Зависимость взаимодействия элементов изучаемой системы. Этап 3. Конструктивные параметры

 

Конструктивные параметры технологических решений при обустройстве газового промысла, безусловно, имеют влияние на условия образование гидратов в промысловом газопроводе.

Система обустройства газового промысла может быть охарактеризована через основные параметры системы: давление газосборных трубопроводов, температура, компонентный состав газа, дебитом скважин. Влияние этих параметров определяет зависимости определяющие изменение параметров газа при его транспортировке на протяжении всей разработки месторождения.

При обустройстве газового промысла их эксплуатация осложняется исключительно наличием условий гидратообразования [13,14]. Образование гидратов напрямую зависит от режима эксплуатации скважин, поэтому режим эксплуатации скважин является неким рычагом воздействия на условия гидратообразования на протяжении всей протяженности промысловых газопроводов, регулируя режимы эксплуатации скважин можно изменять параметры газового потока поступающего в шлейф промыслового газопровода.

Конструктивные параметры системы обустройства газового промысла также способны в некоторых случаях обеспечить безгидратный режим эксплуатации промыслового газопровода, но в районах Крайнего Севера некоторые конструктивные решения способны лишь отодвинуть точку возникновения благоприятных условий для гидратообразования. Такие конструктивные решения называются методами предупреждения гидратообразования без использования антигидратных реагентов.

Основными направлениями методов предупреждения гидратообразования без использования антигидратных реагентов являются:

- поддержание термобарических режимов эксплуатации для обеспечения безгидратных условий;

- использование методов, направленных на предупреждение отложения гидратов, с возможным их образованием.

Конструктивные решения, связанные с методами предупреждения гидратообразования без применения антигидратных реагентов, могут быть подразделены на пассивные и активные методы. Основным пассивным методом может быть выделено применение теплоизоляционного покрытия, когда к активным методам может быть отнесено применение подогрева газа.

Применение теплоизоляции промысловых газопроводов на примере Ямбургского месторождения оказалось эффективным техническим решением, даже с учетом того, что это не позволило обеспечить безгидратный режим эксплуатации промыслового газопровода, но удалось уменьшить расход метанола.

В системах промыслового газосбора как уже ранее отмечалось происходит охлаждение газа на протяжении всей длины газового коллектора, что может быть обусловлено возникновением процесса гидратообразования не только на северных, но и на южных месторождениях. В данном случае следует уделить внимание температуре газа. В данном случае температура газа может зависеть не только от влияния температуры окружающего воздуха, но и от общей длины общего коллектора или шлейфов, способа их прокладки и теплоизоляции.

Основными конструктивными решениями, выступающими в роли регуляторов термобарических режимов, как уже было ранее отмечено, являются теплоизоляция трубопровода и его подогрев. При применении теплоизоляции возможно достигнуть существенной экономии ингибитора. При рассмотрении методов подогрева трубопровода можно выделить попутный электроподогрев, который является существенным преимуществом для поддержания заданного термобарического режима эксплуатации газового промысла. С точки зрения экономической части электроподогрев трубопроводов в Крайнем Севере почти не практикуется.

Рассмотрим теплоизоляцию, как конструктивный параметр воздействия на возникновение процесса гидратообразования. В первую очередь, необходимо понять какими свойствами обладает теплоизоляционное покрытие, какие оно имеет недостатки и преимущества.

Примером применения теплоизоляционного покрытия для труб может выступать одна из популярных компаний, производящих теплоизоляцию для трубопроводов из экструзионного пенополистирола, технические характеристики данного теплоизоляционного покрытия представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Технические характеристики теплоизоляционного покрытия на основе экструзионного пенополистирола

Наименование параметра	Значение для различных марок теплоизоляционного покрытия
	35		45
Средняя плотность, кг/м3	От 33 до 38		Св. 38 до 45
Прочность на сжатие при 10% деформации, МПа, не менее	0,25		0,5
Водопоглощение за 24 часа, % по объему, не более	0,2		0,2
Теплопроводность при (25+5) °С, Вт/(м⋅°С), не более	0,028		0,03
Коэффициент паропроницаемости, мг/(м⋅ч⋅Па)	0,018		0,015
Температура применения, °С	от -60 до 75
Группа горючести	Г1	Г4
Группа воспламеняемости	В2	В3
Группа дымообразующей способности	Д3	Д3
Группа распространения пламени	РП1	РП4

 

Основным интересующим параметром теплоизоляционного покрытия трубопровода является его теплопроводность, равная 0,028 Вт/(м⋅°С). В сравнение можно сказать то, что теплопроводность стали приблизительно равна 47 Вт/(м⋅°С), что в ~1678 раз больше.

Таким образом, по формуле определения теплопередачи возможно определение разницы влияния температуры грунта на температуру газа с теплоизоляцией и без неё.

При всех прочих равных условиях применение теплоизоляционного покрытия толщиной в 100 мм определяет коэффициент теплопередачи, имеющий значение в ~168 раз меньше при условии не применения теплоизоляционного покрытия на подземном промысловом газопроводе.

Также стоит отметить то, что в совокупности применение подземного способа прокладки и теплоизоляционного покрытия трубопровода обуславливают более стабильные термобарические параметры газа.

На газовых скважинах в устьевой фонтанной арматуре частым явлением является применение штуцеров.

Работу газовых скважин возможно регулировать противодавлением на забой скважины путём поддержания требуемого давления на устье скважины, что обусловлено применением штуцера. Штуцера подразделяются на две основные конструкции: регулируемые и нерегулируемые.

Применение штуцеров на устьевой фонтанной арматуре также может быть обусловлено экономическим фактором, при снижении давления после штуцера на выкидной линии давление газового потока уменьшается в зависимости от настройки штуцера и позволяет проектировать газосборные сети на меньшее расчётное давление.

На рисунке 2.7 представлен регулируемый устьевой штуцер.

Рисунок 2.7. Устьевой регулируемый штуцер

1 - корпус насадки; 2 - шпиндель; 3 - втулка; 4 - сменная насадка

 

Данное конструктивное решение способно обеспечить контролируемый режим эксплуатации скважины и газосборных сетей.

Стоит отметить то, что наиболее часто гидраты выпадают в проходных сечениях штуцеров и выкидных линиях, расположенных за штуцерами, что вызвано резким понижением температуры в связи с редуцированием газа. Не смотря на это, существует метод борьбы с образованием гидратов многоступенчатым изменением давления при помощи штуцеров. Данный способ применим для высокодебитных скважин, эксплуатирующийся при высоких давлениях, где возникает процесс гидратообразования в связи с редуцированием газа в штуцерах. В данных условиях при близком расположении штуцеров этот метод не имеет никакой эффективности, так как суммарное понижение температуры в этом случае незначительно отличается от понижения температуры при установке одного штуцера. Данный метод считается эффективным при условии, если штуцеры расположены на значительном расстоянии один от другого, и в районах, где температура внешней среды значительно превышает температуру редуцирования. Условие температуры внешней среды превышающей значение температуры редуцирование вызывает повышение температуры газа, проходящего через штуцер, и предотвращает образование гидратов при редуцировании в последующих штуцерах. [34]

В условиях Крайнего Севера данный метод неприменим ввиду низких температур, что обусловлено невыполнением условия предотвращения образования гидратов, именно поэтому перед участком устьевого штуцера применяют ввод метанола.

Метод многоступенчатого изменения давления при помощи штуцеров применяют также в варианте, где на участках между штуцерами устанавливается влагоотбойник, и влага, которая была выделена из газа при прохождении через первый штуцер, оседает во влагоотбойнике. Таким образом, возможность возникновения гидратообразования снижается при прохождении газового потока через последующие штуцера, в некоторых случаях возникновение гидратообразования может быть и вовсе устранено.