Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Особенности использования полиэтиленовых армированных труб в сложных геологических условиях

Неметаллические трубы давно и успешно применяются в нефтяной промышленности для строительства трубопроводов различного назначения. К их преимуществам относятся коррозийная устойчивость, небольшой вес, незначительные гидравлические сопротивления, высокая пропускная способность, отсутствие осадков на стенках и гидроударов. Неметаллические трубы обладают хорошей гибкостью и упругостью, что в значительной степени упрощает их монтаж. Также они отличаются высокой механической прочностью и обладают значительно большей долговечностью, чем стальные трубы.

Неэлектропроводность неметаллических труб исключает воздействие на них блуждающих токов.

К недостаткам следует отнести высокий коэффициент линейного термического расширения и, как следствие, необходимость установки компенсаторов и змееобразной укладки трубопроводов большой протяженности. Помимо этого, небольшое термическое сопротивление неметаллических труб ограничивает их применение в незначительных температурных пределах. Вместе с тем, как показывают опыт и практика, наибольшее число отказов на неметаллических трубопроводах происходит по причине строительного брака или в результате ошибок при проектировании, основные из которых рассматриваются в настоящей статье.

22.11.2017 Инженерная практика №10/2017
Сальников Алексей Федорович Заведующий научно-исследовательской лабораторией «Виброакустический контроль и техническая диагностика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), д.т.н., профессор

Неметаллические трубопроводы уже много лет применяются на объектах добычи и транспортировки нефти. Так, в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» первые металлопластовые (МПТ) и полимерно-армированные трубы (ПАТ) были смонтированы еще в 1996 году и в настоящее время все они находятся в технически исправном состоянии. На сегодняшний день в компании эксплуатируется в общей сложности 236,7 км трубопроводов из МПТ и ПАТ, в том числе 83,2 км выкидных линий с условным диаметром 95 мм (Ду95), 48,5 км нефтесборных трубопроводов Ду140, 97,8 км труб Ду200 и 7,2 км трубопроводов Ду275 (рис. 1).

Рис. 1. Эксплуатация неметаллических трубопроводов в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
Рис. 1. Эксплуатация неметаллических трубопроводов в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»

Также в 1994 году на Павловском месторождении были смонтированы первые опытные участки трубопроводов из стеклопластика (ТСК). До настоящего времени эти трубы работают в режиме непрерывной эксплуатации.

В 2005 году также был построен опытный трубопровод из полиэтиленовых труб, армированных синтетическими нитями (ТГ 110-В) производства ООО «Технология композитов».

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

К очевидным преимуществам использования неметаллических труб, обусловленным природой полимерных материалов, в первую очередь можно отнести их стойкость к внутренней коррозии. За счет этого при эксплуатации трубопроводов толщина стенок не изменяется. Также неметаллические трубы не подвержены внешней коррозии, что исключает возможность образования локальных коррозионных язв, свищей и локальных утонений стенки трубы.

Из недостатков неметаллических трубопроводов следует выделить детерминированное изменение свойств материалов. С течением времени при воздействии факторов внешней среды, таких как температура, влажность, УФ-излучение и другие, механические свойства полимеров снижаются. Также возможно случайное изменение свойств, например, в результате локальных повреждений, которые приводят к образованию расслоений и трещин. Повреждения могут быть связаны с технологическими дефектами сварки, склейки, полимеризации, ударами и изгибами при монтаже и транспортировке, различными внешними воздействиями при эксплуатации (вибрация, циклическая нагрузка, подвижки грунта, гидроудары). В процессе эксплуатации трубопровода повреждения накапливаются, увеличивается площадь, глубина и длина расслоений и трещин.

Остаточный ресурс неметаллических трубопроводов можно определить по двум факторам: по степени снижения физико-механических свойств полимера (старения) трубы и по наличию и характеру локальных повреждений трубопровода. Оба этих фактора меняют амплитудно-частотные характеристики труб как в целом, так и на отдельно взятом участке.

Рис. 2. Причины отказов неметаллических трубопроводов на объектах добычи и транспортировки нефти и газа ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» в 2016 г.
Рис. 2. Причины отказов неметаллических трубопроводов на объектах добычи и транспортировки нефти и газа ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» в 2016 г.

ОТКАЗЫ НА ТРУБОПРОВОДАХ ПО ПРИЧИНЕ СТРОИТЕЛЬНОГО БРАКА

Отдельно остановимся на возможных причинах отказов на неметаллических трубопроводах. Рассмотрим в качестве примера статистику отказов ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»: по итогам 2016 года в компании было зафиксировано 72 отказа (рис. 2), из которых 35% произошли по причине нарушения технологии эксплуатации, 61% – в результате строительного брака или ошибки при проектировании. Доля отказов по причине производственного брака составила всего 4%.

Основная разновидность строительного брака при укладке неметаллических труб – это нарушение технологии сварных соединений труб при монтаже трубопровода, связанное с невыполнением условий по диапазону температур наружного воздуха при проведении сварных работ, а также высокой влажностью в зоне выполнения сварных работ.

В ходе лабораторных исследований мы установили, что стальной каркас в зоне законцовки при низких температурах обладает большей подвижностью, чем полиэтиленовая матрица. В результате даже после двухминутного нагрева сварного соединения стальной каркас начинает двигаться в сторону сварного соединения (поскольку теплопередача у стали значительно выше, чем у полиэтилена), а после сжатия и остывания – в обратном направлении. Вследствие этого с торцов появляются микротрещины, которые развиваются в условиях колебательного режима перекачки. При использовании, к примеру, поршневого насоса на выкидной линии колебание давления может втрое превышать значение рабочего давления, а при использовании центробежных насосов – на 10-12%. При таких колебаниях образовавшиеся в зоне сварки микротрещины разрастаются, что приводит к образованию так называемой сплошной зоны разрушений и в конечном счете – к разрушению сварного шва.

В случае, когда сварочные работы выполняются в условиях высокой влажности, при нагреве формируется условно паровая зона, что приводит к появлению зеркальности на поверхности полиэтилена. Несмотря на дефект, сварной шов все еще пригоден для эксплуатации, но требует регулярного (раз в год) контроля. В случае выявления изменений необходимо произвести замену сварного шва.

Следующая разновидность строительного брака – это несоблюдение технологии устройства основания для укладки трубы (подсыпка и засыпка). Дело в том, что полиэтиленовая труба обладает достаточно высокой подвижностью, и если в зоне расположения тела трубопровода находятся какие-либо твердые фрагменты, то при движении возникает трение, которое приводит к разрушению наружного герметизирующего слоя. Далее, поскольку в траншее находится вода, начинает развиваться коррозия стального каркаса и сварных соединений, и всего через один-два года сварной шов разрушается.

И последняя разновидность строительного брака – это нарушение технологии укладки трубы в траншею, в результате которого возникают критические радиусы изгиба трубы, особенно в зоне сварного соединения.

Рис. 3. Примеры отказов на неметаллических трубопроводах
Рис. 3. Примеры отказов на неметаллических трубопроводах

ОТКАЗЫ НА ТРУБОПРОВОДАХ, СВЯЗАННЫЕ С ОШИБКАМИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Одна из наиболее распространенных ошибок при проектировании – это несоблюдение условий устройства элементов запорной арматуры. Данные элементы, например, задвижки, устанавливаются на поверхности, на бетонном блоке, который при определенных временных, сезонных воздействиях (замерзание, отмерзание грунта) начинает двигаться, что приводит к разъединению секций трубопровода.

Следующая ошибка – прокладка трубопровода в зонах повышенной глубины промерзания. В этом случае во избежание защемления трубы необходимо предусмотреть установку компенсаторов или элементов пригруза (в болотистой местности).

И еще одна ошибка, которая также может привести к отказу неметаллического трубопровода – это температурные и механические деформации. Для их профилактики на трубопроводе по прямолинейным участкам прокладки необходимо предусмотреть установку компенсаторов деформации.

На рис. 3 показаны примеры отказов неметаллических трубопроводов, связанных с механическим и температурным разрушением секций, выходом трубы на поверхность, сваркой стыков в зимнее время года и защемлением отвода, а также варианты усиления сварного соединения с помощью электромуфты и стальных элементов.

УСТРАНЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОСПРИЯТИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Мероприятия, направленные на устранение негативного восприятия эксплуатационной надежности неметаллических трубопроводов делятся на организационные, технические и внедренческие. Организационные мероприятия включают создание рабочей группы из квалифицированных специалистов, владеющих всей необходимой технологической информацией, которые будут разрабатывать техническую и прочую документацию по применению, диагностике и определению остаточного ресурса трубопроводов.

К техническим мероприятиям относится создание единого сертификационного центра неметаллических трубопроводов и разработка документации, к внедренческим – создание алгоритмов обратной связи между изготовителями, проектными, строительными и эксплуатирующими организациями, а также создание единого центра учета эксплуатируемых трубопроводов (на первом этапе – по добывающим компаниям).

Выполнение этих мероприятий позволит добиться положительной динамики эксплуатационных характеристик неметаллических трубопроводов и выполнять фактическую оценку их работоспособности и остаточного ресурса.

Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Мобильная трубопроводная система на основе полиуретановых плоскосворачиваемых рукавов: теория и практика
Антикоррозионные однослойные силикатно-эмалевые покрытия для защиты стальных трубопроводов
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №10/2017

Инженерная практика

Выпуск №10/2017

Промысловый трубопроводный транспорт
Актуализация нормативно-технической базы трубопроводного транспортаРезультаты испытаний новых марок сталей, защитных покрытий и химреагентовТрубопроводный транспорт высоковязкой нефтиОценка способов защиты стыков сварных соединенийДиагностика и эксплуатация неметаллических трубопроводных системОсобенности углекислотной коррозии и антикоррозионной защиты газопроводов
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Разработка месторождений
ОРЭ — 2017
Производственно-технический семинар-совещание

ОРЭ '2017. Практика применения технологий ОРД и ОРЗ, проектирования и интеллектуализации разработки многопластовых месторождений

Мероприятие перенесено на 16-18 апреля 2018 г., г. Москва
Обсуждение в кругу руководителей и специалистов в области разработки месторождении и эксплуатации механизированного фонда скважин результатов новых ОПИ и эксплуатации скважинных компоновок для ОРЭ, геофизического оборудования для раздельного учета и методик мониторинга параметров добычи, систем управления для ОРЭ и перспектив развития данного направления.
Общая информация Планируется
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — февраль 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

12 – 16 февраля 2018 г, г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.