Размещено на http://www.allbest.ru/

Факультет Разработки нефтяных и газовых месторождений

Кафедра Освоение морских нефтегазовых месторождений

Реферат

по дисциплине Обслуживание объектов обустройства морских нефтегазовых месторождений

на тему Гибкие трубы. Конструкция гибких труб в процессе освоения морских нефтегазовых месторождений. Существующие и разрабатываемые стандарты

ВЫПОЛНИЛ: Студент

группы РНМ-21-09 Богатырева Е.В.

Зав. кафедры., доцент., Коваленко В.В.

Содержание

гибкий труба трубопровод месторождение

Введение

1. Классификация гибких труб

1.1 Гибкие трубы на основе металла

1.2 Гибкие трубы на основе композиционного материала

2. Существующие и разрабатываемые стандарты

3. Применение гибких труб в процессе освоения морских нефтегазовых месторождений

3.1 Применение гибких труб в колтюбинговой технологии

3.2 Применение гибких труб в процессе укладки трубопроводов

Заключение

Список использованных источников

Введение

В связи с бурным развитием технологии трубопроводного строительства в нефтегазовой промышленности широко используются гибкие трубы, как на морских, так и на наземных месторождениях. Они считаются эффективным решением с технической и экономической точки зрения благодаря простой и быстрой процедуре укладки, долговечности и возможности восстановления. В настоящее время множество инженеров и исследователей продолжают изучать и совершенствовать новые методы проектирования и анализа гибких труб различных типов.

Истрия гибких труб прослеживается со времен оригинальных разработок конца 1970-х годов. Изначально гибкие трубы использовались в относительно благоприятных условиях окружающей среды, таких как шельф Бразилии, Средиземного моря и Дальнего Востока. Однако технология гибких труб продвинулась настолько быстро, что теперь они используются в различных районах Северного моря [1] и завоевали популярность среди проектировщиков в Мексиканском заливе. Гибкие трубы могут использоваться на глубине воды до 8000 футов, при давлении до 10000 фунтов на квадратный дюйм и высоких температурах свыше 150°F, выдерживая движения крупных судов в неблагоприятных погодных условиях.

1. Классификация гибких труб

На Рисунке 1 показано распределение гибких труб по категориям в зависимости от их конфигурации и функциональных требований. На рисунке продемонстрирована взаимосвязь гибких труб разного типа и их соотнесение с применимыми стандартами и рекомендованными практиками, а также перечислены ведущие производители различных типов гибких труб. Гибкие трубы делятся на трубы на основе металла и трубы на основе композиционного материала, что зависит от рабочего давления и армирующего материала. [1]

Гибкие трубы на основе металла, как правило, рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие нагрузки, например, высокое внутреннее и внешнее давление или сильное осевое растяжение. Гибкие композитные трубы (FCP) представляют собой упрощенные версии гибких труб на основе металла за счет простой конфигурации и более низких функциональных требований. Гибкие трубы, как на основе металла, так и на основе композиционного материала, делятся на две группы в зависимости от их конфигурации: связанные и несвязанные.

Рисунок 1 Категории гибких труб

Связанные неметаллические FCP также называются термопластичными трубами из композиционного материала (TCP) или армированными термопластичными трубами (RTP). В рекомендованном стандарте DNVGL RP F119 изложены требования к TCP для применения в морских условиях, в то время как руководство API RP 15S ориентировано на применение на береговых объектах. К несвязанным FCP относятся гибкие трубы, армированные сталью, и несвязанные гибкие трубы с неметаллическим армированием, а к связанным FCP относятся связанные гибкие трубы, армированные стальной проволокой, и связанные неметаллические гибкие трубы (TCP), такие как армированные стекловолокном гибкие трубы.

1.1 Гибкие трубы на основе металла

Гибкие трубы на основе металла используются в основном в качестве гибких выкидных линий или гибких перепускных соединений для морских установок ввиду их устойчивости к высокому внешнему и внутреннему давлению и растягивающим нагрузкам. Кроме того, они способны выдерживать большие динамические нагрузки в условиях операционной деятельности в морской среде. В связанных трубах, на основе металла, между множеством слоев нитей, эластомера и стали создается связь и образуется единая структура с помощью процесса вулканизации. Связанные трубы в основном используются на коротких участках, как например перепускные соединения при использовании в условиях высокой динамики.

На рисунке 2 показано поперечное сечение гибкой трубы на основе металла.

Рисунок 2 Связанная гибкая труба на основе металла

С другой стороны, несвязанные гибкие трубы на основе металла также производятся для применения в статических и динамических условиях на отрезках длиной в несколько сотен метров. Если не указано иное, в данной книге под несвязанными гибкими трубами понимаются несвязанные гибкие трубы на основе металла. На рисунке 3 показано типичное поперечное сечение несвязанной гибкой трубы с четким обозначением девяти слоев, имеющих различные функции.

Рисунок 3 Несвязанная гибкая труба на основе металла

Пространство между внутренней полимерной оболочкой и внешней полимерной оболочкой называется кольцевым пространством трубы. На рисунке 4 показано распределение по внутреннему диаметру несвязанных гибких труб на различной глубине воды в разнообразных условиях морской среды. Наибольшая глубина воды, на которой устанавливается гибкая водоотделяющая колонна, составляет около 6234 футов (1900 м) при внутреннем диаметре (ВД) гибкой трубы около 7,5 дюйма, как показано ниже. И хотя гибкие водоотделяющие колонны с внутренним диаметром более 16 дюймов установливались в условиях морской среды, глубина воды, на которой они находятся, не превышает 1312 футов (400 м). [3]

Рисунок 4 Зависимость «Глубина воды - Внутренний диаметр» у несвязанных гибких труб

На рисунке 5 показана зависимость «Расчетное давление - внутренний диаметр» у несвязанных гибких труб в процессе эксплуатации. Данные основаны на фактическом отраслевом применении по всему миру и собраны в рамках общего отраслевого проекта (JIP) компании «SureFlex», завершенного в конце 2010 года. Согласно базе данных у 76% всех гибких труб расчётное давление ниже 345 бар (5000 фунтов на квадратный дюйм), 90% - менее 10 дюймов, и 70% рассчитаны на температуру не выше 80°C. Давление по внутреннему диаметру (Д*ВД) является важной характеристикой у несвязанных гибких труб, и на основе сведений, полученных из базы данных, строятся четыре постоянных Д*ВД. Линия с наибольшим значением Д*ВД при эксплуатации находится под давлением 80 000 фунтов на квадратный дюйм и предназначена для 12-дюймовой гибкой трубы. Большинство используемых несвязанных гибких труб имеют значение Д*ВД ниже 50 000 фунтов на квадратный дюйм. [3]

Рисунок 5 Обзор несвязанных гибких труб в эксплуатации - давление-диаметр

1.2 Гибкие трубы на основе композиционного материала

Гибкие трубы на основе композиционного материала также называются гибкими композитными трубами (FCP) и представляют собой непрерывные наматываемые на барабан магистральные трубопроводы с армированной термопластической обкладкой и покрытые защитным слоем. Гибкие композитные трубы используются для транспортировки воды и углеводородов. FCP - это проверенная технология для применения на суше; а в недавнее время проведенные квалификационные исследования сделали данные трубы пригодными и для использования в условиях морской среды, на мелководье.

В нефтегазовой отрасли используется ряд продуктов FCP, основанных на различных методах производства и материалах, обеспечивающих разные характеристики. Армирующий материал (например, арамид, стальные нити/полосы, стекловолокно и т. д.) значительно варьируется и, соответственно, отличаются характеристики. Армирование может быть выполнено без образования связи между струнами или лентами, зафиксировано с использованием адгезивов, или же полностью связано в интегрированную матрицу; при этом каждый вариант будет иметь определенное применение и соответствующую цену. В таблице 1 рассмотрены области применения различных типов FCP. Для применения на мелководье и в динамических условиях морской среды для несвязанных FCP требуется программа квалификационной технической оценки.

Таблица 1

Области применения гибких композитных труб

FCP представляет собой армированную термопластичную гибкую трубу и обладает тремя основными характеристиками:

Гибкость: FCP выдерживает сильные прогибы без значимого возрастания напряжений при изгибе, может изготавливаться непрерывными отрезками, храниться или транспортироваться на барабанах.

Термопластичность: внутренняя обкладка FCP, в которой находятся буровые жидкости, изготовлена из термопластичного материала. Обычно используется полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), однако все чаще применяются и другие виды пластмассы, например, ПА и ПВДФ.

Армированность: армирующий слой состоит из термопластических композитов, термореактивных композитов, стекловолокна, стальной проволоки, стальных нитей или стальных лент и часто представляет собой сочетание нескольких материалов.

На рисунке 6 показана типовая конструкция связанной FCP (TCP или RTP), состоящей из полимерной обкладки или барьерного слоя, структурообразующего слоя и наружной полимерной оболочки. Функция внутренней обкладки заключается в обеспечении герметичности, коррозионной стойкости и удержании транспортируемой жидкости. Функция структурообразующего слоя состоит в обеспечении механической прочности, позволяющей выдерживать нагрузки, возникающие в процессе обслуживания и монтажа. Структурообразующий слой обычно состоит из четного числа равномерно уложенных цельных спиральных витков из арамида или из других видов армирующего волокна. Армирование представляет собой спирально намотанную пряжу или предварительно сформованные ленты, армированные волокном, герметизированные термопластичной смолой. Наружная оболочка добавляется поверх структурообразующего слоя для защиты конструкции на период монтажа и эксплуатации.

Рисунок 6 Типовая конструкция связанной FCP (фото предоставлено компанией «OPR Inc.»)

На рисунке 7 показана типовая конструкция четырехслойной несвязанной гибкой трубы, армированной сталью, включая (1) внутренний слой, который представляет собой экструдированную термопластичную трубку (ПЭ), изолирующую транспортируемую жидкость; (2) два (или четыре) противоположно намотанных слоя из армирующей ленты из углеродистой стали, спирально намотанной поверх обкладки под углом свивки приблизительно 55°. Стальные ленты обеспечивают прочность, которая выдерживает внутреннее давление и растягивающие нагрузки на трубу, и представляют собой полосы из простой углеродистой стали, сочетающие экономичность с высокой прочностью и хорошей ударной вязкостью. Слои против растяжения не подвергаются воздействию текучей среды ствола скважины и пребывают в значительно более мягкой среде в кольцевом пространстве между внутренним и внешним экструдированными слоями; (3) внешний ПЭ слой, представляющий собой толстый экструдированный наружный кожух, защищает внутренние слои трубы от действия внешней среды. Данный вид несвязанной FCP, армированный сталью. [4]

Рисунок 7 Типовая конструкция несвязанной FCP (фото предоставлено компанией «OPR Inc.»)

Если сравнивать несвязанные гибкие трубы с несвязанными FCP, армированными сталью, у несвязанных гибких труб обычно на два слоя больше, чем у несвязанных FCP, армированных сталью: слой сцепленного металлического каркаса и армированный металлом слой. Слой сцепленного каркаса из нержавеющей стали предотвращает смятие кожуха под давлением и обеспечивает защиту от эрозии под действием транспортируемой среды; является необязательным компонентом. Используемый в несвязанной гибкой трубе армированный металлом слой обеспечивает прочность, благодаря которой выдерживаются окружные напряжения из-за внутренних и внешних нагрузок от давления.

В несвязанных FCP эти два слоя замещаются типовым армирующим слоем «55 градусов», изготовленным из термопластичных композитов, термореактивных композитов, стекловолокна, стальной проволоки, стальных нитей или стальных лент и выдерживающим давление и осевые растягивающие нагрузки. Рисунок 8 содержит краткий обзор диапазона применения гибких труб. Несвязанные гибкие трубы большего диаметра могут использоваться в более широком диапазоне температур и давления. Однако они намного дороже, чем FCP.

Рисунок 8 Диапазон применения гибких труб

2. Существующие и разрабатываемые стандарты

Американский нефтяной институт (API) разработал несколько общепризнанных производственных нормативов для гибких труб. В нижеследующих стандартах и рекомендуемых практических руководствах API рассматриваются все аспекты конструкции и технологии гибких труб, от функциональных определений до установки. [4]

API 17B - Рекомендуемое практическое руководство по гибким трубам, является эквивалентом ISO 13628-11;

API 17J - по несвязанным гибким трубам, является эквивалентом ISO 13628-2;

API 17K - по связанным гибким трубам, является эквивалентом ISO 13628-10;

API 17L1 и L2 - по вспомогательным элементам сетей гибких трубопроводов;

Технический отчет API 17TR1, «Стандарт по проведению оценки полимеров кожуха для защиты от внутреннего давления у гибких труб при эксплуатации в условиях высоких температур» разработан для определения ключевых параметров 28 жаропрочных материалов обкладки, таких как ПВДФ, во избежание отказов в полевых условиях из-за недостаточного понимания свойств материала;

Технический отчет API 17TR2, «Старение полиамида PA11 в гибких трубах» разработан для обеспечения понимания процесса старения при гидролизе наиболее часто используемого материала обкладки гибких труб. Также предложен стандарт на условия приемки состаренного материала;

API RP 15S, Аттестация наматываемых армированных пластиковых трубопроводов.

В конце 1990-х годов документы API (API 17J, 17K и 17B) были переформатированы и выпущены как документы ISO (ISO 13628-2, -10 и -11), чтобы повысить доступность международных стандартов по гибким трубам.

Однако документы ISO не поддерживаются ни постоянно действующими комитетами, ни программами обеспечения качества. API RP 15S охватывает: (1) конструкцию изделия; (2) выбор сырья; (3) квалификационные требования и (4) требования по контролю качества, а также регламентирует масштабную программу испытания продукции, включая регрессивные испытания, циклические испытания, совместные испытания, испытания газом, испытания на изгиб и испытания на осевую нагрузку для используемых на суше FCP.

При проектировании сетей гибких трубопроводов требуются дополнительные стандарты для определения гидродинамических нагрузок, квалификации возможности эксплуатации в кислых средах, управления целостностью и т. д. Как правило, источниками данных являются следующие стандарты:

DNV

NORSOK

ASME

NACE

Ни один из традиционных стандартов по проектированию трубопроводных систем, включая API RP1111, DNV-OS-F101, ISO 13623 и BSI PD8010-1/2, не содержит конкретных указаний по сетям гибких трубопроводов на основе композиционных материалов. Нормативные документы, такие как ASME B31-4/8, не содержат требования к сетям армированных термопластичных труб, но ссылаются на API RP 15S, API Spec 17J (ISO 13628-2) или API Spec 17K (ISO 13628-10). В стандарте ASME B31-8 определено ограничение по рабочему давлению для армированных термореактивных трубопроводов, однако в толковательном разделе отмечается неприменимость данных в отношении армированных термопластичных труб.

Что касается сетей несвязанных гибких трубопроводов на основе композиционных материалов, при отраслевом применении часто используется API Spec 17J (или же в качестве альтернативы DNV-RP-F202 [16]). Однако в API Spec 17J не включено применение неметаллического армирования. В дополнение к API Spec 17J и 17K периодически делаются ссылки на более новые руководства API RP 17B (ISO 13628-11), однако они применимы только к подводным и морским условиям эксплуатации.

Руководство API RP 15S широко применяется для эксплуатируемых на суше FCP и содержит указания по определению свойств материалов, номинальных значений давления, коэффициентов безопасности, коэффициентов условий эксплуатации и минимальных требований к рабочим характеристикам. В руководство также включены инструкции по производству, испытаниям и контролю качества, стандартным методам установки. Для определения характеристик в API RP 15S используются проверенные методы испытаний 29 из ASTM (например, ASTM D1598 и D2992). Руководство API RP 15S применимо только для наземных условий эксплуатации.

Отдельные производители признают ограниченность действующих стандартов по композитным трубопроводам и применяют подход, описанный в DNV-RP-A203 в сочетании с DNV-OS-C501. При этом за информацией о нагрузках и/или специальных испытаниях можно обратиться к различным применимым стандартам ISO или API в квалификационной методике. Общество DNV GL организовало общий отраслевой проект по разработке нового рекомендуемого практического руководства под названием DNV GL RP-F119 «Термопластичные композитные трубы» для применения связанных FCP на шельфе.

В странах СНГ так же утвержден документ ГОСТ Р 59834-2021 «Промысловые трубопроводы. Трубы гибкие полимерные армированные и соединительные детали к ним. Общие технические условия», который активно используется при выборе и работе с гибкими трубопроводами.

3. Применение гибких труб в процессе освоения морских нефтегазовых месторождений

3.1 Применение гибких труб в колтюбинговой технологии

В настоящее время существует достаточное множество внутрискважинных операций, которое может быть выполнено посредством колтюбинговой установки. Практическое применение гибких труб постоянно усовершенствуется и дорабатывается, расширяется новыми технологиями и стремительно движется вперед. В нефтегазовой промышленности России имеет место развитие колтюбинговых технологий, однако, оно не такое прогрессивное как, например, в США или Канаде.

На сегодняшний день довольно хорошо изучены и опробованы около трех-четырех десятков технологий с применением гибких труб. В число этих технологий входят как достаточно простые, так и очень сложные технологические операции, например, бурение скважин. [2]

Диапазон колтюбинговых технологий включает в себя: освоение скважин, очистку скважин от АСПО и песчаных пробок, растепление гидратных пробок, установку цементных мостов, установку гравийных фильтров, различные ремонтно-изоляционные работы, кислотную обработку ПЗП, гидравлический разрыв пласта, ловильные работы, каротажные работы, визуальное обследование ствола скважин и, наконец, бурение боковых стволов и горизонтальных участков скважин, а также бурение новых стволов. Названные технологии являются лишь частью из полного списка возможных для выполнения их колтюбинговыми установками (см.рисунок 9).

В нашей стране зачастую применяются не очень сложные технологии, как правило, это различного рода промывки, водоизоляция, освоение, а приоритет по выполнению сложных технологий остается, всё-таки, за иностранными компаниями, работающими на территории нашей страны, но со временем увеличивается количество непростых технологических операций, выполняемых российскими специалистами.

Проведение тех или иных операций при помощи колтюбинга позволяет сэкономить не только время, но и получить большие технико-экономические показатели. В начале 2001 года экспертно-аналитическим отделом ОАО «Татнефть» был проведен анализ экономического эффекта от использования гибких труб. Он показал, что продолжительность ремонта скважин в этом случае сокращается в 3-4 раза по сравнению с традиционным подходом КРС, а время пребывания в ремонте в 5-7 раз.

Рисунок 9 Колтюбинговая установка

За время использования установок с колонной гибкой трубы были выявлены следующие преимущества:

- ускорение спускоподъемных операций;

- в нагнетательных скважинах исключается подъем колонны НКТ;

- при ОПЗ добывающих скважин по межтрубному пространству исключается подъем ПО;

- возможность проведения неограниченного количества ОПЗ за 1 СПО;

- проведение полного комплекса работ при ремонте горизонтальных скважин;

- возможность проведения работ КРС на депрессии;

- возможность проведения работ КРС без глушения;

- экологическая безопасность при проведении работ;

- высокая культура производства. [2]

3.2 Применение гибких труб в процессе укладки трубопроводов

Совершенствование метода укладки трубопроводов с барабана идет по пути использования гибких трубопроводов (см.рисунок 10).

Уже разработаны гибкие армированные трубы диаметром 380 мм и более. Такие трубопроводы уже применяются в различных регионах, но в основном для внутрипромысловых трубопроводов. Их главный недостаток высокая стоимость и ограничения по диаметру.

Рисунок 10 Судно для укладки гибкого трубопровода

При строительстве подводных трубопроводов, кроме судов-трубоукладчиков, используются и трубозаглубители - техника для рытья на морском дне траншей, засыпки трубопроводов, укладки защитных покрытий над трубопроводами, а также подводные аппараты или специальные комплексы для осмотра и контроля качества выполняемых подводных работ.

Заключение

Существующие стандарты для гибких труб устанавливают определенные требования к их конструкции и производству. На протяжении последних лет, существенные усовершенствования в конструкции гибких труб были внесены, чтобы сделать их более надежными и безопасными. Эти усовершенствования включают в себя улучшенные материалы и производственные технологии, что повышает надежность и долговечность гибких труб.

Разрабатываемые стандарты также направлены на совершенствование гибких труб. Они ориентированы на уменьшение затрат на производство и расширение области применения этих труб в различных отраслях, включая морскую добычу нефти и газа.

Использование гибких труб в процессе освоения морских нефтегазовых месторождений имеет большую важность. Они позволяют сократить затраты на транспортировку и улучшить безопасность процесса добычи. Кроме того, гибкие трубы способны противостоять внешним факторам, таким как океанские волны и течения, что делает их привлекательным выбором для транспортировки нефти и газа в морских условиях.

В перспективе, использование гибких труб в морской добыче нефти и газа будет продолжать расти. Они могут быть использованы в более широком спектре приложений, и с новыми технологиями производства и конструкции, гибкие трубы будут становиться еще более надежными и безопасными.

Таким образом, гибкие трубы играют важную роль в процессе добычи нефти и газа в морских условиях, и их использование имеет большую перспективу в будущем.

Список использованных источников

[1] - Гибкие трубы. Цян Бай, Юн Бай, Вэйдун Жуань. Издательство “Scrivener Publishing” 577 с. Массачусетс 01915, США 2017 г.

[2] - Применение технологии гибких нкт при проведении ремонтных работ на морских буровых установках. Рахматуллин Д.В., Шарипов Ф.М., 2020 г.

[3] - С. Берге и А. Олуфсен. Справочник по проектированию и эксплуатации гибких труб. SINTEF Report STF70, A92006, 1992 г

[4] - Ц. Бай, Й. Бай. Проектирование, анализ и установка подводных трубопроводов. Elsevier Science Ltd., 2014 г.

Размещено на Allbest.ru