СПОСОБ ОЦЕНКИ ОБЪЕМА ОТЛОЖЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДЕ
METHOD FOR ESTIMATING THE VOLUME OF SCALE IN A PIPELINE

Предлагаемое изобретение относится к скважинной добыче асфальтосмолопарафиновых нефтей и их транспортировке по внутрипромысловым трубопроводам системы нефтесбора нефтегазодобывающих компаний.
Эксплуатация месторождений нефти со значительным содержанием асфальтенов, смол и парафинов осложнена тем, что со временем некоторые участки трубопроводов заполняется отложениями, состоящими, как правило, из тяжелых компонент нефти с определенной долей механических примесей, неорганических солей и воды. Отложения сужают проходное сечение нефтепроводов и, в конечном счете, снижают их производительность по движению жидкости.
Для продления безаварийной и эффективной эксплуатации таких участков необходимо периодически их диагностировать на содержание отложений. По результатам таких исследований трубопроводы со значительным объемом АСПО необходимо промывать растворителем по приемлемой технологии.
Известен способ определения объема отложений в газопроводах, основанный на присоединении к проблемному участку байпасной линии со счетчиком газа и снятия показаний с дифманометра (источник: стр. 405-406 тезисы доклада Султанов Р.Г, Мухаметшин С.М. в сборнике тезисов конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа». - Уфа: ГУП «ИПТЭР», 2012. - 496 с. Реализация способа предназначена только для газопроводов и не дает информацию по распределению отложений в трубопроводе.
В наземных трубопроводах систем сбора, подготовки и транспортировки нефти, газа и воды объем отложений определяется как разница между внутренним объемом чистого трубопровода и трубопровода с отложениями. Последний параметр находится путем заполнения полости трубопровода фиксированным объемом жидкости повышенной плотности с использованием разделителя жидкостей для трубопровода по патенту РФ №2324552 (опубл. 20.05.08, бюл. №14). Способ не предоставляет информацию по распределению отложений по длине проблемного участка трубопровода.
Технической задачей заявляемого изобретения является разработка технологии определения объема отложений, находящихся в адгезионной форме на внутренние поверхности наземного трубопровода, а также оценки распределения этого объема отложений по длине исследуемого трубопровода.
Техническая задача по изобретению реализуется тем, что в способе оценки объема отложений в трубопроводе, заключающегося в организации движения по трубопроводу разделителя жидкостей, способного адаптироваться к сужениям в трубопроводе, после введения разделителя в начальный участок трубопровода закачку жидкости ведут с постоянным расходом и в постоянном временном режиме фиксируют давление в начале и в конце трубопровода по размещенным в этих точках манометрам (датчикам давления), о распределении отложений по длине трубопровода судят по скачкам давления в ту или иную сторону по манометру в начальной точке трубопровода, а объем отложений считают по формуле:
отл
где V - объем отложений на внутренней поверхности трубопровода;
- длина трубопровода между двумя (манометрами) датчиками давления;
D - внутренний диаметр чистого трубопровода;
Q - расход жидкости по трубопроводу, поддерживается постоянной величиной во время оценки объема отложений;
1
t - хронологическое время первого увеличения давления в зоне манометра, установленного в начале трубопровода по причине прохождения разделителя жидкостей;
2
t - хронологическое время повышения давления в зоне манометра, установленного в конце трубопровода по причине прохождения разделителя жидкостей.
По изобретению предлагается наблюдать за движением трубопроводной жидкости с помощью такой ее характеристики, как давление. Разделитель жидкости по изобретению рассматривается как местное сопротивление, причем имеющее подвижное состояние. Из постулатов гидравлики мы знаем, что при движении жидкости по трубопроводу потери давления (напора) на трение зависят и от местного сопротивления тоже, которое определяется по известной формуле:
или
где υ - средняя скорость движения в сечении потока за местным сопротивлением;
ρ - плотность жидкости (постоянная величина).
ξ - коэффициент местного сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса, формы местного сопротивления и шероховатости (источник информации: стр. 58 книги - Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды: Учебник для вузов. - Стереотипное издание. Перепечатка со второго издания 1979. - М.: Альянс, 2014. - 320 с.).
В зоне сужения трубопровода из-за отложения оба параметра в формуле 2: и ξ, и υ растут, поэтому растет и потеря давления на трение, это в свою очередь приводит к повышению давления в начале трубопровода при обеспечении насосом постоянства расхода перекачиваемой жидкости.
В качестве разделителя жидкостей можно использовать магнитогелевый состав, известный по книге (стр. 54): Физико-химический состав при подготовке нефти, газа и воды в промысловых условиях: учеб. пособие / В.В. Шайдаков, О.Ю. Полетаева, К.В. Чернова, Н.М. Катрич. - Уфа: ООО «Монография», 2012. - 164 с. или по патенту РФ на изобретение №2324552 (опубл. 20.05.2008). Магнитогелевый состав удобен тем, что его можно запустить в осложненный участок трубопровода и не заботиться о его дальнейшем извлечении, а вот разделитель по патенту на изобретение №2324552 после его прохождения, осложненного отложениями участка, необходимо извлечь на специальном приемном устройстве.
Схема трубопроводного оборудования для реализации предложенного способа приведена на фиг. 1, где 1 - исследуемый участок трубопровода, 2 - участок с отложениями и сужением проходного сечения, 3 - манометр (датчик давления) на входе в трубопровод, 4 - манометр (датчик давления) на конце трубопровода, 5 - разделитель жидкости в роли местного сопротивления, 6 - передвижной насос для перекачки жидкости, 7 - закрытая задвижка.
1
По условиям изобретения давление P в зоне манометра 3 можно записать как сумму трех давлений:
1
где P - давление по манометру в начале трубопровода;
2
Р - давление по манометру в конце трубопровода;
- потеря давления на трение на участке между двумя манометрами при отсутствии в трубопроводе разделителя жидкости (определяется по формуле Дарси-Вейсбаха);
- дополнительная потеря давления на трение в зоне движения разделителя жидкости (определяется как местное сопротивление по формуле 2).
1
2
Используя формулу 3, построим графики изменения давлений P и Р во времени (фиг. 2), поэтапно рассматривая движение разделителя от первого манометра ко второму:
1. Разделитель жидкости вводится в исследуемый трубопровод на участке, который находится между задвижкой 7 и манометром 3.
2. Передвижной насос 6 ведет закачку жидкости в трубопровод с постоянным расходом во время всего периода измерений.
1
1
3. После прохождения разделителем 5 манометра 3 давление P (фиксируется манометром 3) вырастет на величину  из-за появления местного сопротивления в виде разделителя после манометра. По этому первому скачку давления определяется хронологическое время t.
4. При вхождении разделителя в зону А (умеренные отложения) давление вырастет еще на определенную величину, так как в формуле 1 увеличится параметр ξ из-за вытягивания разделителя по длине суженного трубопровода и естественного роста силы трения, направленного против движения разделителя.
1
5. В зоне В трубопровод сужается еще значительнее, вследствие чего давление P при вхождении в зону В разделителя вырастет еще на определенную величину из-за роста давления .
1
6. В зоне С толщина отложений уменьшается, благодаря этому нахождение в этой зоне разделителя ведет уже к меньшей потере давления на преодоление сил трения, и суммарное давление P снижается.
1
7. После выхода разделителя из зоны отложений давление P вновь уменьшится и далее - в зоне чистого трубопровода - не будет меняться.
2
До тех пор пока разделитель 5 не достигнет манометра в конце трубопровода его давление Р можно выразить исходя из формулы 3:
1
2
2
2
2
Составные части в равенстве 4: P и  одновременно растут или уменьшаются на одну и ту же величину, поэтому давление Р является величиной постоянной до момента прихода разделителя жидкостей. Как только разделитель перейдет зону манометра 4, давление Р незначительно поднимется и при движении разделителя в чистом от отложений трубопроводе будет оставаться неизменным на одном уровне. Согласно формуле изобретения по этому росту давления Р будет определяться хронологическое время t.
2
1
Таким образом, с помощью показаний двух манометров фиксируют время прохождения Δt по исследуемому участку трубопровода разделителя жидкости: Δt=t-t.
1
2
Отметим, что графики изменения давлений Р и Р (фиг. 2) во времени условно привязаны к местоположению манометров 3 и 4, а также к зонам отложений А, В и С (фиг. 1). Это сделано для более удобного восприятия изменений этих давлений при прохождении разделителем указанных ключевых зон.
По изобретению предложено изучать степень сужения проходного сечения трубопровода с помощью воздействия на отложения разделителем жидкости, фиксируя при этом ответную реакцию такого соприкосновения в виде повышения или уменьшения давления между насосом и разделителем.
На наш взгляд, предложенные технические мероприятия обладают новизной, а в совокупности существенно отличаются от известных технических и технологических решений.