Использование труб из полимерных материалов для сбора и транспорта газа на промыслах и в газовых сетях России

УДК 622.692.4

использование труб из полимерных материалов

для сбора и транспорта газа на промыслах

и в газовых сетях россии

Т.А. ЗУБАиРОВ, аспирант,

Б.Н. МАСТОБАЕВ, д.т.н., профессор,

М.М. фАТТАХОВ, д.т.н., доцент

Уфимский государственный нефтяной технический университет

E-mail: mastoba@mail.ru

В работе проанализирован опыт применения труб из полимерных и композиционных материалов в системах сбора, транспортирования нефти и газа России. Рассмотрена деятельность ряда предприятий, которые обеспечили в дальнейшем успешное внедрение этих труб для повышения надежности и эффективности транспортных систем нефтегазовой инфраструктуры России.

ключевые слова: трубопровод, полимерные материалы, стекловолокно, углеводороды, связующее вещество.

к началу 60-х годов прошлого столетия в России были сформированы теоретические основы возможности использования пластмассовых трубопроводов в промысловых системах сбора и транспортировки продукции нефтегазовых месторождений [1,2]. Этому в значительной мере способствовали поиски материалов, альтернативных металлическим трубопроводам, которые отличались низкой эксплуатационной надежностью в нефтепромысловых коммуникациях из-за наличия в транспортируемых средах сероводорода, двуокиси углерода и ряда других коррозионно-активных компонентов.

Ведущими научными центрами страны в этой области деятельности велись активные исследования, осуществлялись успешные внедрения пластмассовых труб при добыче и транспортировке нефти и газа [3].

В августе 1959 г. был построен первый подземный распределительный газопровод из поливи-нилхлоридных труб отечественного производства в г. Москве на территории клинической больницы [4]. При строительстве были использованы трубы Владимирского химического завода длиной 3 м, рассчитанные на давление 0,25 МПа. В соответствии с проектом винипластовые трубы диаметром 100 и 70 мм были уложены в открытый грунт вместо чугунного газопровода тех же диаметров на глубину 1,25-1,85 м протяженностью 165 м. Сварка труб в плети длиной 10-12 м из 5-6 труб осуществлялась в заводских условиях по специальной технологии «Мосинжпроекта». Газопровод успешно эксплуатировался до 1979 г. и был отключен в связи с переводом потребителя на электроснабжение.

В нашей стране были построены заводы по производству стекловолокна в городах Уфа, Астрахань и Гусь-Хрустальный, по производству эпоксидной

смолы — в Уфе, полиэфирной смолы — в Жилево.

В 1964 г. было организовано изготовление стекло-пластиковых труб на Уфимском заводе текстильного стекловолокна (УЗТСВ). Установка УТ-1 с шаговой оправкой непрерывного действия была разработана в УЗПИ (Харьковский заочный политехнический институт). В качестве связующего использовалась полиэфирная смола ПН-1, инициатора полимеризации - гидроперекись изопропилбензола и ускорителя полимеризации — нафтенат кобальта НК-1. В качестве армирующего материала применялся стекложгут (ровинг) в виде 60 сложений первичных нитей. Трубы выпускались с гладкими концами с внутренним диаметром 50, 100, 150 и 300 мм. Изучались погодоустой-чивость (влияние ультрафиолетовых лучей, осадков, температурных условий) и химическая стойкость к средам нефтегазопромыслов. Разработанные приспособления для испытания на растяжение труб с гладкими концами (анкера) позволили определить осевую прочность и механизм разрушения труб. Производили испытания кольцевых образцов на растяжение полудисками, на сплющивание, а также на кручение с помощью приспособления для захвата трубы за внутреннюю поверхность. Но главная задача оценки несущей способности этих труб гидроиспытаниями была решена созданием самоуплотняющихся пакеров. Было отмечено, что при давлениях более 1,0 МПа вокруг трубы образуется «туман» (проникновение воды через капиллярные микротрещины в стенках труб). Лабораторные испытания показали, что при осевом растяжении образцов труб происходит деформация в результате сдвига слоев по конусной поверхности. По характеру разрушения было видно, что имеет место недостаточная пропитка стекловолокна полимером и неполная степень полимеризации смолы. Потерю гер-

транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья № 3 2014

трубопроводное транспортирование

метичности трубы в результате растрескивания связующего можно уменьшить пластификацией связующего, а главное — формированием герметизирующего внутреннего слоя.

Основным соединением труб на первых порах было бандажное соединение, образуемое обмоткой стыкуемых концов труб стеклотканью, пропитанной эпоксидной смолой. Но в 1966 г. было разработано муфтовое клеевое соединение. Первый трубопровод был сооружен в системе утилизации сточных вод нефтепромыслов НГДУ «Туймазанефть» [5]. Но трубы с эпоксидным покрытием потеряли герметичность. Это потребовало пластифицирования покрытий, что и было осуществлено добавкой жидких нитрильных каучуков, для чего было разработано устройство для нанесения покрытий.

В 1964 г. был построен газопровод из полимерных труб в г. Тамбове, в 1965 г. — в г. Ленинграде, в 1966 г. — в Саратовской области, в 1969 г. — в Краснодарском крае (рис. 1).

Опытный участок из стеклопластиковых труб был сооружен в НГДУ «Ишимбайнефть» в 1970 г. (газопровод с рабочим давлением 1,5 МПа, транспортирующий влажный сероводородный газ).

Серьёзный толчок развитию производства пластмассовых труб дала международная выставка «Пластмассовые трубы - 1979» в г. Москве, которая показала, что за рубежом в больших объемах используются полиэтиленовые трубы, также широко

Рис. 1. Участок газопровода из полимерных труб

Рис. 2.Укладка полимерного трубопровода в траншею

было представлено оборудование для производства пластмассовых трубопроводов [6].

В г. Казани началось строительство завода пластмассовых труб мощностью 50 тыс.т в год.

В 1987 г. организовали производство тонкостенных труб из поливинилхлорида, упрочненных сте-клопластиковой оболочкой, с раструбными соединениями и уплотнительными манжетами диаметром 160 мм в г. Кинель Самарской области.

ПО «Татнефть» в Альметьевске организовало производство труб, футерованных полиэтиленом, по технологии Первоуральского трубного завода.

Проведенные ОАО «ГипроНИИгаз» научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы принципиально решили большинство технологических задач. По существу была создана нормативная база для промышленного внедрения пластмассовых труб в газоснабжение на территории России, которое обширно развернулось с конца 80-х - начала 90-х гг. ХХ века.

В результате этой работы на начало 1998 г. в России эксплуатировалось около 11000 км газопроводов из полиэтиленовых труб (рис. 2) [4]. Проводились активные исследования по внедрению пластмассовых труб в промысловые системы сбора и транспорта продукции нефтяных и газовых месторождений России [7].

Опыт эксплуатации газопроводов из полиэтиленовых труб показал высокую стойкость материала к природному газу и меньшую устойчивость к снижению стойкости к газообразной пропан-бутановой смеси. От воздействия паровой фазы этих газов материал набухает, а при длительном нахождении в жидкой фазе он теряет часть массы. Это особенно касается полиэтилена низкой плотности, который под воздействием этих сред значительно набухает.

Подобно парафинам полиэтилен инертен к действию многих других веществ, таких, как вода, кислоты, щелочи. К активным веществам, которые в той или иной степени оказывают воздействие на полиэтилен, относятся ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол), спирты (метиловый, этиловый), масла (растительные, минеральные, силиконовые), животные жиры, неорганические масла (металлосодержащие), синтетические моющие средства. Воздействие активных сред проявляется в большей степени на полиэтиленовые конструкции, находящиеся в напряженном состоянии. К пассивным веществам относится вода, неорганические кислоты, неорганические соли, многоатомные спирты (глицерин, гликоль), парафины и т.д. Ко многим органическим жидкостям полиэтилен при температуре 15-20°С достаточно стоек, но при более высокой температуре в ароматических и хлорированных растворителях он набухает и даже растворяется.

В процессе эксплуатации под воздействием тепла, кислорода воздуха и ультрафиолетового излучения происходит старение полиэтилена, которое выража-

транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья № 3 2014

ется в постепенном ухудшении физико-механических свойств: уменьшаются относительное удлинение, морозостойкость, текучесть, вязкость, повышается хрупкость. При температурах до минус 15-20°С и при исключении прямого воздействия солнечной радиации, особенно при укладке под землей, процесс старения полиэтилена резко замедляется. Для транспорта искусственных газов такие трубы не применяются. Так же они не рекомендуются для транспорта пропан-бутановой смеси жидкой и паровой фазы.

В настоящее время все большее распространение для строительства нефтепроводов и газопроводов получили трубы из агрессивно стойких материалов. В Ермекеевском районе Республики Башкортостан расположен газопровод диаметром 160 мм протяженностью 12 км, изготовленный из полиэтиленовых труб ПЭ80 ГАЗ SDR11 160х14,6 (ГОСТ Р 508382009). Производительность газопровода составляет 0,7 млн м3/год. Соединения полиэтиленовых труб между собой выполнены встык нагретым инструментом, торцы труб и деталей сводят и производят осадку стыка при давлении Р=0,2 МПа.

Именно в 60-70-е годы ХХ века в России были организованы и проведены обширные научные исследования по использованию пластмассовых труб в системе транспортировки нефти и газа, которые обеспечили в дальнейшем успешное внедрение этих труб для повышения надежности и эффективности транспортных систем нефтегазовой инфраструктуры России.

На основе приведенной выше информации развития трубопроводных транспортных коммуникаций можно сделать следующие выводы:

1. На каждом этапе открытия новых конструкционных материалов разрабатывались методы изготовления на их основе все более совершенных труб для широкого внедрения в производство.

2. Внедрение полимерных труб и трубопроводов явилось одним из определяющих факторов в ускорении развития научно-технического прогресса, особенно в таких областях, как нефтяная и газовая промышленность, энергетика, коммунальное хозяйство и ряд других промышленных отраслей экономики.

3. Развитие трубных конструкций трубопроводных систем, как правило, идет по пути расширения функциональных возможностей, увеличения прочности и долговечности в процессе их эксплуатации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лосев Б.И. Использование пластических масс и синтетических материалов в нефтегазовой промышленности. — М.: Недра, 1964. — 136 с.

2. Миронов В.Я., Пермяков Н.Г., Зайцева ТА и др. Применение стеклопластиковых труб на нефтяных промыслах Башкирии//Нефтепромысловое дело.-1967. - № 10. - С. 16-21.

3. Фаттахов М.М. Развитие научных исследований в области создания и внедрения труб из пластмассовых материалов для систем нефтегазосбора нефтяных месторождений Башкортостана в 60-е-70-е годы ХХ века. / / История науки и техники. — 2008. — № 6, спец. выпуск № 3. — С. 92-95.

4. Каргин В.Ю, Бухин В.Е., Вольнов ЮН. Полиэти-леновые газовые сети. Материалы для проектирования и строительства. — Саратов: Приволжское кн. изд-во, 2001. — 400 с.

5. НГДУ «Туймазанефть», Архив № 15. Акты приемки-сдачи объектов строительства по НГДУ «Туймазанефть» за 1967 г. — 95 л.

6.ПроспектМеждународнойвыставки«Пластмассовые трубы-79». Оборудование для производства пластмассовых труб /79. Торгово-промышленная палата СССР. — Москва, 28 ноября - 9 декабря 1979 г. — 104 с.

7. Фаттахов М.М. Из истории использования пластмассовых труб в нефтегазопромысловых трубопроводных системах России // История науки и техники. — 2008. — № 6, спец. выпуск № 3. — С. 96-99.

USAGE OF POLYMERIC MATERIALS' PIPES FOR COLLECTING AND TRANSPORTATION OF GAS ON FIELDS AND RUSSIAN GAS NETWORKS

Zubairov T.A., Graduate Student, Mastobaev B.N., Doctor of Tech. Sci., Professor,

Fattakhov M.M., Doctor of Tech. Sci., Associate Professor

Ufa State Petroleum Technological University (1, Kosmonavtov str., Ufa, 450062, Russian Federation) ABSTRACT

This work is based on the analysis of polymeric and composite pipe's application on Russian systems of collecting and transportation of oil and gas. The activities of a number of enterprises are reviewed, which provided further successful implementation of these pipes in order to improve the reliability and efficiency of transport systems of oil and gas infrastructure of Russia.

Keywords: pipeline transport, polymeric materials, fiberglass, hydrocarbons, binding substance.

REFERENCES

1. Losev B.I. Ispolzovaniye plasticheskikh mass i sinteticheskikh materialov v neftegazovoy promyshlennosti [The use of plastics and synthetic materials in the oil and gas promyshlennosti]. Moscow: Nedra Publ., 1964, 136 p.

2. Mironov V.Ya., Permyakov N.G., Zaytseva T.A. and etc. Neftepromyslovoye delo - Petroleum Engineering, 1967, no. 10, pp. 16-21.

3. Fattakhov M.M. Istoriya nauki i tekhniki - History of Science and Technology. 2008, no. 6, (3), pp. 92-95.

4. Kargin V.Yu., Bukhin V.E., Volnov Yu.N. Polietilenovyye gazovyye seti. Materialy dlya proyektirovaniya i stroitelstva [Polyethylene gas network. Materials for the design and building]. Saratov: Privolzhskoye knignoe izdatelstvo Publ., 2001, 400 p.

5. Tuymazaneft, Archive No 15. The acts of acceptance and delivery of construction projects on NGDU Tuymazaneft for 1967. (In Rus.).

6. Prospekt Mezhdunarodnoy vystavki «Plastmassovyye truby-79». Oborudovaniyedlyaproizvodstvaplastmassovykh trub[Prospect International exhibition «Plastic pipes-79». Equipment for the production of plastic pipes]. Moscow: The Chamber of Commerce SSSR, 1979, 104 p.

7 Fattakhov M.M. Istoriya nauki i tekhniki - History of Science and Technology. 2008, no. 6, (3). pp. 96-99.

транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья № 3 2014