Система транспортировки нефтяной смеси для ликвидации подводных разливов нефти устройством типа "Купол"
PETROLEUM MIXTURE TRANSPORTATION SYSTEM FOR LIQUIDATION OF UNDERWATER OIL SPILLS BY "DOME" TYPE DEVICE

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к способу транспортировки на поверхность обводненной нефтяной смеси при ликвидации подводных разливов нефти.
При большом давлении и низких температурах нефтяная смесь в сочетании с процессом обводнения становится нетранспортабельной по следующим причинам:
1) образование газовых гидратов с последующей закупоркой проходного сечения транспортировочного трубопровода;
2) образование парафинов и других кристаллических отложений (в зависимости от состава пластовой нефти), на стенках транспортировочного трубопровода.
Все два указанных процесса с определенной долей вероятности могут развиваться во время операции по транспортировке.
В нефтегазовой промышленности для борьбы с газовыми гидратами, для снижения вязкости перекачиваемой нефтяной смеси и уменьшения доли отложений в трубопроводе хорошо зарекомендовал себя метод подогрева нефти.
Существует два основных метода подогрева нефтяной смеси при течении ее через трубу:
- греющим кабелем;
- прокачкой теплоносителя.
К первому методу относится способ подогрева саморегулирующимися греющими кабелями, которые монтируются вдоль трубопровода с дальнейшим нанесением наружного теплоизоляционного покрытия (RU 2 665 776 С1, опубл. 04.09.2018). Полимерная армированная труба с электроподогревом, состоящая из внутреннего полимерного слоя, на наружную поверхность которого последовательно наносят армирующий слой, промежуточную полимерную оболочку, повив из изолированных проводников, имеющих дополнительную внешнюю оболочку в виде сектора кольца, ограниченного внутренним и внешним радиусом укладки проводников, и внешнюю полимерную оболочку, при этом армирующий слой выполнен из повивов металлических или полимерных лент, полимерных нитей или металлических проволок. Сечение проводников рассчитано таким образом, чтобы выделяемая при прохождении электрического тока тепловая мощность как минимум компенсировала тепловые потери транспортируемого флюида.
При моделировании использования данного технического решения для нагрева и транспортировки обводненной нефтяной смеси с больших глубин водоемов на поверхность выявляется следующий недостаток: применение трубопровода с греющим кабелем не обеспечивает интенсивный нагрев смеси в зоне входа в трубопровод, а предназначено лишь для компенсации тепловых потерь в трубопроводе и поддержания температуры уже нагретого продукта (что приведет к образованию газовых гидратов и закупорке сечения на входе).
Устранение этого недостатка осуществимо (при сохранении в качестве источника энергии электрического тока) путем установки электрического теплообменника в зону входа нефтяной смеси, но для его нагрева до оптимальной температуры существует необходимость в передаче большого количества электроэнергии с поверхности (с судна-носителя), что в свою очередь приводит к возрастанию сечения токопроводящей жилы пропорционально рабочей глубине, сопровождающимся увеличением жесткости и гидродинамического сопротивления перемещению трубопровода с кабелем во время операций спуска и наведения устройства типа «купола», а также к введению в схему габаритных и дорогостоящих трансформаторов глубоководного исполнения.
Второй метод представляет собой омывание нефтепровода теплоносителем. Известен способ подогрева трубопровода, по которому подогрев осуществляется с помощью теплообменной системы, установленной на пункте подогрева нефти, при помощи первичного теплоносителя - воды, нагрев которой осуществляется в водогрейном котле (RU №2 336 456 С2, опубл. 20.10.2008). Данный способ используется при подогреве промышленных магистральных трубопроводов. Используемые котельные агрегаты, арматура и трубопроводы являются стационарными.
Техническим результатом изобретения является транспортировка обводненной нефтяной смеси, образующейся в результате аварийного разлива нефти под водой, с больших глубин.
Технический результат достигается тем, что система транспортировки нефтяной смеси для ликвидации подводных разливов нефти устройством типа «Купол», включающая в себя водогрейные котлы судна-носителя и теплообменную систему, снабженную внешним контуром и внутренним контуром, и включающую снабженное теплообменником устройство типа «Купол», и транспортировочный трубопровод, связанный одним концом с судном-носителем, и другим концом подключаемый к устройству типа «Купол», Система транспортировки нефтяной смеси для ликвидации подводных разливов нефти включает интегрированный в трубопровод в качестве транспортировочного погружной насос, снабженный корпусом, выполненным с возможностью циркуляции теплоносителя. Система транспортировки нефтяной смеси для ликвидации подводных разливов нефти включает автоматическое соединительное устройство, размещенные на конструкции устройства типа «Купол» датчики контроля среды.
Причем наружная поверхность теплообменника устройства типа «Купол» выполнена с перфорированными отверстиями, выводящими теплоноситель, представляющий собой нагретую забортную воду, из внешнего контура наружу в окружающую среду. При этом система транспортировки нефтяной смеси выполнена с возможностью развертывания с судна-носителя, находящегося на поверхности воды вне зоны действия нефтяного пятна, и подключения транспортировочного трубопровода к устройству типа «Купол» с помощью средств наведения и автоматического соединительного устройства.
Кроме того, система транспортировки нефтяной смеси выполнена с возможностью контроля производительности транспортировки нефтяной смеси посредством данных, получаемых от датчиков контроля среды.
Предлагаемое изобретение представлено на чертеже.
Предлагаемое изобретение направлено на решение проблемы с транспортировкой обводненной нефтяной смеси с больших глубин водоемов с обеспечением противодействия образованию газовых гидратов, снижения вязкости перекачиваемой нефтяной смеси и уменьшения доли отложений в трубопроводе.
Система транспортировки нефтяной смеси для ликвидации подводных разливов нефти устройством типа «Купол» включает в себя водогрейные котлы судна-носителя, теплообменную систему, погружной насос 4, датчики контроля среды 9 и автоматическое соединительное устройство 10.
Теплообменная система подогревает нефтяную смесь 1 теплоносителем 5, который нагревается в водогрейном котле судна-носителя. Теплообменная система состоит из устройства типа «Купол» 2 и транспортировочного трубопровода 6. Она снабжена внешним контуром, предназначенным для циркуляции теплоносителя 5 от водогрейного котла судна-носителя к устройству типа «Купол» 2 и внутренним контуром - для транспортирования нефтяной смеси 1 от устройства типа «Купол» 2 к резервуарам судна-носителя.
Устройство типа «Купол» 2 снабжено теплообменником 3. Наружная поверхность 8 теплообменника выполнена с перфорированными отверстиями 7. Перфорированные отверстия 7 обеспечивают вывод через них теплоносителя 5 из внешнего контура теплообменной системы наружу в окружающую среду. При этом теплоноситель 5 представляет собой нагретую в водогрейном котле судна-носителя забортную воду, выводимую через перфорированные отверстия 7 наружу в окружающую среду.
Транспортировочный трубопровод 6 представляет из себя теплоизолированную концентрическую систему типа «труба в трубе» для транспортировки обводненной нефтяной смеси 1 из подводного разлива с больших глубин водоемов на судно-носитель с возможностью дальнейшей транспортировки или утилизации. Транспортировочный трубопровод 6 состоит из набора прочных гибких композитных труб и подключается к устройству типа «Купол» 2. Для противодействия образованию газовых гидратов, снижения вязкости нефтяной смеси 1 и вероятности закупоривания проходного сечения внутреннего контура из-за образования кристаллических отложений подогрев нефтяной смеси 1 осуществляют в зоне омывания теплообменника 3 и входа в транспортировочный трубопровод 6.
Погружной насос 4 снабжен корпусом, выполненным с возможностью циркуляции теплоносителя 5. Погружной насос 4 соединен с транспортировочным трубопроводом 6 при помощи фланцев. Он применяется в качестве транспортировочного насоса.
Датчики контроля среды 9 установлены на судне-носителе и на конструкции устройства типа «Купол» 2. Они обеспечивают системе транспортировки нефтяной смеси возможность контроля производительности транспортировки нефтяной смеси 1 за счет получаемых параметрических данных среды.
Автоматическое соединительное устройство 10 позволяет выполнять развертывание системы транспортировки нефтяной смеси с судна-носителя, находящегося на поверхности воды вне зоны действия нефтяного пятна, и подключать с помощью средств наведения транспортировочный трубопровод 6 к устройству типа «Купол» 2.
Система транспортировки нефтяной смеси для ликвидации подводных разливов нефти устройством типа «Купол» работает следующим образом. Обводненная нефтяная смесь 1 локализуется в устройстве типа «купол» 2, внутри которого расположена поверхность теплообменника 3. При взаимодействии с теплообменником 3 перекачиваемая эмульсия нагревается до оптимальной температуры (40°С) и при помощи погружного насоса 4 транспортируется на поверхность. Теплообменник 3 устройства типа «купола» в свою очередь нагревается проходящим внутри теплоносителем 5, которым является нагретая забортная вода.
Горячая вода подается к теплообменнику 3 с поверхности от водогрейных котлов судна-носителя по транспортировочному трубопроводу 6. Транспортировочный трубопровод 6 представляет собой гибкую теплоизолированную концентрическую систему типа «труба в трубе». По внутренней трубе (внутреннему контуру) транспортировочного трубопровода 6 происходит транспортировка обводненной нефтяной смеси 1 от устройства типа «купол» 2 к резервуарам судна-носителя (с последующей транспортировкой на наливные суда), а по межтрубному пространству (внешнему контуру) от судна-носителя к теплообменнику 3 устройства типа «купол» 2 движется теплоноситель 5.
Горячая вода циркулирует по незамкнутому контуру для оптимизации, связанной с уменьшением диаметра транспортировочного трубопровода 6 (и соответственно массы и гидродинамического сопротивления перемещению трубопровода в воде) ввиду отсутствия обратного контура (что также снижает гидравлические потери на транспортировку теплоносителя «вверх») и прочной несущей конструкции, рассчитываемой на забортное давление.
В водогрейные котлы судна-носителя вода поступает из-за борта, выход теплоносителя 5 предусмотрен через перфорированные отверстия 7 теплоизолированной наружной поверхности 8 теплообменника 3 устройства типа «купол» 2. Вывод теплоносителя 5, воды, через перфорированные отверстия 7 наружу в окружающую среду.
3
Температура внутри транспортировочного трубопровода 6 сохраняется благодаря низкому коэффициенту теплопроводности материалов труб. Производительность системы и проходные диаметры трубопровода 6 позволяют транспортировать до 475 м обводненной нефтяной смеси в час.
В качестве транспортировочного насоса применяется погружной насос 4, интегрированный в транспортировочный трубопровод 6. Корпус погружного насоса 4 выполнен таким образом, что позволяет организовать через него циркуляцию теплоносителя 5. Соединение погружного насоса 4 с транспортировочным трубопроводом 6 осуществляется при помощи фланцев.
Развертывание системы транспортировки нефтяной смеси с судна-носителя, находящегося на поверхности воды, а также подключение транспортировочного трубопровода 6 к устройству типа «Купол» 2 осуществляют при помощи средств наведения и автоматического соединительного устройства 10. При этом судно-носитель может находиться вне зоны действия нефтяного пятна.
На устройстве типа «купол» 2 и на судне-носителе (в пункте сбора откачиваемой нефтяной смеси) установлены датчики контроля среды 9 (датчики температуры, анализаторы нефтепродуктов, гидроакустические датчики обнаружения сопутствующих газов).
На основании сигналов указанных датчиков 9 вычислительный блок системы управления определяет необходимость в изменении производительности системы транспортировки и подает соответствующие управляющие сигналы на органы управления водогрейных котлов и насосных агрегатов. Поэтому система является интеллектуальной и позволяет непрерывно в автоматическом режиме производить регулировку производительности в зависимости от переменных внешних воздействий (изменение параметров подводных течений, дебита нефтепродуктов, температуры).
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществлять транспортировку обводненной нефтяной смеси, образующейся в результате аварийного разлива нефти под водой, с больших глубин.