способ эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения

Формула изобретения

Способ эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения, включающий монтаж установки катодной защиты и создание разности потенциалов между трубопроводами и анодными заземлителями, отличающийся тем, что установку катодной защиты монтируют на площадке пункта схождения трубопроводов, располагают точку дренажа на пункте схождения трубопроводов, анодные заземлители размещают по обе стороны от коридора трубопроводов, организуют электрическое соединение пункта схождения трубопроводов и самих трубопроводов, производят опытное включение катодной защиты, устанавливают величину защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны, защищаемые трубопроводы группируют по величине тока защиты, устанавливают для каждой группы трубопроводов определенный ток защиты, а расстояние от анодного заземлителя до защищаемых трубопроводов определяют расчетным путем в зависимости от величины тока защиты, стекающего с анодного заземлителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения.

Известен способ эксплуатации нефтепромыслового трубопровода, включающий обустройство трубопровода, подключение катодной защиты к трубопроводу и эксплуатацию трубопровода с катодной защитой по расчетным параметрам (Инструкция по совместной катодной защите обсадных колонн и выкидных линий скважин. РД 153-39.0-238-02, Бугульма, ТатНИПИнефть, 2002, 15 с.).

Известный способ не учитывает влияния пункта схождения трубопроводов на защитные свойства трубопроводов, приводит к значительному перерасходу электроэнергии при эксплуатации трубопровода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ эксплуатации трубопроводов для транспортировки нефти, жидких нефтепродуктов и газоконденсатов, заключающийся в том, что погружают в грунт анодный заземлитель, электрод сравнения и вспомогательный электрод, на защищаемом объекте, электроде сравнения и вспомогательном электроде замеряют величины потенциалов и создают на преобразующей подстанции формирователем защитных потенциалов необходимую разность потенциалов между защищаемым объектом и анодным заземлителем (Патент РФ №2065116, опублик. 1996.08.10 - прототип).

Известный способ не обеспечивает в достаточной степени антикоррозионную защиту трубопроводов.

В предложенном изобретении решается задача повышения степени антикоррозионной защиты трубопроводов.

Задача решается тем, что в способе эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения, включающем монтаж установки катодной защиты и создание разности потенциалов между трубопроводами и анодными заземлителями, согласно изобретению установку катодной защиты монтируют на площадке пункта схождения трубопроводов, располагают точку дренажа на пункте схождения трубопроводов, анодные заземлители размещают по обе стороны от коридора трубопроводов, организуют электрическое соединение пункта схождения трубопроводов и самих трубопроводов, производят опытное включение катодной защиты, устанавливают величину защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны, защищаемые трубопроводы группируют по величине тока защиты, устанавливают для каждой группы трубопроводов определенный ток защиты, а расстояние от анодного заземлителя до защищаемых трубопроводов определяют расчетным путем в зависимости от величины тока защиты, стекающего с анодного заземлителя.

Признаками изобретения являются:

1) монтаж установки катодной защиты;

2) создание разности потенциалов между трубопроводами и анодными заземлителями;

3) монтаж установки катодной защиты на площадке пункта схождения трубопроводов;

4) расположение точки дренажа на пункте схождения трубопроводов;

5) размещение анодных заземлителей по обе стороны от коридора трубопроводов;

6) организация электрического соединения пункта схождения трубопроводов и самих трубопроводов;

7) опытное включение катодной защиты;

8) установление величины защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны;

9) группирование защищаемых трубопроводов по величине тока защиты;

10) установление для каждой группы трубопроводов определенного тока защиты;

11) определение расстояния от анодного заземлителя до защищаемых трубопроводов расчетным путем в зависимости от величины тока защиты, стекающего с анодного заземлителя.

Признаки 1 и 2 являются общими с прототипом, признаки 3-11 являются существенными отличительными признаками изобретения

Сущность изобретения

При эксплуатации трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения для обеспечения надежной защиты трубопроводов монтируют диэлектрические вставки между трубопроводами и пунктами схождения трубопроводов типа куста скважин, групповой замерной установки, дожимной насосной станции и т.п. При этом разрывают электрическое соединение и исключают вихревые и прочие токи, приводящие к коррозии металла трубопроводов. Однако при этом нарушается соединение самих трубопроводов между собой, что приводит к недостаточно надежному катодному воздействию на трубопроводы и снижению эффективности катодной защиты. Преимущественное размещение анодных заземлителей с одной стороны от коридора трубопроводов создает искаженное защитное поле и снижает результативность катодной защиты. Расстояние от анодного заземлителя до защищаемых трубопроводов определяют по устаревшим формулам, не учитывающим специфику нефтяного месторождения. Все это приводит к снижению эффективности катодной защиты трубопроводов. В предложенном изобретении решается задача повышения эффективности катодной защиты трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления нефтяного месторождения. Задача решается следующим образом.

На площадке куста скважин, групповой замерной установки, дожимной насосной станции или какого-либо другого пункта схождения трубопроводов монтируют установку катодной защиты, состоящую из преобразователя тока, анодного заземлителя, соединительных (дренажных) кабельных линий и контактных устройств. По обе стороны от коридора трубопроводов размещают анодные заземлители. Производят опытное включение катодной защиты с расположением точки дренажа на пункте схождения трубопроводов. Устанавливают величину защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны. Расстояние от анодных заземлителей до защищаемых и смежных трубопроводов определяют расчетным путем в зависимости от величины тока защиты, стекаемого с анодных заземлителей. Защищаемые трубопроводы группируют по величине тока защиты. В зависимости от геометрических параметров (протяженности и диаметра) трубопровода и состояния наружного изоляционного покрытия для того или иного трубопровода необходима определенная сила тока защиты, при которой на противоположном от точки дренажа конце трубопровода произойдет смещение потенциала до -0,9 В. Например: на групповую замерную установку приходят восемь трубопроводов от скважин с одинаковыми диаметрами, но разными длинами. Во время опытного включения станции катодной защиты при помощи шунтирующего сопротивления и амперметра измеряют силу тока, необходимую для защиты каждого трубопровода. В результате измерений определяют, что для защиты двух трубопроводов необходима сила тока, равная 2 А, а остальных шести трубопроводов 3,5 А. Исходя из этого трубопроводы делят на две группы: группа 1 - с необходимой силой тока 2 А и группа 2 - с необходимой силой тока 3,5 А. Для регулировки токов по группам используют многоканальный блок диодно-резисторный, в котором один входной канал соединен с минусовой клеммой станции катодной защиты, и несколько выходных каналов, на которых при помощи переменных сопротивлений происходит регулирование силы тока по каждому из них. В данном случае группу 1 подключают к одному выходному каналу, а группу 2 к другому каналу и при помощи переменных сопротивлений, установленных на каждом выходном канале, выставляют ток на канале первой группы 2 А, а на канале второй группы 3,5 А. Данное подключение групп трубопроводов к разным каналам блока диодно-резисторного позволяет рационально использовать выходную мощность станции катодной защиты.

Со стороны пункта схождения трубопроводов на строящихся трубопроводах изолирующие вставки для электрического разобщения не устанавливают. При наличии изолирующих вставок на действующих трубопроводах изолирующие вставки перемыкают потенциало-уравновешивающими перемычками. При выводе трубопровода в ремонт их демонтируют и используют по назначению на других объектах. Распределение тока защиты по группам трубопроводов одного пункта схождения трубопроводов производят при выполнении опытного включения станции катодной защиты. После подключения опытной станции катодной защиты при помощи шунтирующего сопротивления и амперметра измеряют силу тока защиты каждого трубопровода. Далее трубопроводы группируют по необходимой силе тока защиты в группы и подключают эти группы к отдельным каналам диодно-резисторного блока, в котором осуществляется распределение силы тока защиты.

Применение данной технологии исключает необходимость установки на трубопроводах изолирующих вставок и позволяет избежать остановки скважин, опорожнения трубопроводов и принятия специальных мер безопасности при электрохимзащите действующих трубопроводов.

Пример конкретного выполнения

Производят эксплуатацию трубопроводов системы нефтесбора и поддержания пластового давления на групповой замерной насосной установке ГЗНУ-14 цеха добычи нефти и газа ЦДНГ-4 нефтегазодобывающего управления НГДУ «Альметьевнефть» Ромашкинского нефтяного месторождения. Установку катодной защиты монтируют на площадке ГЗНУ-14. Располагают точку дренажа на пункте схождения трубопроводов. Точка дренажа представляет собой место подключения катодного кабеля от станции катодной защиты к сходящимся трубопроводам. Анодные заземлители размещают по обе стороны от коридора трубопроводов. Организуют электрическое соединение пункта схождения трубопроводов и самих трубопроводов за счет простановки потенциалоуравновешивающих перемычек в обход изолирующих вставок. Производят опытное включение катодной защиты, устанавливают величину защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны. Защищаемые трубопроводы группируют по величине тока защиты. Устанавливают для каждой группы трубопроводов определенный ток защиты. Расстояние от анодного заземлителя до защищаемых трубопроводов определяют расчетным путем в зависимости от величины тока защиты, стекающего с анодного заземлителя.

В таблице 1 приведены технические характеристики трубопроводов, работающих на ГЗНУ-14.

Для определения параметров средств катодной защиты от грунтовой коррозии выбранного объекта производят опытное включение катодной защиты с расположением точки дренажа на площадке ГЗНУ-14 и размещением анодов по обе стороны от коридора трубопроводов. После монтажа опытной установки электрохимзащиты устанавливают величину защитного тока, обеспечивающего необходимую длину защищаемой зоны. Результаты включения опытной станции катодной защиты ОСКЗ приведены в таблице 2.

По результатам ОСКЗ и исходных данных расчетным путем определяются тип станции катодной защиты (СКЗ), количество и схема размещения анодных заземлителей.

Методика расчета

Для расчета выбрано необходимое количество характеристик для осуществления монтажа катодной защиты трубопроводов. Результатом расчета являются параметры станции катодной защиты и анодного заземлителя для эффективной защиты промысловых трубопроводов, работающих на ГЗНУ-14.

Продольное сопротивление трубопровода определяют по формуле

где _т - удельное электрическое сопротивление материала трубопровода, Ом·мм;

D_т - диаметр трубопровода, мм;

_т - толщина стенки трубопровода, мм.

Переходное сопротивление трубопровода определяют расчетным путем

R_п=R_пн е^{- t}, Ом·м,

где R_пн - начальное переходное сопротивление трубопровода после завершения процесса влагонасыщения покрытия, Ом·м;

- коэффициент (принимается равным 0,125), характеризующий скорость изменения сопротивления во времени, 1/год.

для битумной изоляции принимается 3000 Ом·м ², для трубопроводов с полимерным покрытием 5000 Ом·м ². Определение производится по формуле

где D_т - диаметр трубопровода, мм.

Расстояние (У, м) между трубопроводом и анодным заземлением определяют из выражения

где U_с-з - наложенный потенциал, В;

I_кс - ток катодной станции, А.

R_вх определяется расчетным путем по формуле

Напряжение на выходе катодной станции определяют по формуле

U_кс=I_кс (R_вх+R_пр+R _аз),

где R_аз - сопротивление растеканию тока электрода анодного заземления, установленного вертикально в грунт, определяется по формуле

где l_э - длина электрода, м;

d_э - диаметр электрода, м;

H_э - расстояние от уровня земли до середины электрода (глубина установки), м.

R_пр - сопротивление дренажных проводов или кабелей, соединяющих катодную станцию с трубопроводом и анодным заземлением определяется выражением

где l - общая длина дренажных проводов или кабелей, м;

S - сечение дренажных проводов или кабелей, мм;

_пр - удельное сопротивление проводника, Ом·мм²/м:

-меди - 0,0175;

-стали - 0,018;

-алюминия - 0,028.

Мощность на выходе катодной станции определяют из выражения

Расчет суммарной массы электродов по сроку службы, который должен быть не меньше срока службы всей системы, определяется по формуле

M=1,3·I·g·T_p , кг,

где Т_р - расчетный срок службы заземлителя, год;

g - скорость анодного растворения материала электродов, кг/А·год.

Расчет количества электродов в анодном заземлителе выполняют по формуле

Данные для расчета параметров катодной защиты трубопроводов ГЗНУ-14 приведены в таблице 3.

Данные по расчету катодной защиты приведены в таблице 4.

В результате расчетов выбирают станцию катодной защиты - В-ОПЕ-М1 с рабочими характеристиками:

- номинальное выходное напряжение 96 В;

- номинальный выходной ток 42 А;

- выходная мощность 4,0 кВт.

Для распределения токов по трубопроводам используют блок диодно-резисторный БДР-10-4К (четырехканальный, с силой тока выходного канала 10 А). Распределяем трубопроводы на четыре канала БДР следующим образом:

1 группа - 3, 4, 5, 6, 9, и 10-й трубопроводы с выходным током канала 6,5 А;

2 группа - 7 и 8-й трубопроводы с выходным током 6,5 А;

3 группа - 1-й трубопровод с выходным током 6,0 А;

4 группа - 2-й трубопровод с выходным током 5,5 А.

Из расчета расстояние от трубопроводов до анодного заземления составляет 177 м.

Следовательно, для обеспечения защищенности трубопроводов по всей их протяженности количество электродов анодного заземлителя, полученное при расчете, делится на два заземления, которые устанавливаются по обе стороны от коридора трубопроводов, подведенных к ГЗНУ-14 на удаление, равное расчетному расстоянию.

Применение предложенного способа позволит повысить степень антикоррозионной защиты трубопроводов.

Таблица 1 Технические характеристики трубопроводов, работающих на ГЗНУ-14
№ п.п.	Наименование трубопровода		Длина, м	Диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Тип изоляции трубопровода	Глубина залегания, м	Удельное сопротивление грунтов, Ом·м	Возраст трубопровода, год
	Начальная точка	Конечная точка
1	скв. 5976	скв. 27303	15	114	4,5	БНИ		28,3	39
	скв. 27303	ГЗНУ-14	375	114	4,5	БНИ			39
			1515	114	4,5	БНИ			30
2	скв. 5977	ГЗНУ-14	1410	114	4,5	БНИ			39
			100	114	4,5	ЭПБ			6
3	скв. 13411	ГЗНУ-14	586	114	4,5	ЭПК		31,9	6
4	скв. 5978	ГЗНУ-14	1052	114	4,5	ЭПК		32,5	5
5	скв. 8004	скв. 13536	700	114	4,5	ЭПБ		22,4	9
	скв. 13536	ГЗНУ-14	1500	114	4,5	ЭПБ	1,2		11
6	скв. 32881	скв. 32883	22	114	4,5	ЭПК		15,6	6
	скв. 32884	скв. 32883	31	114	4,5	ЭПК			6
	скв. 32883	ГЗНУ-14	687	114	4,5	ЭПК			6
7	скв. 8033	ГЗНУ-14	1153	114	4,5	БНИ		27,2	39
8	скв. 13539	ГЗНУ-14	755	114	4,5	БНИ			39
9	скв. 8031	ГЗНУ-14	1016	114	4,5	ЭПК			4
10	скв. 13427Д	скв. 21701	7	114	4,5	ЭПБ		32,6	6
	скв. 21698	скв. 21701	7	114	4,5	ЭПБ			6
	скв. 21701	ГЗНУ-14	1447	114	4,5	ЭПБ			6
Усредненные значения
Все защищаемые трубопроводы			12	114	4,5		1,2	27,2	17
			378
Здесь: БНИ - битумная наружная изоляция; ЭПБ - экструдированный полиэтилен на битумной мастике; ЭПК - экструдированный полиэтилен на основе клея-расплава

Таблица 2
Исходные данные, полученные в результате включения ОСКЗ
№ п.п.	Наименование трубопровода		Удельное сопротивление грунтов, Ом·м	Данные ОСКЗ
	Начальная точка	Конечная точка		Сила тока, А	Напряжение, В	Естественный потенциал, В	Смещение потенциала, В
1	скв. 5976	скв. 27303	28,3	6,0		-0,40	-1,05
	скв. 27303	ГЗНУ-14				-0,58	-1,17
						-0,59	-1,25
2	скв. 5977	ГЗНУ-14		5,5		-0,56	-0,92
						-0,64	-0,96
3	скв. 13411	ГЗНУ-14	31,9	1,0		-0,60	-1,44
4	скв. 5978	ГЗНУ-14	32,5	1,0		-0,65	-1,16
5	скв. 8004	скв. 13536	22,4	1,5		-0,52	-1,78
	скв. 13536	ГЗНУ-14				-0,63	-1,93
6	скв. 32881	скв. 32883	15,6	1,0	13,5	-0,67	-1,32
	скв. 32884	скв. 32883				-0,69	-1,35
	скв. 32883	ГЗНУ-14				-0,68	-1,33
7	скв. 8033	ГЗНУ-14	27,2	3,5		-0,54	-1,47
8	скв. 13539	ГЗНУ-14		3,0		-0,53	-1,37
9	скв. 8031	ГЗНУ-14		1,0		-0,62	-1,50
10	скв. 13427Д	скв. 21701	32,6	1,0		-0,65	-1,48
	скв. 21698	скв. 21701				-0,64	-1,46
	скв. 21701	ГЗНУ-14				-0,67	-1,50
Усредненные значения
1	Все защищаемые участки		27,2	24,5	13,5	-0,60	-1,36

Таблица 3 Данные, полученные в результате ОСКЗ
№ п.п.		Параметр		Обозначение		Ед. изм.		Значение
1		Сила тока ОСКЗ		I оскз		А		24,50
2		Напряжение ОСКЗ		U оскз		В		13,50
3		Стационарный потенциал сооружения в точке измерения		Uc		В		-0,60
4		Наложенный потенциал "сооружение-земля" в точке измерения		Uc-з		В		-0,75
Исходные данные:
№ п.п.	Параметр			Обозначение	Ед. изм.		Значение
1	Длина трубопровода			Lт	м		12378,0
2	Диаметр трубопровода			Dт	м		114,0
3	Толщина стенки трубопровода			т	м		4,5
4	Глубина залегания трубопровода			hт	м		1,2
5	Удельное сопротивление трубной стали			ст	Ом/м		0,2450
6	Сопротивление изоляции трубопровода нормировочное			Rи	Ом·м		3 000,0
7	Среднее удельное сопротивление грунтов			г	Ом·м		27,2
8	Длина дренажных кабелей			Lпр	м		410,0
9	Сечение дренажного кабеля			Sпр	м2		0,000016
10	Удельное сопротивление меди			м	Ом·м		0,000000017
11	Заглубление заземлителя			tаз	м		3,0
12	Длина рабочей части электрода заземлителя		Lаз		м		1,5
13	Диаметр электрода АЗ		Dаз		м		0,05
14	Расчетный срок службы АЗ		Тр		год		33,0
15	Скорость анодного растворения		g		кг/А·год		0,50
16	Возраст трубопровода		t		год		16,78
17	Коэффициент скорости изменения сопротивления изоляции трубопровода				1/год		0,125
18	Масса одного электрода ГАЗ-М		m э		кг		33,0

Таблица 4. Расчет катодной защиты
№ п.п.	Параметр	Обозначение	Ед. изм.	Значение
1	Продольное сопротивление трубопровода	Rт	Ом/м	0,000158
2	Переходное сопротивление трубопровода	Rп	Ом·м	1,03
3	Удаление анодного заземлителя от трубопровода	У	м	177
4	Входное сопротивление трубопровода	R вх	Ом	0,006380
5	Уточненный ток катодной станции с учетом коэффициента удаления АЗ	Iкс	А	30
6	Сопротивление цепи СКЗ	Rкс	Ом	1,72
7	Напряжение на выходе катодной станции	Uкс	В	52
8	Сопротивление растеканию анодного заземлителя	R аз	Ом	1,273
9	Сопротивление дренажных кабелей	Rпр	Ом	0,4356
10	Мощность на выходе СКЗ	W	Вт	1568
11	Суммарная масса электродов АЗ	М	кг	648,50
12	Количество электродов АЗ	nэ		20