На правах рукописи

РЕЗВЫХ ВЛАДИСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОКОНДЕНСАТОПРОВОДОВ, ОТРАБОТАВШИХ НОРМАТИВНЫЙ СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ (на примере Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения) Специальности 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2008 2

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР) Научный руководитель - доктор технических наук Надршин Альберт Сахабович Научный консультант - доктор технических наук Ямалеев Ким Масгутович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Халимов Андались Гарифович - кандидат технических наук Галеев Мидхат Нуриевич Ведущее предприятие - ДОАО Оргэнергогаз ОАО Газпром, г. Москва

Защита диссертации состоится 14 ноября 2008 года в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП ИПТЭР.

Автореферат разослан 13 октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Л.П. Худякова 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение (ОНГКМ), содержащее в своем составе до 4 % сероводорода, эксплуатируется с 1971 года.

С 1988 года месторождение вступило в период разработки с падающей добычей углеводородного сырья.

В условиях, когда большая часть основных фондов выработала первоначальный нормативный срок эксплуатации, но продолжает работать, проблема обеспечения безопасного функционирования опасных производственных объектов ОНГКМ является особенно актуальной и практически значимой.

В настоящее время до 90 % эксплуатируемых газоконденсатопроводов имеют срок эксплуатации более 20 лет. Эксплуатация таких трубопроводов связана с большими затратами на поддержание оборудования в рабочем состоянии, включая дорогостоящие работы по диагностике и ремонту трубопроводов.

К общим затратам необходимо добавить затраты, связанные с ликвидацией последствий аварий, с локализацией, сбором и удалением продуктов перекачки при потере герметичности трубопроводов. Особенности эксплуатации и обеспечения надежности трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, отражены в работах ученых: Антонова В.Г., Гафарова Н.А., Генделя Г.Л., Киченко Б.В., Кушнаренко В.М., Макаренко В.Д., Мирочника В.Л., Митрофанова А.В., Перунова Б.В., Стеклова О.И., Шрейдера А.В. Теория эксплуатации, диагностирования и ремонта трубопроводных систем связана с именами ведущих ученых отрасли: Гумерова А.Г., Азметова Х.А., Гумерова Р.С., Зайнуллина Р.С., Султанова М.Х., Харионовского В.В., Черняе- ва К.В., Ямалеева К.М. и др.

С появлением современных диагностических средств и приборов, позволяющих вести поиск дефектных участков трубопроводов, существенным образом меняется подход к вопросам оценки потенциальной опасности их эксплуатации.

Концепцией ремонта становится не сплошная вырезка участков трубопроводов с дефектами вообще, а проведение на основе полученной информации об объекте обоснованной замены тех дефектных участков, которые действительно оказывают влияние на прочность и долговечность трубопровода.

В этой связи проблема надежности и безопасности длительно эксплуатируемых трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие газ и конденсат, является актуальной научной и инженерной задачей.

Цель работы - обеспечение безопасного функционирования длительно эксплуатируемых газоконденсатопроводов по результатам диагностики, оценки степени опасности дефектных участков и ремонта их по техническому состоянию.

Основные задачи работы 1. Анализ технического состояния газоконденсатопроводов после 25-летнего периода эксплуатации и оценка характеристик их надежности.

2. Разработка математической модели изменения коррозионной ситуации и методики прогнозирования скорости роста коррозионных повреждений в трубопроводах, транспортирующих сероводородсодержащие среды.

3. Проведение экспериментальных исследований прочности и долговечности труб, бывших в эксплуатации на газоконденсатопроводах.

4. Разработка новой классификации дефектов трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, необходимой для организации и планирования ремонтных работ по техническому состоянию.

Научная новизна 1. Разработана математическая модель изменения коррозионной ситуации в трубопроводах, транспортирующих сероводородсодержащие среды, позволяющая прогнозировать рост коррозионных дефектов с течением времени эксплуатации.

2. Экспериментально показано, что модифицированная формула Баттеля при расчете разрушающих давлений толстостенных труб с нетрещиноподобными дефектами дает запас прочности до 40 % включительно, что позволило обоснованно внести поправочный коэффициент в расчетную модель оценки опасности дефектов и продлить подконтрольную эксплуатацию трубопровода.

3. Разработана трехбалльная классификация дефектов трубопроводов по степени их опасности, что дает возможность с учетом технического состояния более объективно подходить к планированию ремонтных работ.

4. Экспериментально установлены отличительные признаки происхождения металлургических и водородных расслоений металла трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды. Для последних характерно наличие на внутренней и наружной стенках язвенной коррозии металла.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты анализа технического состояния длительно эксплуатируемых газоконденсатопроводов;

- математическая модель изменения коррозионной ситуации и методика прогнозирования роста коррозионных дефектов на газоконденсатопроводах;

- результаты экспериментальных исследований прочности и долговечности труб, бывших в эксплуатации на газоконденсатопроводах;

- новая классификация по степени опасности дефектов трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды.

Практическая значимость работы 1. Проведенный факторный анализ и разработанные регрессионные модели позволяют моделировать и прогнозировать коррозионную ситуацию на трубопроводах, в том числе и на участках, не доступных для внутритрубной дефектоскопии (ВТД).

2. Результаты экспериментальных исследований прочности и долговечности труб, бывших в эксплуатации, дают возможность повысить объективность оценки технического состояния трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие газ и конденсат, выявить их реальную несущую способность и сократить объемы ремонтных работ без снижения требуемой эксплуатационной надежности.

3. Разработанная классификация по степени опасности дефектов трубопроводов позволяет выработать научно обоснованные критерии по методам, видам и способам ремонта дефектных участков по техническому состоянию.

Годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы в УЭСП ООО Газпром добыча Оренбург составляет 7 млн рублей.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях, отраслевых совещаниях и т.п. по проблемам трубопроводного транспорта, в т.ч.:

- на конференции молодых специалистов (г. Москва, ВНИИГАЗ, 2000);

- на отраслевом совещании дочерних обществ ОАО Газпром Техническое состояние и вопросы эксплуатации конденсатопроводов ОАО Газпром (г. Сургут, 2003);

- на отраслевом совещании специалистов дочерних обществ ОАО Газпром, представителей сервисных компаний Эксплуатация, диагностика и ремонт подводных переходов трубопроводов ОАО Газпром (г. Москва, 2004);

- на 5-ой Международной научно-технической конференции Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред (г. Оренбург, 2004);

- на научно-технической конференции молодых руководителей и специалистов ООО Оренбурггазпром (г. Оренбург, 2005).

Методика оценки потенциально опасных дефектов по результатам внутритрубной дефектоскопии включена в План внедрения новой техники и передовых технологий ООО Оренбурггазпром на 2004-2006 годы.

Публикации Основные положения работы опубликованы в 11 научных трудах.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего из 115 наименований, и 2 приложений (приложение А содержит 17 рисунков;

приложение Б содержит 5 таблиц). Работа содержит 151 страницу машинописного текста, 49 рисунков, 13 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи работы, показаны научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

Первая глава посвящена анализу существующих проблем, связанных с оценкой эксплуатационной надежности трубопроводов, с применением нормативного, аналитического, статистического и экспертного методов, показаны достоинства и недостатки этих методов. Рассмотрены основные причины отказов на трубопроводах ОНГКМ как с учетом специфического воздействия сероводородной среды на металл трубопроводов, так и при условии ее отсутствия.

Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение, открытое в 1966 году, является уникальным как по своим физическим параметрам (высокое пластовое давление, составляющее в начале эксплуатации 20,6 МПа, пластовая температура до 303Е305 К), так и по содержанию в составе продукции агрессивных компонентов, таких как сероводород и углекислый газ. Содержание сероводорода в газе изменяется по площади месторождения в западной и центральной частях в пределах 1,4Е1,8 % об., в восточной - до 4,7 % об., содержание углекислого газа достигает 1,5 % об. Протяженность газоконденсатопроводов составляет 28Е50 км, общая их протяженность - 823 км.

Газотранспортная система представляет собой сложное инженерное сооружение, состоящее из многониточных коридоров трубопроводов и большого количества узлов приема и запуска поршней, надводных, подводных и балочных переходов, большого количества запорной арматуры, перемычек, факельных и амбарных линий. Защита газоконденсатопроводов от воздействия агрессивных компонентов осуществляется методом поршневого ингибирования.

Несмотря на внедрение комплекса технологических противокоррозионных мероприятий при эксплуатации газоконденсатопроводов наблюдаются коррозионные повреждения и отказы трубопроводов. Отказы трубопроводов составляют 11,95 % от общего числа разрушений промысловых металлоконструкций и являются наиболее опасными, так как могут привести к аварийной ситуации и выбросу сероводородсодержащего газа в атмосферу.

Исходя из анализа причин отказов и повреждений трубопроводов на различных объектах добычи и транспорта сырья и продукции ОНГКМ можно заключить, что, несмотря на различия условий, в которых они имели место, первопричинами их возникновения, как правило, являлись исходные дефекты в материале и брак в монтажной сварке. Сероводородная коррозия при этом хотя и играла роль в ряде серьезных аварий, но являлась лишь одним из способствующих разрушениям факторов, в то время как сами разрушения являлись следствием вышеуказанных причин.

Проведен анализ современных средств диагностики (как внутритрубных, так и бесконтактных, используемых с поверхности грунта или с водной поверхности), а также анализ существующих методов оценки дефектности трубопроводов с выявлением их преимуществ и недостатков.

По итогам анализа опубликованных работ, посвященных обеспечению надежности и безопасности длительно эксплуатируемых трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, отмечается, что данная проблема носит функционально взаимосвязанный характер параметров технологического режима перекачки, диагностики и ремонта трубопроводов по техническому состоянию.

Для обоснования продления сроков службы длительно эксплуатируемых трубопроводов остаются нерешенными следующие задачи:

- контроль коррозионной ситуации, прогнозирование роста коррозионных дефектов на газоконденсатопроводах с течением времени их эксплуатации;

- обеспечение достоверности принятых моделей расчета разрушающих давлений дефектных труб в целях продления подконтрольной эксплуатации трубопроводов;

- выявление отличительных признаков по природе происхождения расслоений металла труб при их эксплуатации в сероводородсодержащей среде в целях диагностирования и идентификации;

- совершенствование классификации по степени опасности дефектов газоконденсатопроводов, необходимой для повышения эффективности ремонтных работ.

Вторая глава посвящена анализу технического состояния длительно эксплуатируемых газоконденсатопроводов и оценке влияния основных параметров на коррозионные процессы на основе факторного и регрессионного анализов.

Проведен статистический анализ отказов трубопроводов за 1974-годы. Установлено, что трубопроводы находятся на стадии нормальной эксплуатации, которая характеризуется простейшим потоком событий (функцией надежности). На основе статистического анализа отказов определены характеристики надежности. Средняя интенсивность отказов соединительных трубопроводов составляет 1,310-3 на км в год, что находится в пределах, характерных для величин потока отказов газопроводов, транспортирующих углеводородные среды.

По результатам внутритрубной диагностики подробно дан анализ одного из ключевых вопросов внутритрубной дефектоскопии - интерпретации выявленных дефектов. Показаны отличительные признаки опасных и неопасных дефектов, эксплуатационных и доэксплуатационных дефектов, проведена статистическая обработка выявленных дефектов. В работе рассмотрены все типы дефектов, которые были выявлены на газоконденсатопроводах ООО Газпром добыча Оренбург.

Внутритрубная дефектоскопия трубопроводов ООО Газпром добыча Оренбург регулярно проводится с 1990 года. На данный момент обследованы трубопроводы общей протяженностью более 7 тыс. км. Причем на 70 % трубопроводов диагностирование проводилось дважды с определенным интервалом времени. Объемы внутритрубной дефектоскопии за 1990-2005 годы представлены на рисунке 1.