефтепровода, Е - вид многофазного потока, Н - обводненность нефти, М - общая минерализация воды, С> - объемный расход жидкости, Я - содержание карбонатов, Б - содержание сероводорода, и — угол наклона трубопровода, W - объемное газосодержание, У -гидродинамические факторы, Ъ - техногенный фактор, К — природный (криогенный) фактор, где Т - термокарст, Ь - криогенное пучение фунтов, Р - криогенное растрескивание грунтов, Б - фактор стресс - коррозии, Р -фактор деформации, X - химические факторы, У - гидродинамические факторы; V — скорость внутренней коррозии.

Предложенная функциональная модель позволяет осуществлять прогнозирование скорости внутренней коррозии промысловых нефтепроводов на основе учета значимых факторов, влияющих на коррозионный процесс

Третий раздел посвящен сравнительному анализу существующих методик для расчета максимальной неравномерной скорости внутренней коррозии трубопроводов на предмет учета в них значимых факторов, влияющих на процесс коррозии, а также возможности учета в данных методиках дополнительных параметров, оказывающих воздействие на ход протекания исследуемого процесса

Проведенный анализ методик показал, что наибольшее количество значимых факторов процесса коррозии учитывает методика, предложенная ОАО «Гипротюменнефтегаз» Возможности и специфика указанного подхода подробно описаны в работах П.В. Павлова и А Г Перекупки Однако данная методика не учитывает влияние таких факторов, как стресс-коррозия, деформация стенки трубопровода и угол наклона трубопровода относительно горизонтальной поверхности С целью учета данных факторов в методике института Гипротюменнефтегаз автором было предложено осуществлять расчет максимальной скорости внутренней коррозии трубопроводов по следующей формуле

Ркор тах = Рк()1>К(К К Л Кун ' (2)

где (рт№ ) - максимальная скорость коррозии, мм/год, (рш,) ~

скорость коррозии, рассчитанная по методике института

Гипротюменнефтегаз, мм/год; (Кск) — коэффициент учета стресс-коррозии; (Кл) ~ коэффициент учета деформаций стенок трубопровода; (Куц) -коэффициент учета угла наклона трубопровода.

Формула (2) справедлива при следующих условиях; содержание воды в транспортируемой многофазной смеси — от 20% до 100%; температура смеси не превышает 100°С; парциальное давление углекислого газа менее 1 МПа; угол наклона трубопровода — от 0 до 15 градусов.

Проведя расчет скорости коррозии по методике Гипротюменнефтсгаза и учтя при этом предложенные выше коэффициенты, автор получил диаграмму (рис. 2), на которой результаты вычислений сопоставляются с реальными значениями.

Существующее отличие расчетов скорости коррозии от данных инутритрубной диагностики можно объяснить тем, что при расчете использовались данные не за весь период срока службы трубопроводов, — тогда как в процессе эксплуатации изменялись условия функционирования трубопроводов, а также характеристики перекачиваемой среды, схемы трубопроводов и другие факторы, оказывающие влияние на коррозионный процесс. В настоящее время отследить происходившие изменения данных параметров представляет собой сложную задачу в связи с тем, что изменения зачастую либо не фиксировались, либо информация о них была утрачена.

Л 16"

я 1 3 14 -

и 12

-в> и 10-

В % = 8-

н

я 6

3 I 4-

2 2-

о о!

я

и О

И Расчетная ■ Расчетная ГТНГ □ Реальная

М N П О О! О) О) О) сп от со О)

NNNNNN00(0(0 0)0010)0)0)0)0)0) 0)00)0)0)0)0)0)0)

Внод «сфч'енрпиода к эксплуатацию, год Рис. 2. Рис. Сравнение результатов расчета

Отклонения расчетов скорости внутренней коррозии от реальных значений представлены в виде диаграммы, изображенной на рис.3.

Ш Методика ГТНГ ■ Усовершенствованная -

Виол нефтепровода и эксплуатацию, год Рис. 3. Отклонения результатов расчета от реальных значений

На данной диаграмме зафиксировано уменьшение отклонений расчетных значений. Таким образом, с учетом проведенного уточнения отклонения значений снизились, в среднем, на 7%.

Четвертый раздел посвящен разработке способа и методики идентификации вида многофазного потока, а также построению системы контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промысловых нефтепроводов.

Одним из значимых факторов влияния на процесс разрушения внутренней поверхности трубопровода является вид многофазного потока. По методике института Гипротюменнефтегаз, определение вида многофазного потока производится путем аналитических вычислений. С целью повышения точности расчетов, а также снижения вероятности ошибочного определения вида потока, автором было предложено Выполнять определение данного фактора на основе косвенных измерений характеристик транспортируемой смсси непосредственно во время эксплуатации. Сравнительный анализ основных средств контроля вида потока показал, что ультразвуковой метод, помимо своей простоты,

дешевизны и надежности, дает возможность определения в многофазном потоке непосредственно воды и нефти, тогда как все другие способы позволяют определять лишь агрегатные состояния. В связи с этим, был использован метод контроля вида многофазного потока на основе ультразвука

Автором были разработаны методика и способ идентификации вида многофазного потока промыслового нефтепровода Повышение точности в определении вида потока происходит за счет того, что сканирование потока выполняется при помощи двух групп ультразвуковых преобразователей, а также благодаря учету дополнительных параметров, - таких, как температура смеси, а также давление и угол наклона трубопровода относительно горизонтальной поверхности, влияющих на вид потока

С использованием описанной выше методики и способа была разработана система идентификации вида многофазного потока, изображенная на рис 4, где 1 — средство для определения температуры многофазного потока, 2 - средство для определения давления внутри трубопровода, 3 — средство для определения угла наклона трубопровода относительно горизонтальной поверхности, 4 и 5 - излучатели ультразвуковых колебаний, 6 и 7 -приемники ультразвуковых колебаний, 8 и

9 - блоки аналоговой памяти и таймеров, 10 и 11 -коммутаторы, 12 - блок аналоге - цифрового преобразования, 13 - оперативное запоминающее устройство, 14 - микропроцессорный модуль, 15 - генератор ультразвуковых сигналов.

В соответствии с разработанной методикой,

Рис 4 Система контроля вида многофазного алгоритм идентификации вида потока многофазного потока можно

представить в следующем виде

А —> С1 —> Б —> Р—» Сг —» в —> I, (3)

где А - получение данных о температуре, давлении и угле наклона трубопровода; С] - оцифровка полученных данных, О - определение группы эталонных значений, Р - сканирование многофазного потока ультразвуковыми колебаниями, Сг - оцифровка данных сканирования, Б -сравнение полученных данных с эталонными значениями, I - идентификация вида многофазного потока Идентификация вида многофазного потока осуществляется микропроцессорным модулем 14 по программе, хранимой во флэш-памяти модуля Степень близости сканируемой среды к тому или иному виду потока определяет коэффициент сходимости, расчет которого предлагается по следующей формуле

Ы=(Я+ч/)/2Л, (4)

где N - коэффициент сходимости; Я - эталонное значение амплитуды звукового сигнала или времени прохождения ультразвуковых колебаний через сканируемую среду, Ц/ - измеренное значение амплитуды звукового сигнала или времени прохождения ультразвуковых колебаний через сканируемую среду Причем, чем ближе коэффициент сходимости N к единице, тем вид сканируемого многофазного потока ближе к тому виду, при котором были получены использованные эталонные значения Определение значений эталонов осуществляется эмпирически для каждого вида многофазного потока

С учетом предложенной системы идентификации вида многофазного потока и на основе уточненной методики расчета скорости коррозионного разрушения института Гипротюменнефтегаз, автором была разработана система контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промысловых нефтепроводов, представленная на рис 5

Система содержит средство для измерения температуры 1 потока, средство для определения давления 2 внутри нефтепровода и средство для определения угла наклона 3 нефтепровода относительно горизонтальной поверхности, дополнительную группу 4 преобразователей, основную группу 5 преобразователей, блок измерения параметров смеси 11, блок обработки и анализа 12 Цифрами обозначены 6 - направление сканирования многофазного потока дополнительной группой 4 преобразо-

Рис 5 Система контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода

вателей, 7 - направление сканирования много-

фазного потока основной группой 5 преобразователей, 8 - направление движения многофазного потока внутри нефтепровода 10, 9 — центральная ось нефтепровода 10

Прогнозирование скорости внутренней коррозии трубопровода осуществляется на основе усовершен-

ствованной методики и моделирующего комплекса, реализованных в инструментальном пакете п^оОКА Разработана методика проведения прогнозных вычислений, заключающаяся в возможности изменения оператором характеристик нефтепровода и транспортируемой смеси, с целью оценки влияния данных изменений на скорость коррозионного процесса.

Предложенная система позволяет осуществлять постоянный контроль, а также прогноз скорости внутренней коррозии трубопровода, основываясь на данных реального времени, путем учета значимых факторов процесса коррозии

В пятом разделе разработана методика определения мест установки и схемы расположения измерительных устройств системы контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промысловых нефтепроводов

Установка измерительных устройств целесообразна в местах фиксирования наибольшего количества аварий и инцидентов На основе анализа эксплуатационных данных и статистики аварийности различных участков промысловых нефтепроводов ОАО «Нижневартовскнефтегаз» автором был сделан вывод, что расстановка измерительных устройств системы должна производиться на участках с наибольшей обводненностью смеси, наименьшей скоростью транспортирования потока, где изменение

давления внутри трубопровода происходило наиболее часто, а также на заниженных участках трубопровода Определение данных участков возможно при помощи средств и способов, описанных в предложенной автором методике Задача определения схемы расстановки измерительных устройств была решена на основе разработанной модели участка промыслового нефтепровода, построенной в инструментальном пакете АЫ-

вУБ. С целью обеспечения наибольшей точности в определении вида многофазного потока были предложены схемы " V ! расстановки основной и

2 1 дополнительной групп

Рис 6. Расположение элементов основной Ультразвуковых преобразо-группы УЗ преобразователей вателей, изображенные на рис. 6

а) излучатель вверху, б) излучатель внизу и рис. где 1 _ ИЗЛучатель, 2 -

приемники

Таким образом, разработанная автором методика позволяет определять места установки и схемы расположения измерительных устройств системы контроля и прогнозирования скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода, что дает возможность повысить

Рис 7 Расположение элементов дополнительной группы УЗ преобразователей (излучатель вверху)

точность расчетов скорости внутренней коррозии, а также снизить количество возможных аварий и инцидентов на коррозионно опасных участках трубопроводной сети

Основные выводы по работе 1. Выявлены основные факторы, влияющие на ход протекания процесса внутренней коррозии, с учетом которых разработана функциональная модель исследуемого процесса

2 Усовершенствована методика расчета максимальной скорости внутренней коррозии ОАО «Гипротюменнефтегаз», повышающая точность результатов вычислений за счет учета следующих факторов стресс-коррозии, деформации и угла наклона трубопровода относительно горизонтальной поверхности

3 Разработана, а также программно реализована система контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода, функционирующая в режиме реального времени, - при этом для идентификации вида многофазного потока и проведения прогнозных расчетов предложены соответствующие методики.

4 Создана методика определения мест установки, а также схемы расположения измерительных устройств с использованием разработанной имитационной модели участка трубопровода, позволяющая повысить точность расчетов системы контроля и прогноза скорости внутренней коррозии

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Пиндак А.В Применение пакета п^эоВМА в учебном процессе специальности УИТС / А В Пиндак, ОН Кузяков // Информационные технологии в образовании Тезисы докладов региональной научно-практической конференции - Тюмень ТюмГНГУ, 2004 - С 28

2 Пиндак А В БСАБА - система для исследования процесса внутренней коррозии трубопровода с использованием инструментального пакета т^эоОЫА / А В Пиндак, О Н Кузяков // Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике. Материалы VI международной научно-технической конференции -Петрозаводск ПетрГУ, 2004 - С 108-110

3 Пиндак А В Способ контроля многофазного потока в трубопроводе // Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании Материалы II международной научно-технической конференции - Тюмень. ТюмГНГУ, 2006 - С 161-164

4 Пиндак А В Проектирование и моделирование системы бесконтактного определения режима течения смеси внутри трубопровода // Технологии ТЭК - М Нефть и Капитал, 2007 - Вып 2 - С 56-59

5 Пат 58220 Российская Федерация, МПК в 01 N 29/02 Устройство для контроля многофазного потока в трубопроводе / Пиндак А В , Кузяков О Н , заявитель и патентообладатель Тюменский государственный нефтегазовый университет - № 2006115344/22; заявл 03.05 2006, опубл 11 02 2006, Бюл №31 - 4 с ил

Подписано к печати 09о%- Гознак

Заказ № 330 Уч - изд л

Формат 60x84'/16 Уел печ л .-¿¿Г

Отпечатано на RISO GR 3770 Тираж JíW экз

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, Тюмень, ул Киевская, 52

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ.

1.1. Система контроля скорости внутренней коррозии «Экстра».

1.2. Система контроля скорости внутренней коррозии «80Т».

1.3. Программа расчета скорости внутренней коррозии ТюмГНГУ.

1.4. Система контроля скорости внутренней коррозии в трубопроводе.

1.5. Система комплексного коррозионного мониторинга.

1.6. Сравнительный анализ систем контроля скорости внутренней коррозии трубопровода.

Выводы по разделу.

РАЗДЕЛ 2. ВЫЯВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ.

2.1. Причины возникновения и особенности протекания процесса внутренней коррозии промысловых нефтепроводов.

2.2. Оценка влияния факторов газожидкостного потока на процесс внутренней коррозии промысловых нефтепроводов в условиях расслоенного вида многофазного потока.

2.3. Критерии определения текущего вида потока многофазной смеси промыслового нефтепровода.

2.4. Построение функциональной модели процесса коррозии промысловых нефтепроводов.

Выводы по разделу.

РАЗДЕЛ 3. АНАЛИЗ МЕТОДИК И УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЁТА СКОРОСТИ КОРРОЗИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ.

3.1. Методика В.И. Бойко.

3.2. Методика Ф.М. Галина.

3.3. Методика В. Джепсона.

3.4. Методика ОАО «Гипротюменнефтегаз».

3.4.1. Существование антикоррозионного режима.

3.4.2. Расчет максимальной скорости коррозии.

3.5. Сравнительный анализ методик и учет дополнительных параметров в расчете скорости коррозии промысловых нефтепроводов.

3.6. Повышение точности расчетов скорости внутренней коррозии промысловых нефтепроводов.

Выводы по разделу.

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗА СКОРОСТИ ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ.

4.1. Основные требования к разрабатываемой системе.

4.2. Анализ средств контроля вида многофазного потока.

4.3. Разработка способа и методики идентификации вида многофазного потока промыслового нефтепровода с использованием ультразвуковых средств диагностики.

4.4. Построение системы контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода.

4.5. Разработка методики проведения прогнозных расчетов скорости внутренней коррозии на основе моделирующего комплекса.

Выводы по разделу.

РАЗДЕЛ 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ УСТАНОВКИ И СХЕМЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗА СКОРОСТИ ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ.

5.1. Определение зависимости количества порывов нефтепровода от условий эксплуатации трубопровода и характеристик транспортируемой смеси.

5.2. Разработка схемы расположения измерительных устройств.

5.2.1. Принципы проектирования модели участка трубопровода в пакете АЫ^.

5.2.2. Этапы проведения эксперимента в пакете АЫБУБ.

5.2.3. Ограничения и допущения, накладываемые на эксперимент проводимый в пакете А^УБ.

5.2.4. Исходные данные для проведения эксперимента.

5.2.5. Разработка расчётной ЗБ-модели участка нефтепровода.

Актуальность работы. По данным Госгортехнадзора, доля аварий промысловых нефтепроводов по причине внутренней коррозии повысилась с 50% (конец восьмидесятых годов) до 70% (настоящее время). Одной из причин данной ситуации является то, что срок эксплуатации значительной части парка трубопроводов либо близок к нормативному, либо превышает его. Кроме того, в процессе разработки нефтяных месторождений наблюдается увеличение коррозионной активности транспортируемой среды. В связи с этим возрастает значимость осуществления постоянного контроля состояния внутренней поверхности промысловых нефтепроводов, позволяющего снизить аварийность за счет своевременного ремонта.

Существующие в настоящее время системы контроля скорости внутренней коррозии выполняют расчет для трубопроводов в общем виде, на основе учета эксплуатационных характеристик трубопровода и транспортируемой многофазной смеси. Системы, позволяющие производить постоянный контроль и прогноз скорости коррозионного разрушения внутренней поверхности промыслового нефтепровода на основе данных реального времени с учетом индивидуальных условий их функционирования в процессе эксплуатации, отсутствуют.

Разработка научно обоснованных способов и средств непрерывного контроля, а также прогноза скорости внутренней коррозии для промысловых нефтепроводов, учитывающих индивидуальный режим их работы на основании учета значимых факторов, является актуальной задачей.

Цель работы. Разработать систему для исследования, контроля и прогноза процесса внутренней коррозии промысловых нефтепроводов в режиме реального времени.

Основные задачи исследования.

1. Разработать функциональную модель процесса внутренней коррозии на основе выявленных основных факторов, влияющих на данный процесс.

2. Создать методику расчета максимальной скорости коррозии внутренней поверхности трубопровода.

3. Разработать систему контроля и прогноза скорости коррозионного процесса внутренней поверхности нефтепровода.

4. Создать методику определения мест и схемы расстановки измерительных устройств системы контроля внутренней коррозии.

Научная новизна работы.

1. Разработана функциональная модель процесса внутренней коррозии для расчета скорости коррозионного разрушения.

2. Разработана система контроля и прогноза скорости внутренней коррозии трубопровода.

3. Определены места установки и схемы расположения измерительных устройств для идентификации вида многофазного потока и расчета скорости внутренней коррозии.

Практическая ценность заключается в том, что результаты выполненных исследований дают возможность осуществлять постоянный контроль и прогноз скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода в режиме реального времени, что позволяет сократить число аварий и инцидентов за счет своевременного проведения ремонтных работ. В настоящее время результаты выполненных исследований применяются в трубопроводных системах ОАО «АНК «Башнефть» (заключение №689 от 15.08.2007 г.).

Обоснованность и достоверность результатов. При выполнении исследований автором использованы основные положения системного и статистического анализа, теории вероятности и имитационного моделирования. Результаты исследований согласуются с данными внутритрубной диагностики промысловых нефтепроводов ОАО «АНК «Башнефть», при этом коэффициент корреляции составляет 0,86.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались в 2004 - 2007 гг. на региональных и международных конференциях: региональной научно - практической конференции «Информационные технологии в образовании», - Тюмень, 2004 г.; VI международной научно - технической конференции «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике», -Петрозаводск, 2004 г.; И международной научно - технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании», -Тюмень, 2006 г.; а также на совместном семинаре кафедр «Кибернетических систем», «Информатики и вычислительной техники», «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности» Тюменского государственного нефтегазового университета, 2007 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 публикация в рекомендуемом ВАК РФ издании.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из: введения; пяти разделов; основных выводов и рекомендаций; списка использованных источников, включающего 87 наименований; 1 приложения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 45 рисунков, 8 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Выявлены основные факторы, влияющие на ход протекания процесса внутренней коррозии, с учетом которых разработана функциональная модель исследуемого процесса.

2. Усовершенствована методика расчета максимальной скорости внутренней коррозии ОАО «Гипротюменнефтегаз», повышающая точность результатов вычислений за счет учета следующих факторов: стресс-коррозии, деформации и угла наклона трубопровода относительно горизонтальной поверхности.

3. Разработана, а также программно реализована система контроля и прогноза скорости внутренней коррозии промыслового нефтепровода, функционирующая в режиме реального времени, - при этом для идентификации вида многофазного потока и проведения прогнозных расчетов предложены соответствующие методики.

4. Создана методика определения мест установки, а также схемы расположения измерительных устройств с использованием разработанной имитационной модели участка трубопровода, позволяющая повысить точность расчетов системы контроля и прогноза скорости внутренней коррозии.

1. A.c. 254865 СССР, МПК G 01 N 29/00. Способ контроля несплошностей потока жидкости в трубопроводе текст. / B.C. Ваулин, В.Г. Кемайкин (СССР). -№ 336585/11-02; заявл. 23.11.68; опубл. 30.03.69, Бюл. № 12. -4 с.: ил.

2. A.c. 1631401 СССР, МПК 5 G 01 N 29/00. Способ контроля несплошностей потока жидкости в трубопроводе / Е.С. Чистяков, Ю.И. Дышлевой (СССР). № 3769492/25-08; заявл. 17.05.89; опубл. 15.02.91, Бюл. №7.-4 с.: ил.

3. Абдуллин, И.Г. Механизм канавочного разрушения нижней образующей труб нефтесборных коллекторов Текст. / И.Г. Абдуллин // Нефтяное хозяйство. 1984. - Вып. 3. - С. 51-54.

4. Агранат, Б.А. Основы физики и техники ультразвука Текст. : учеб. пособие для вузов / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, H.H. Хавский. -М.: Высш.шк., 1987. 352 с.

5. Антипьев, B.H. Эксплуатация магистральных нефтепроводов Текст. / В.Н. Антипьев, Ю.Д. Земенков. Омск.: ОмГТУ., 2001. -343 с.

6. Бражник, А.Н. Имитационное моделирование: возможности GPSS WORLD Текст. / А.Н. Бражник. СПб.: Реноме., 2006. - 439 с.

7. Гетманский, М.Д. Коррозия и защита трубопроводов при транспорте сероводородсодержащего газа Текст. / М.Д. Гетманский // Нефтяное хозяйство. 1984. - Вып. 1. - С. 37-38.

8. Гетманский, М.Д. Предупреждение локальной коррозии нефтепромыслового оборудования Текст. / М.Д. Гетманский // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1981.- Вып.7. - С. 56.

9. Гетманский, М.Д. Методы подбора ингибиторов коррозии для высокоагрессивных сред Текст. / М.Д. Гетманский // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. -Вып.9.-С. 71.

10. Гладких, JI.H. Корпоративная информационная система для предприятий нефтяной отрасли электронный ресурс. / JI.H. Гладких. Режим доступа: http://www.oilcapital.ru/edition/ technik/archives/technik/technik042006/96640/public/96670.shtml.

11. Гоник, A.A. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупреждения Текст. / A.A. Гоник. М.: Недра, 1976. - 256 с.

12. Гречищев, С.Е. Криогенные физико геологические процессы и их прогноз Текст. / С.Е. Гречищев, JI.B. Чистотинов. - М.: Недра, 1980.-383 с.

13. Гречищев, С.Е. Основы моделирования криогенных физико -геологических процессов Текст. / С.Е. Гречищев, JI.B. Чистотинов. М.: Наука, 1984. - 232 с.

14. Губин, В.Е. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов Текст. / В.Е.Губин, В.В.Губин. М.: Недра., 1982. - 296 с.

15. Гусейн-заде, М.А. Неустановившееся движение нефти и газа в магистральных трубопроводах Текст. / М.А. Гусейн-заде, В.А. Юфин.-М.: Недра., 1981.-231 с.

16. Гутман, Э.М. Защита газопроводов нефтяных промыслов от сероводородной коррозии Текст. / Э.М. Гутман. М.: Недра., 1988.-200 с.

17. Даниленко, A.C. Особенности создания корпоративной ГИС предприятия ТЭК электронный ресурс. / A.C. Даниленко. -РежимflocTyna:http://www.oilcapital.ru/edition/technik/archives/technik/techn ik042006/96640/public/96673.shtml.

18. Даниленко, A.C. Особенности создания корпоративной ГИС предприятия ТЭК электронный ресурс. / A.C. Даниленко. -РежимflocTyna:http://www.oilcapital.ru/edition/technik/archives/technik/techn ikl 02006/101244/public/101236. shtml.

19. Дегтярев, В.Н. Прогнозирование времени наступления порывов на нефтепроводах Текст. / В.Н. Дегтярев // Трубопроводный транспорт нефти. 1994. - Вып.6. - С. 25-30.

20. Дормидонтова, Т.С. Оценка коррозионной опасности в системе «фонтанная скважина выкидная линия» на промыслах ЧИАССР Текст. / Т.С. Дормидонтова // Борьба с коррозией и защита окружающей среды. - М.: ВНИИОЭНГ, 1987. - Вып.6. - С. 4-9.

21. Ермолов, И.Н. Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля Тескт. / И.Н. Ермолов. М.: Машиностроение, 1986.-280 с.

22. Земенков, Ю.Д. Эксплуатация магистральных нефтепроводов Текст. / Ю.Д. Земенков. Тюмень: Вектор Бук, 2003. - 664 с.

23. Зенкевич, O.K. Метод конечных элементов в технике Текст. / O.K. Зенкевич. -М.: Мир, 1975. 541 с.

24. Зиневич, A.M. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии Текст. / A.M. Зиневич М.: Недра, 1975. - 84 с.

25. Ионов, H.H. Современный подход к защите информационных систем от вредоносного кода электронный ресурс. / H.H. Ионов. -Режим доступа: http://www.oilcapital.ru/edition/technik/archives/ technik/ technik012006/85863/public/85890.shtml.

26. Иофа, З.А. О механизме действия сероводорода и ингибиторов на коррозию железа в кислых растворах Текст. / З.А. Иофа // Защита металлов. 1980. - Вып.З. - С. 285 - 300.

27. Калужина, С.А. Термогальваническая коррозия металлов и сплавов Текст. / С.А. Калужина. Воронеж: ВГУ, 1988. - 176 с.

28. Касперович, А.Г. Исследование свойств смесей нефтей и конденсатов северных месторождений для условий их транспортаи переработки Текст. / А.Г. Касперович. Тюмень: ТюменНИИГИПРОгаз, 1984.-43 с.

29. Кеше, Г. Коррозия металлов. Физико химические принципы и актуальные проблемы Текст. / Г.Кеше. - М.: Металлургия, 1984. -399 с.

30. Клинчаев, Н.В. Обзор средств измерения параметров трубопровода электронный ресурс. / Н.В. Клинчаев. Режим доступа: http://www.rfa.ru/forum 1 .html.

31. Коатес, А.К. Современные технологии для мониторинга и восстановления трубопроводов Текст. / А.К. Коатес // Трубопроводный транспорт нефти. 1994. - Вып.8. - С. 17-22.

32. Когарев, В.П. Прочность и износостойкость деталей машин Текст. / В.П. Когарев, Ю.Н. Дроздов М.: Высшая школа, 1991. -319 с.

33. Колотыркин, Я.М. Металл и коррозия Текст. / Я.М. Колотыркин. М.: Металлургия, 1985. - 154 с.

34. Кузьмичева, О.Н. Причины коррозии водоводов систем поддержания пластового давления на месторождениях Среднего Приобья Текст. / О.Н. Кузьмичева // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1982. -Вып. 10.-С. 4-6.

35. Пиндак, A.B. Применение пакета metsoDNA в учебном процессе специальности УИТС Текст. / A.B. Пиндак, О.Н. Кузяков //

36. Информационные технологии в образовании: Тезисы докладов региональной научно-практической конференции. Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.-С. 28.

37. Кумылганов, A.C. Состояние и перспективы капитального ремонта магистральных нефтепроводов Текст. / A.C. Кумылганов // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - Вып.5. - С. 3-6.

38. Курмаев, A.C. Исследование коррозии и средств защиты системы сбора и транспорта нефтяного газа Западной Сибири Текст. / A.C. Курмаев // Борьба с коррозией и защита окружающей среды. М.: ВНИИОЭНГ, 1986.-Вып.1.-С. 30-34.

39. Лубенский, А.П. Охрупчивание углеродистых сталей в солевых водных растворах сероводорода Текст. / А.П. Лубенский // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1982.-Вып.11.-С. 1-2.

40. Лубенский, А.П. Коррозионная стойкость углеродистых сталей в газовой фазе систем, содержащих сероводород и двуокись углерода Текст. / А.П. Лубенский // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - Вып.5. -С. 10-13.

41. Лубенский, А.П. О коррозионном и электрохимическом поведении углеродистой стали в некоторых аэрируемых растворах Текст. / А.П. Лубенский // Коррозия и защита скважин и трубопроводов. -М.: ВНИИЭгазпром, 1978. Вып.6. - С. 12-13.

42. Методические рекомендации по классификации аварий и инцидентов на опасных производственных объектах Текст.: РД 12- 378 00: утв. приказом № Госгортехнадзором России 22.08.2000.- М. Федеральный горный и промышленный надзор России, 2000. -4 с.

43. Мингалев, Э.П. Проблемы коррозии и защиты трубопроводов на нефтяных месторождениях Тюменской области Текст. / Э.П. Мингалев // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ, 1983.-Вып. 10.-С. 20-30.

44. Мингалев, Э.П. К вопросу о механизме коррозионного разрушения нефтесборных коллекторов Текст. / Э.П. Мингалев // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1981. -ВыпА-С. 18-20.

45. Норри, Д. Введение в метод конечных элементов Текст. / Д. Норри, Ж. де Фриз. М.: Мир, 1981.-304 с.

46. Павлов, П.В. Влияние гидродинамических режимов на коррозию нефтесборных трубопроводов Текст. / П.В. Павлов // Сборник научных трудов: Обустройство нефтяных месторождений Западной Сибири. Тюмень: Гипротюменнефтегаз, 1999. - Вып.2. -С. 76-85.

47. Пиндак A.B. Проектирование и моделирование системы бесконтактного определения режима течения смеси внутри трубопровода Текст. / A.B. Пиндак // Технологии ТЭК. М.: Нефть и Капитал, 2007. - Вып.2. - С. 56-59.

48. Подобаев, Н.И. Особенности формирования сульфидных пленок в нейтральных солевых растворах, содержащих сероводород Текст. / Н.И. Подобаев // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. -М.: ВНИИОЭНГ, 1983.-Вып. 11.-С. 1-3.

49. Редько, В.П. Прогнозирование коррозионно опасных направлений в сети нефтесбора Самотлорского месторождения Текст. / В.П. Редько // Нефтепрамысловое дело и транспорт нефти. - М.: ВНИИОЭНГ, 1985. - Вып.5. - С. 63-65.

50. Саакиян, JI.C. Защита нефтегазопромыслового оборудования от коррозии Текст. / JI.C. Саакиян . М.: Недра, 1982. - 183 с.

51. Саакиян, JI.C. Защита нефтегапромыслового оборудования от разрушения, вызываемого сероводородом Текст. / JI.C. Саакиян // Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1981. - Вып.5. - С. 73.

52. Теплинский, Ю.А. Управление эксплуатационной надежностью магистральных газопроводов Текст. / Ю.А. Теплинский, И.Ю. Быков. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2007. - 400 с.

53. Технологии предотвращения «ручейковой» коррозии в системах нефтегазосбора Текст.: РД 39-0147103-347-86: утв. М-вом нефтяной промышленности СССР 12.04.86 : ввод, в дествие с 01.11.86. Тюмень. :Гипротюменнефтегаз, 1986.-26 с.

54. Ткаченко, В.Н. Расчет геометрии развивающейся коррозионной язвы Текст. / В.Н. Ткаченко // Защита металлов. 1985. - Вып.2. -С. 209-213.

55. Тронов, В.П. Промысловая подготовка нефти Текст. / В.П. Тронов. М.: Недра, 1977. - 177 с.

56. Хуршудов, А.Г. О механизме внутренней коррозии водоводов сточных вод нефтепромыслов Текст. / А.Г. Хуршудов // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. М.: ВНИИОЭНГ, 1985.-Вып.6.-С. 54.

57. Хуршудов, А.Г. Расчет технологических режимов обеспечивающих противокоррозионную защиты нефтегазопроводов Текст. / А.Г. Хуршудов // Борьба с коррозией и защита окружающей среды. М.: ВНИИОЭНГ, 1987. - Вып.6. -С.14-20.

58. Цибульский, В.Р. Автоматизация геокриологических исследований Текст. / В.Р. Цибульский, В.Т. Балобаев. Новосибирск : Наука, 1985.- 145 с.

59. Черняев, К.В. Роль и задачи диагностики в обеспечении безопасной эксплуатации нефтепроводов России Текст. / К.В. Черняев // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. - Вып. 12. -С. 10-13.

60. Чигарев, A.B. ANSYS для инженеров Текст. / A.B. Чигарев, A.C. Кравчук, А.Ф. Смалюк. М.: Машиностроение-1, 2004. - 512 с.

61. Шуймалов, А.С. Диагностика магистральных трубопроводов Текст. / А.С. Шуймалов, А.Г. Гумеров, О.И. Молдаванов. М.: Недра, 1992.-291 с.

62. ANSYS Commands Reference Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

63. ANSYS Element Reference Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

64. ANSYS Verification Manual Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

65. Basic Analysis Procedures Guide Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

66. Coupled-Field Analysis Guide Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

67. Efird, K.D. Wall shear stress and flow accelerated corrosion of carbon steel in sweet production Текст. / K.D. Efird, W Jasinsky // 12th International Corrosion Congress. Houston: NACE International, 1997.-Out.l.-P. 194.

68. Jepson, W.P. Modeling the transition to slug flow in horizontal conduit Текст. / W.P. Jepson. Connecticut: Engng, 1989. - 740 p.

69. Jepson, W.P. Predictive Model for Sweet Corrosion in Horizontal Multiphase Slug Flow Текст. / W.P. Jepson // NACE International Annual Conference and Exibition. Denver: Paper, 1996. - Out.2. - P. 96.

70. Jepson, W.P. Predictive model for sweet corrosion in horizontal multiphase slug flow Текст. / W.P. Jepson. Houston: NACE International, 1996. - 19 p.

71. Jepson, W.P. Proposal on multiphase flow metering Текст. / W.P. Jepson, M. Gopal. Ohio: I/UCRC Corrosion in multiphase system center, 1998.-231 p.

72. Jepson, W.P. Model for sweet corrosion in horizontal multiphase slug flow Текст. / W.P. Jepson, S. Stitzel, C. Kang, M. Gopal. Houston: NACE International, 1997. - 602 p.

73. Kanwar, S. Study and modeling of sweet corrosion of multiphase mixtures in horizontal pipeline Текст. / S. Kanwar // Master's thesis. -Russ: Ohio University, 1994. Out.l. - P. 25-30.

74. Kanwar, S., A model to predict sweet corrosion of multiphase flow in horizontal pipelines Текст. / S. Kanwar, W.P. Jepson. Houston: NACE International, 1994. - 124 p.

75. Modeling and Meshing Guide Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

76. Operations Guide Электронный ресурс. / Режим доступа: Электронное руководство из раздела справки пакета ANSYS.

77. Wicks, М.Т. Entrainment of water in floing oil Текст. / M.T. Wicks // Corrosion. Houston: NACE, 1975. - Out.3. - P. 9-12.