Создание и использование пластмассовых трубопроводов в нефтегазовой отрасли России

Существует ряд способов, позволяющих уменьшить величину грата, предотвратить его появление или полностью удалить. При этом существующие методы ликвидации внутреннего грата реализуют либо на стадии подготовки свариваемых торцов, либо после сварки.

Проведенными исследованиями установлено, что ликвидация грата путем ограничения вытеснения из зоны стыка расплава полимера приводит к снижению прочности сварного соединения и появлению в нем дефектов. При этом экранирующая сварной шов прокладка препятствует протеканию необходимых реологических процессов, вследствие чего из зоны контакта не удаляются все ингредиенты, препятствующие взаимодействию макромолекул соединяемых поверхностей. Таким образом, на стадиях подготовки кромок труб и в процессе сварки полностью ликвидировать грат без нанесения ущерба качеству сварного шва не предоставляется возможным, а наиболее эффективным методом ликвидации грата является снятие его механическим способом вровень с основным материалом труб либо в вязкотекущем состоянии, либо при завершении процесса сварки стыка. При этом удаление грата не оказывает влияния на прочность сварных соединений полиэтиленовых труб.

В качестве мероприятия по уменьшению грата в данной работе разработан способ ограничения высоты внутреннего грата, основанный на вводе во внутреннюю поверхность сварного стыка цилиндра с зазором 1,0-1,5 мм меньше внутреннего диаметра трубы, соединенного со штангой-центратором, на который установлен регулируемый упор и который после охлаждения расплава извлекается из трубы. В этом случае учет влияния остатка грата в гидравлическом расчете сводится к определению сопротивления в трубопроводах со значительной по величине эквивалентной шероховатостью.

Решение энергетических проблем экономики нашей страны, основанное на использовании нефти и газа, особое требование предъявляет к обустройству месторождений углеводородного сырья трубопроводными системами. В этих условиях актуальным является расчет гидродинамических параметров транспортируемых нефтегазовых смесей по трубопроводам, изготовленным из пластмассовых материалов.

Первые исследования по данному вопросу относятся к 50-м гг. XX столетия. После накопления определенного экспериментального материала к концу 60-х и началу 70-х гг. прошлого столетия в научных коллективах четко сформировалось утверждение, что движение нефти, газа и воды в трубопроводе необходимо рассматривать как многофазное течение многокомпонентной системы. На основе теоретических исследований была разработана система общих дифференциальных уравнений, описывающих движение и энергетическое состояние многофазных потоков. Поскольку движение многокомпонентной системы детерминировано многими параметрами, анализ течения таких систем довольно сложен, поэтому для замыкания уравнений гидродинамики при решении конкретных технических задач нашли применение полуэмпирические зависимости, устанавливающие связь между параметрами движения многофазных систем и основными критериями, характеризующими это движение.

Экспериментальному изучению движения газоводонефтяных смесей в трубах посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых, проведенные за период с 1957 по 1975 гг.

В 1964-1965 гг. Н.Н. Репиным совместно с К.В. Виноградовым было рассмотрено движение системы «нефть-газ-вода» в вертикальных трубах. Было установлено, что перепад давления в таких трубах распределяется в основном на преодоление веса столба смеси и потерь на трение. Сделан вывод о том, что основная доля потерь напора связана с относительным движением фаз смеси. Поскольку движение многофазной системы в вертикальных трубах несколько отлично от движения в горизонтальных трубопроводах, активно изучалось движение многокомпонентной системы в горизонтальных и наклонных трубопроводах.

В ранних работах Д.П. Собочинского и П.Л. Хантингтона, проведенных в 1957-1958 гг., впервые исследовано движение трехкомпонентной многофазной системы в горизонтальной пластмассовой трубе. В качестве модельной многофазной системы была принята смесь газойля, воды и воздуха. Изучались структурные формы движения многофазной системы, изменение потерь давления в трубопроводе в зависимости от параметров перекачиваемой системы, и результаты сравнивались с данными, полученными при движении по тому же трубопроводу смесей воздуха и воды, воздуха и газойля. Эти же авторы предлагают методику расчета для течения смеси в горизонтальном трубопроводе. Как показали дальнейшие исследования 60-70-х гг. ХХ в., авторы недостаточно полно изучили структурные формы движения многофазных систем. Кроме того, для подсчета вязкости жидкой фазы эти авторы рекомендуют пользоваться правилом аддитивности, что не применимо при определении вязкости эмульсий.

В конце 1960-х гг. М.Г. Миннигазимов и Р.Ш. Шакиров исследовали движение газоводонефтяных смесей применительно к промысловым условиям. Ими были проведены эксперименты на стендовых трубопроводах диаметрами 0,04, 0,05, 0,062 и 0,102 м и длиной 75 м. В результате были построены для газонефтяной смеси экспериментальные кривые зависимости:

где - перепад давления в трубопроводе на единицу длины;

- расходное газовое число;

wж - скорость движения жидкой фазы;

Р0, Р - давление атмосферное и в условиях движения соответственно;

Гф - газовый фактор.

На основе формулы Дарси-Вейсбаха вышеназванные авторы вычислили коэффициент гидравлического сопротивления:

где D - внутренний диаметр трубопровода;

wсм, ссм - скорость и плотность газожидкостной смеси.

В случае, когда необходимо определить величину гидравлических сопротивлений при движении газоводонефтяных смесей, авторы предложили вычислить коэффициент гидравлического сопротивления по следующей формуле:

где нсм, н - кинематический коэффициент вязкости водонефтяной эмульсии и безводной нефти;

К1 - эмпирический коэффициент.

При определении лсм для другого диаметра D1 предложили следующую эмпирическую зависимость:

где a, b - численные коэффициенты.

Авторы рассматривали вязкость эмульсий только в зависимости от температуры и обводненности нефти. Кроме того, рассмотрение влияния расходов фаз, вязкости водонефтяной эмульсии, диаметра трубопроводов на движение смеси недостаточно для полного описания гидравлики газоводонефтяного потока. Поэтому полученные эмпирические формулы можно было использовать только в узком диапазоне изменения свойств перекачиваемых продуктов.

В работах А.Н.Бочарова, Р.С.Андриасова, Л.А.Пелевина, проведенных за период с 1971 по 1976 гг., осуществлены исследования по реологии газоводонефтяных смесей. При построении реологических кривых для выбора модели, описывающей движение газоводонефтяных смесей, авторы обосновали зависимость вида:

где фс - касательное напряжение сдвига;

Drж - условный градиент скорости по жидкости;

Drсм - условный градиент скорости смеси;

вв - объемное водосодержание.

На основании обширного экспериментального материала был сделан вывод, что газоводонефтяные смеси относятся к псевдопластикам.

В 1976 г. была предложена методика расчета промысловых трубопроводов, транспортирующих газоводонефтяные смеси, в которой перепад давления в трубопроводе определяется по следующей формуле:

где L - длина трубопровода;

- плотность смеси на восходящем и нисходящем участке;

- высота восходящего и нисходящего участка;

К1, К2 - число восходящих и нисходящих участков трубопровода.

Для определения лсм используются полуэмпирические зависимости, различные для ламинарного и турбулентного режимов.

За период с 1959 до середины 1970-х гг. исследованиями было установлено, что при совместном движении газа и жидкости в трубопроводах могут образовываться различные структурные формы, которые зависят от объемного содержания фаз в потоке смеси, скорости движения, физических свойств фаз, линейных размеров трубы, рельефа трассы трубопровода и других факторов. При движении газожидкостного потока могут иметь место пузырьковая, пробковая, расслоенная со спокойной поверхностью раздела, раздельно-волновая, пробково-диспергированная, пленочно-диспергированная и эмульсионная структура течения. При движении двух взаимонерастворимых жидкостей были установлены четочная, раздельная (с гладкой и эмульсионной поверхностью раздела), раздельная (легкой фазы с эмульсией и тяжелой фазы с эмульсией) и эмульсионная структуры движения. А.И. Гужов, В.Ф. Медведев, В.А. Савельев в своих исследованиях показали, что течение смесей типа «нефть-газ-вода» сочетает в себе структурные формы как потока типа «газ-жидкость», так и потока типа «жидкость-жидкость». В 1975 г. В.А. Савельевым при изучении движения газоводонефтяных смесей в промысловых трубопроводах было установлено, что в зоне перемеживающегося режима течения на восходящих участках трубопровода имеют место пробковый и пробково-диспергированный потоки с эмульсией в жидкой фазе, на нисходящих участках - формы раздельного с эмульсией в жидкой фазе, пробкового и пробково-диспергированного потоков. Газовая фаза способствует более раннему эмульгированию имеющихся жидкостей. Объясняется это тем, что газовая фаза создает дополнительные условия для турбулизации потока, обусловленные движением газа относительно жидкой фазы. В.А. Савельевым также получена модель, на основании которой можно определить переходную границу из раздельной формы движения газоводонефтяной смеси в пробковую. Было установлено, что наличие газовой фазы способствует раннему переходу раздельной формы течения в пробковую.

В потоке многофазной системы имеет место движение фаз относительно друг друга. Основными факторами, обусловливающими относительное движение фаз, могут выступать гравитационные силы, градиент давления, неравномерность разделения фаз в потоке и т.д. Влияние этих факторов при различных режимах будет различно.

В 1977 г. в результате обработки экспериментальных данных В. Ф. Медведевым было установлено, что зависимость между истинным газосодержанием газоэмульсионного потока от основных определяющих параметров при пробковой и пробкодиспергированной формах выражается следующим соотношением:

где лэ - коэффициент гидравлического сопротивления при течении неустойчивой эмульсии со скоростью смеси;

шп - поправочный множитель, учитывающий действие макротурбулентных пульсаций в пробковом газоэмульсионном потоке;

д(б) - функция уклона трубопровода;

К - параметр Кутателадзе.

Знак (-) ставится в случае, когда

Зная величины цг, цф, можно определить плотность газированной эмульсии, необходимую при подсчете гравитационных потерь в рельефном трубопроводе. В 1975 г. В. Ф. Медведевым было предложено определять его на основе правила аддитивности:

с_см = сгцг + сфцф(1- цг) + сс(1- цф)(1 - цг),

где сг, сс, сф - плотность газа, дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Для определения потерь давления на трение при движении газоэмульсионной системе важным моментом является оценка вязкости системы, определяемой в основном вязкостью эмульсии.

Учитывая, что при движении эмульсионной системы имеет место не только сила трения, как в случае однородной жидкости, но и сила взаимодействия компонентов, а также циркуляция внутри капель дисперсной фазы, вязкость эмульсии будет зависеть от многих факторов.

Еще в 1911 г. А. Энштейном при исследовании свойств разбавленных эмульсий была предложена формула для определения динамического коэффициента вязкости эмульсии смеси мэ в зависимости от объемной концентрации дисперсной фазы, вязкости дисперсионной среды в следующем виде:

м_э = мс(1 + свф),

где мс - динамический коэффициент вязкости дисперсионной среды;

с - экспериментальный коэффициент;

вф - объемная концентрация дисперсионной фазы.

Эта зависимость, выведенная на основе положений гидродинамики разбавленных суспензий твердых сфер, справедлива только при малых значениях вф (вф?0,05).

Д. Тейлор также рассмотрел свойства разбавленных эмульсий. Передача тангенциального и нормального напряжений от непрерывной фазы к дисперсной при отсутствии скольжения на межфазной границе раздела приводит к циркуляции жидкости внутри капель, заметно ослабляющей искажение линий обтекания вокруг них. Учитывая это, Тейлором была предложена формула

где мф, мс - динамический коэффициент вязкости дисперсной фазы и дисперсной среды.

В начале 70-х гг. ХХ века исследования влияния различных факторов на величину вязкости водонефтяных эмульсий проводил М.Н. Мансуров. В качестве определяющих факторов им были рассмотрены содержание водной фазы, степень дисперсности водных глобул, физические свойства воды и нефти, а также была предложена формула для определения мэ:

где Км, mм, uм - эмпирические коэффициенты;

мн - динамический коэффициент вязкости нефти;

dв - средний диаметр глобул воды;

вв - степень обводненности эмульсии.

Как показывает вышеизложенный исторический анализ моделей движения многофазных потоков и их параметров, гидродинамика газоводонефтяных смесей в трубопроводах отличается большой сложностью. Эта сложность в значительной степени обусловлена особенностями, которые проявляет жидкая фаза при движении газоэмульсионной смеси. Особенности обусловлены неньютоновским поведением эмульсии, а также изменением вязкости в зависимости от содержания воды и инверсией фаз, которые обязательно необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации промысловых трубопроводов из пластмассовых материалов. Хотя предложенные модели не ответили на ряд вопросов гидродинамики многофазных потоков в пластмассовых трубопроводах, они позволили рассчитывать к концу 70-х гг. ХХ в. технологические параметры трубопроводных систем с погрешностью до 25%.

Глава 5. Разработка технологий монтажа пластмассовых трубопроводных систем

В процессе накопления многовекового практического опыта человек осознал, что именно трубчатая конструкция является одной из самых совершенных как по прочностным характеристикам, так и по функциональным признакам, поскольку может обеспечивать постоянную, легко регулируемую целевую подачу продукта в нужном направлении в требуемые сроки. Трубы и трубопроводы позволяют обеспечивать в процессе эксплуатации направленное, необратимое и закономерное движение транспортируемой среды.

Огромное значение развитию водоснабжения придавали в Древнем Египте, Месопотамии, Древнем Риме, о чем свидельствуют сохранившиеся строительные объекты (акведуки, водоприемные и водоотводящие сооружения) и различные фрагменты гончарных и свинцовых труб. Первые трубы из чугуна были отлиты в 1465 г. и оттеснили трубы из других материалов. Большое значение металлических труб (чугунных и из цветных металлов) для развития многих отраслей общественного производства проявилось в период технической революции (при переходе от мануфактуры к машинному производству). Паровая машина, обеспечившая переход на новый уровень производительности труда, не могла быть создана без этих труб. Кроме того, металлические трубы позволили освоить новые виды промышленного производства, улучшить условия труда, обеспечивать комплексность производственных циклов.

Повышенный спрос на трубы вызвал поиск новых материалов и видов труб. В конце XIX в. появились комбинированные трубы - железобетонные.

Возникновение трубного производства в России относится к концу XIX в. К 1870г. по существу был заложен научно-технический потенциал для реализации возможности транспорта нефти по трубопроводам. Еще в 1863 г. Д.И. Менделеев отмечал необходимость «устроить от нефтяных колодцев к заводу трубы для проведения нефти как на завод, так и на морские суда». Реализация идеи транспортирования нефти по трубопроводу после создания металлических труб была только вопросом времени.

В.Г. Шухов в 1876-1877 гг. комплексно решал проблему создания нефтепровода оптимальной конструкции, включая проектирование всех искусственных сооружений на трассе. Первый российский нефтепровод, соединивший промысловую площадь в Балаханах с заводским районом Черного города, имел протяженность 8,5 верст (9000м) и диаметр 3 дюйма (7.62 см). Сделан он был из железных труб, соединенных с помощью муфт и нарезных концов. В сутки по трубопроводу перекачивалось 35 тысяч пудов (560 т) нефти. Сооружение окупилось за один год. Уже в этом первом проекте В.Г. Шуховым были заложены основы созданной им первой в мире научной теории расчета и строительства трубопроводов. В «Вестнике промышленности» за 1984 г. была опубликована первая теоретическая работа В.Г.Шухова по данному вопросу: статья «Нефтепроводы». В 1894 г. вышла в свет его книга «Трубопроводы и их применение в нефтяной промышленности». В.Г. Шухов создал проекты нефтепровода Баку-Батуми (1884), конструкции насосов различных типов и разработал их теорию (1880-е гг.), первый резервуар для хранения нефти и нефтепродуктов (1878), наливную баржу для нефти (1894), установку для осуществления крекинг-процесса (заявлено в 1886 г., а в 1888 г. получен патент), спроектировал первый мазутопровод с подогревом.

Новый рост объемов производства и применения труб связан с началом промышленного изготовления полимерных материалов, особенно термопластов. Первые пластмассовые трубы были получены в 1940-х гг.

В России первые экспериментальные пластмассовые трубопроводы стали использоваться в конце 1950-х гг. В 1958 г. специалисты гидрогеологического управления «Геоминводы» впервые начали использовать полимерные трубы в системах минерального водоснабжения. В 1959 г. было начато строительство водопровода хозяйственно-питьевого назначения в Москве, а в 1961 г. были проложены опытные участки полиэтиленовых труб на минеральных источниках Пятигорска, Кисловодска, Мацесты. При строительстве экспериментального водопровода в Москве были использованы трубы из полиэтилена с наружным диаметром 40 и 63 мм. Для разъемного соединения полиэтиленовых труб между собой и с металлическими трубами было разработано специальное соединение.

С развитием производства полимерных материалов и использования их для изготовления пластмассовых труб научная и инженерная мысль начала рассматривать возможность внедрения этих конструктивных материалов при строительстве трубопроводных систем в нефтегазовой инфраструктуре.

По предложению института «Мосинжпроект» в 1958-1960 гг. совместно с трестом «Мосгаз» были организованы опытно-конструкторские и экспериментальные работы по оценке возможности и определению условий эксплуатации пластмассовых подземных газопроводов. В августе 1959 г. в России был построен первый подземный распределительный газопровод из поливинилхлоридных труб отечественного производства в Москве. В 1964 г. был построен газопровод из пластмассовых труб в Тамбове, в 1965 г. - в Ленинграде, в 1966 г. - в Саратовской области, в 1969 г. - в Краснодарском крае.

Разработки в области использования пластмассовых труб были переданы институтом «Мосинжпроект» образованному в 1958 г. Саратовскому институту «ГипроНИИгаз». В эти годы разработкой технологий сооружений полиэтиленовых газопроводов начали заниматься в Московском инстиуте ВНИИСТ (под руководством К.И. Зайцева) и Киевском институте электросварки (ИЭС) им. Е.О. Патона (под руководством Г.Н. Кораба).

Проведенные ОАО «ГипроНИИгаз» научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы были успешно использованы при решении технологических задач. Была разработана основная нормативно-техническая документация: строительные нормы по газоснабжению, свод правил по строительству и контролю качества сварных соединений, альбомы технологических карт, инструкции, методические разработки и документы, что стало нормативной базой для промышленного внедрения пластмассовых труб в газоснабжение на территории России, которое обширно развернулось с конца 1980-х - начала 1990-х гг. К началу 1998 г. в России эксплуатировалось около 11000 км полиэтиленовых газопроводов.

В начале 1960-х г. в нашей стране был организован Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклопластиков и стеклянного волокна (ВНИИСПВ) в Крюково (Московская обл.), построены заводы по производству стекловолокна в Уфе, Астрахани и Гусь-Хрустальном, эпоксидной смолы в Уфе и полиэфирной смолы в Жилево (Московская обл.).

Опытные участки из стеклопластиковых труб были сооружены в НГДУ «Туймазанефть» в 1969 г. и в НГДУ «Ишимбайнефть» в 1970 г. Высокое качество труб и технологии их соединений обеспечили длительную (25 лет) эксплуатацию опытных участков.

Анализ деятельности научно-исследовательских учреждений в области транспорта углеводородного сырья по трубопроводным системам показывает, что именно в 60-70-е гг. ХХ века в России были организованы и проведены обширные научные исследования по использованию пластмассовых труб в системе транспортировки нефти и газа, которые обеспечили в дальнейшем успешное внедрение этих труб для повышения надежности и эффективности транспортных систем нефтегазовой инфраструктуры России.

Научно-исследовательские организации (УфНИИ, НИИтранснефть и позднее ВНИИСПТнефть) и ряд предприятий нефтегазового комплекса Республики Башкортостан в 1960-1970-х гг. вели активные исследования и осуществляли успешные внедрения пластмассовых труб в производство добычи и транспорта нефти и газа на нефтепромыслах республики совместно с ведущими центрами России в этой области деятельности (Москва, Самара, Саратов, Бугульма).

При строительстве первых пластмассовых трубопроводов использовалась традиционная траншейная технология, детально разработанная для металлических трубопроводов. Однако гибкость пластмассовых трубопроводов, незначительный вес, отличные от металлических прочностные свойства накладывали специфические требования на выполнение строительных работ. К середине 1970-х гг. были разработаны нормативная база и технологии основных методов строительства пластмассовых трубопроводов в России.

Создание трубопроводных систем из пластмассовых труб вызвало необходимость решения инженерной задачи их соединения в секции для дальнейшего монтажа. Решение задачи соединения труб из реактопластов осуществлялось путем разработки различных соединительных конструкций на основе полимерных клеев, внедрение трубопроводов из термопластов шло на базе сварки пластмассовых труб. Появление первого сварочного оборудования относится к середине 50-х гг. прошлого века.

Активное участие в разработке технологии сварки труб из термопластов принимали организации: ВНИИСТ (В.С. Туркин, К.И. Зайцев), НИИ сантехники (С.В. Ехлаков, В.Е. Бухин), НИИМосстрой (С.И. Дубровкин, Л.В. Сладков), НПО «Пластик» (Р.Ф. Локшин, Г.И. Шапиро) и др.

Разработку сварочной техники в разные годы осуществляли институты ГипроНИИгаз (г. Саратов), ИЭС им. Е.О. Патона и СКБ ВНИИМонтажспецстроя (г. Киев), ВНИИСТ, НИКИМТ и НИИМосстрой, НИИсантехники (г. Москва) и другие организации. За период с 1970 по 2001 гг. разработано более 70 конструкций сварочных машин для стыковой сварки. Большинство созданных конструкций выпускалось серийно.

С учетом специфики пластмассовых трубопроводов в технологии их строительства оказалось возможным использовать бестраншейные технологии прокладки таких трубопроводов, позволяющие: сократить на 90-95 % объем земляных работ; увеличивать скорость укладки трубопроводов и уменьшить сроки строительства; избежать необходимости проведения рекультивационных работ; совместить разработку грунта и укладку пластмассового трубопровода.

На рисунке 5 приведена классификация различных способов технологии строительства пластмассовых трубопроводов.

Бестраншейные методы были опробованы в нашей стране в 1980-х гг. Первые участки трубопроводов были уложены по бестраншейной технологии в период 1985-1990гг. В последующие годы наметился некоторый спад по использованию этих технологий, который был преодолен к 1999-2000 гг.

Глава 6. Развитие технологий реконструкции изношенных трубопроводов с использованием пластмассовых труб

Первый опыт использования труб из пластмасс для восстановления трубопроводов относится к концу 1960-х гг.

В настоящее время разработаны следующие технологии бестраншейного ремонта изношенных подземных трубопроводов:

· «Труба в трубу» - протаскивание во внутреннюю полость ремонтируемого трубопровода новой плети трубопровода из полиэтилена; наружный диаметр трубопровода из полиэтилена меньше внутреннего диаметра ремонтируемого трубопровода.

Рисунок 5 - Классификация способов технологии строительства пластмассовых трубопроводов

· «Труба в трубу» с протяжкой длинномерных полиэтиленовых труб большего диаметра, чем внутренний диаметр восстанавливаемого стального трубопровода, с предварительным обжатием полиэтиленового трубопровода через калибровочное устройство термическим способом; после ввода полиэтиленовая труба остывает, принимает первоначальную форму и плотно прилегает к внутренним стенкам восстанавливаемого трубопровода.

· «Труба в трубу» с увеличением диаметра на один сортамент, но с разрушением ремонтируемого трубопровода, что позволяет протаскивать или проталкивать новую полиэтиленовую плеть или отрезки большего размера, чем внутренний диаметр ремонтируемого трубопровода.

· «Чулочная технология» - протаскивание внутрь ремонтируемого трубопровода, предварительно очищенного высоким давлением, синтетического чулка; после протаскивания чулок полимеризуется в среде горячей воды определенной температуры, облучением ультрафиолетом или другим способом, что обеспечивает образование на внутренней поверхности трубопровода прочного инертного слоя регулируемой толщины.

· Технология «U-лайнер», при которой внутрь предварительно очищенного ремонтируемого трубопровода протаскивается U-образная полиэтиленовая плеть с последующим ее распрямлением с помощью теплоносителя определенной температуры с последующим образованием нового цельного полиэтиленового трубопровода.

· Локальный ремонт трубопровода с использованием ремонтного робота и ремонтной вставки.

В практике восстановления изношенных трубопроводов достаточно широкое распространение получил способ введения во внутреннюю полость трубопровода секций из пластмассовых труб, позволяющий продлить срок работоспособности трубопровода.

На основании анализа восстановления изношенных трубопроводов способом футерования пластмассовыми трубами предложена классификация этой технологии по следующим признакам:

1 По цели проведения футерования и состоянию ремонтируемого трубопровода:

– использование остаточной несущей способности трубопровода, когда по причине коррозии внутренней поверхности стенки труб возникла опасность разрушения или появления сквозных свищей, а следовательно, нарушение герметичности трубопровода;

– ликвидация нарушения герметичности трубопровода при отсутствии доступа к месту разгерметизации с наружной стороны трубопровода;

– использование трубопровода по другому назначению; например, использование нефтепровода для подачи различных нефтепродуктов;

– отсутствие возможности переукладки трубопровода, например, подводный переход, густозаселенный район и др.

2 По оболочкам, используемым для футерования:

– трубы пластмассовые с продольными гофрами;

– трубы пластмассовые;

– рукава полимерные.

3 По методам введения секции пластмассовых труб в трубопровод:

– протаскивание с помощью тянущего троса;

– проталкивание.

4 По виду взаимодействия стенки трубопровода и футерующей оболочки:

– непосредственный контакт футерующей оболочки с трубопроводом;

– межтрубный зазор (оболочка - трубопровод) заполнен жидкостью;

– межтрубный зазор заполнен отверждающейся композицией.

В работе разработан новый способ введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый металлический трубопровод. Конец плети крепится к тяговому тросу, который прокладывается в полости металлического трубопровода. Протягивание плети через восстанавливаемый участок трубопровода осуществляется с помощью вибрации плети и троса в поперечном направлении. Локальные деформированные участки стального трубопровода нивелируются в результате приложения к плети вибрационного усилия враспор с противоположной деформированному участку стенкой.

Устройство для введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый трубопровод состоит из защитных элементов, операционной камеры, оголовка, калибра, вертлюга, тягового троса и тягового устройства. Тяговое устройство включает компрессор и гибкий пневмопровод. В оголовке размещаются два вибратора, которые приводятся в действие сжатым воздухом. Первый вибратор располагается в передней части оголовка, второй - в задней части оголовка. На заднюю часть оголовка насаживается также сдвижной подпружинный калибр, который скрепляется поводком с задним вибратором, причем выхлопные отверстия за задним вибратором сообщены со входом переднего вибратора. Вибратор состоит из корпуса с размещенным в нем приводом типа сегнерова колеса с соплами, цилиндр которого закреплен на ось привода. Центр тяжести цилиндра смещен от оси вращения, что обеспечивает дисбаланс последнего, направленного в сторону, противоположную выходу выхлопных отверстий относительно оси, сообщенных с камерой.

Данное устройство обеспечивает вибрационное воздействие на плеть и тяговый трос для снижения силы трения плети о стенки трубопровода при преодолении локальных деформаций стенки трубопровода. Оно предусматривает также увеличение допустимой по условиям прочности длины протягиваемой плети.

Анализ развития технологий реконструкции существующих металлических трубопроводов с использованием пластмассовых труб позволяет выделить два этапа в промышленном внедрении этих технологий. Первый этап характеризуется развитием традиционных траншейных технологий, когда изношенные металлические трубы заменялись новыми. Второй этап начинается с развитием бестраншейных технологий строительства пластмассовых трубопроводов, когда рассматривается возможность использования этих способов при восстановлении металлических трубопроводов (конец 1980-х - начало 1990-х гг.). Внедрение соответствующей техники и предложение новых технологических решений повышает перспективность внедрения бестраншейных технологий в процесс восстановления трубопроводных систем нефтегазовой инфраструктуры России.

ВЫВОДЫ и рекомендации

1 Впервые проведен комплексный анализ научных и технических открытий в области применения полимеров и создана целостная историческая картина хронологии развития и промышленного производства синтетических полимеров.

2 Впервые исследованы исторические этапы развития научных и практических основ использования пластмассовых трубопроводов и выявлено, что для обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа необходимы учет свойств перекачиваемых продуктов, конкретных условий эксплуатации и изменение прочностных характеристик материала в нормативные сроки эксплуатации.

3 Проведен анализ деятельности научно-исследовательских учреждений России в области разработки технологии транспорта углеводородного сырья по пластмассовым трубопроводам, и показано, что для повышения надежности и эффективности трубопроводных систем нефтегазовой инфраструктуры целесообразно их промышленное внедрение.

4 Проведен анализ становления методов строительства и технологического оборудования для траншейного и бестраншейного строительства, выявлены два основных исторических этапа их развития.

5 На основе исторического исследования архивных и литературных источников показан вклад научно-исследовательских организаций и предприятий нефтегазового комплекса Республики Башкортостан в промышленное внедрение пластмассовых труб при добыче и транспортировке нефти и газа на нефтепромыслах республики.

6 Впервые для обоснования направления развития пластмассовых трубопроводных систем и повышения эффективности их применения разработаны классификации пластмассовых трубопроводов по конструктивным особенностям, материалам, используемым при их изготовлении, и способам технологии строительства.

7 Впервые проведена историческая ретроспектива исследования стойкости конструкционных полимеров к действию продукции нефтяных и газовых скважин, парафинизации внутренней поверхности пластмассовых трубопроводов. Установлены характерный минимум зависимости коэффициента химической стойкости материала трубы от диаметра пластмассового трубопровода и смещение этого минимума в сторону больших значений диаметра труб с ростом температуры.

8 Впервые проведен анализ моделей движения жидкости, газа и многофазных многокомпонентных потоков в пластмассовых и металлических трубопроводах. Проведены расчеты по изменению производительности реконструируемого трубопровода методом протаскивания в нем пластмассового трубопровода, выявлена зависимость величины ее изменения от режима движения жидкостного потока (увеличение 35-40 % в области квадратичного трения).

9 Предложена модель учета влияния грата при расчете гидродинамического сопротивления потоку движения. Разработан новый способ ограничения высоты внутреннего грата при контактной тепловой сварке встык пластмассовых труб и устройство для его осуществления.

10 Разработаны новые способы введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый трубопровод с использованием вибратора и в восстанавливаемый негерметичный трубопровод с использованием тягового устройства с пневматическим автоматическим приводом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ ТРУДАХ

1 Шаммазов А.М. Определение оптимальных параметров «рельефных» трубопроводов, транспортирующих газонефтяные смеси / А.М.Шаммазов, М.М. Фаттахов // Известия вузов. Нефть и газ.- Баку, 1981.- № 6.- С. 62-65.

2 Галлямов А.К. Оценка надежности промысловых трубопроводов / А.К.Галлямов, А.М.Шаммазов, М.М.Фаттахов // РНТС «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов».- М.: ВНИИОЭНГ, 1982.- № 9.- С. 10-12.

3 Шаммазов А.М. Экспериментальные исследования движения газонасыщенных систем в трубопроводах с гидрофобными стенками / А.М.Шаммазов, Ю.А.Сковородникова, М.М.Фаттахов // Известия вузов. Нефть и газ.- Баку, 1982.- № 9.- С. 46, 90.

4 Агапчев В.И. Современные технологии и новые инженерные решения при строительстве и реконструкции трубопроводных систем нефтегазовой инфраструктуры с применением труб из термопластов / В.И.Агапчев, Д.А.Виноградов, М.М. Фаттахов // Нефтегазовое дело.- Уфа: УГНТУ, 2005.- № 3.- С. 191-196.

5 Агапчев В.И. Определение величины допускаемого внутреннего давления для полиэтиленовых труб / В.И.Агапчев, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов, С.Л.Штанев // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 2.- С. 45-46.

6 Фаттахов М.М. Разработка рекомендаций по прогнозированию сроков службы полиэтиленовых трубопроводов / М.М.Фаттахов, С.И.Сергеев, О.В.Глухова, А.И. Юнусова // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 2.- С. 86-87.

7 Виноградов Д.А. Энергосберегающие трубопроводы из полимерных материалов / Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов, А.К.Ращепкин, С.И. Сергеев и др. // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 4.- С. 74-75.

8 Виноградов Д.А. Метод ограничения высоты внутреннего грата в сварных соединениях пластмассовых трубопроводов / Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов, О.В. Глухова и др. // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 4.- С. 95-96.

9 Фаттахов М.М. Стратегия развития и совершенствования трубопроводного транспорта из труб на основе полимерных материалов // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 4.- С. 42.

10 Фаттахов М.М. Комбинированные трубы из термопластов нового поколения и современные технологии для строительства трубопроводов инженерной и нефтегазовой инфраструктуры / М.М.Фаттахов, О.В.Глухова, Е.В.Салагаева, С.И. Сергеев // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 5.- С. 118-120.

11 Агапчев В.И. К оценке качества экструдируемых полиэтиленовых труб / В.И.Агапчев, Н.Г.Пермяков, О.В.Глухова, М.М. Фаттахов и др. // Башкирский химический журнал.- Уфа, 2006.- Т. 13.- № 5.- С. 20-21.

12 Агапчев В.И. Развитие бестраншейных технологий при сооружении трубопроводных систем / В.И.Агапчев, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов, Р.Ф. Шамсиев // Нефтегазовое дело.- Уфа: УГНТУ, 2006.- Т. 4.- № 1.- С. 317-321.

13 Фаттахов М.М. Вехи истории сварки труб из термопластов / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2006.- № 3.- С. 140-143.

14 Сергеев С.И. Совершенствование технологических свойств «трубного» полиэтилена / С.И.Сергеев, М.М.Фаттахов // Башкирский химический журнал.- 2007.- Т. 14.- № 2.- С. 100-102.

15 Фаттахов М.М. Восстановление трубопроводов с использованием деформированных полимерных труб с учетом их «эффективности памяти» / М.М.Фаттахов, А.Р.Исламов, А.В. Алексеев и др. // Башкирский химический журнал.- 2007.- Т. 14.- № 2.- С. 117-118.

16 Фаттахов М.М. Количественное определение параметров химической стойкости пластмассовых трубопроводов при транспортировании агрессивных сред / М.М.Фаттахов // Строительные материалы.- М., 2008.- № 4.- С. 80-81.

17 Фаттахов М.М. Оценка химической стойкости пластмассовых трубопроводов в промысловых системах сбора и транспорта продукции месторождений нефти и газа / М.М.Фаттахов // Нефтегазовое дело. -Уфа: УГНТУ,2008.- Т.6.- №1.- С.96-99.

18 Фаттахов М.М. Исторический аспект вопроса исследования парафинизации внутренней поверхности пластмассовых трубопроводов / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2008.- № 9, спец. выпуск №4. - С. 82-84.

19 Фаттахов М.М. Исторические аспекты развития трубопроводного транспорта / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2008.- № 9, спец. выпуск №4. - С. 66-74.

20 Фаттахов М.М. К вопросу изучения движения многофазных потоков по пластмассовым трубопроводам / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2008.- № 9, спец. выпуск №4. - С. 21-27.

21 Фаттахов М.М. Исторический анализ исследований стойкости конструкционных полимеров к действию продукции нефтяных и газовых скважин / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2008.- № 9, спец. выпуск №4. - С. 40-46.

22 Фаттахов М.М. Из истории использования пластмассовых труб в нефтегазопромысловых трубопроводных системах России / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2008.- № 6, спец. выпуск № 3.- С. 96-99.

23 Фаттахов М.М. Развитие научных исследований в области создания и внедрения труб из пластмассовых материалов для систем нефтегазосбора нефтяных месторождений Башкортостана в 60-е-70-е годы ХХ века. / М.М.Фаттахов // История науки и техники.- Уфа, 2008.- № 6, спец. выпуск № 3.- С. 92-95.

24 Пат. № 2308637 Российская Федерация. Устройство введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый трубопровод и устройство с вибратором для осуществления способа / В.Н.Зенцов, М.Д.Акульшин, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов и др.; заявл. 04.04.2006; опубл. 20.10.2007 Бюл. № 29.

25 Пат. № 2319059 Российская Федерация. Способ введения плети пластмассовых труб в восстанавливаемый негерметичный трубопровод / В.Н.Зенцов, М.Д.Акульшин, Д.А.Виноградов, М.М. Фаттахов и др.; заявл. 17.04.2006; опубл. 10.03.2008 Бюл. № 7.

26 Пат. № 2342592 Российская Федерация. Способ ограничения высоты внутреннего грата при контактной тепловой сварке встык пластмассовых труб и устройство для его осуществления / В.И.Агапчев, В.Д.Виноградов, А.К.Ращепкин, М.М.Фаттахов и др.; заявл. 06.08.2007; опубл. 27.12.2008 Бюл. № 36.

27 Пат. № 2348856 Российская Федерация. Способ удаления нагревательного инструмента из зоны контактной сварки пластмассовых труб и устройство для его осуществления / В.И.Агапчев, В.Д.Виноградов, А.К.Ращепкин, М.М.Фаттахов и др.; заявл. 06.08.2007; опубл. 10.03.2009 Бюл. № 7.

28 Арменский Е.А. Прогнозирование парафиновых отложений в магистральных нефтепроводах / Е.А.Арменский, А.К.Галлямов, А.М.Шаммазов, М.М.Фаттахов // НТС «Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газопроводов и нефтебаз».- Вып. 25.- Уфа, 1975.- С. 237-239.

29 РД 30-30-857-83. Методическое руководство по обоснованию и выбору моделей при гидравлических и тепловых расчетах трубопроводов / А.Х.Мирзаджанзаде, А.М.Шаммазов, А.К.Галлямов, В.А.Юфин, М.М.Фаттахов и др.; утв. первым заместителем Министра нефтяной промышленности СССР 12.01.1983. - Уфа, 1983. - 124 с.

30 Галлямов А.К. К вопросу профилактического обслуживания нефтепромысловых систем сбора и газа / А.К.Галлямов, А.М.Шаммазов, М.М.Фаттахов, Ю.И.Буданова // РНТС «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов».- М.: ВНИИОЭНГ, 1983.- № 12.- С. 9-10.

31 Агапчев В.И. Методика расчета и технология изготовления соединительных деталей для нефтепромысловых трубопроводов из металлопластовых труб / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, Р.Г.Абдеев, С.И.Исупов // Материалы научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VI конгресса нефтепромышленников России.- Уфа: ТРАНСТЭК, ИПТЭР, 2005.- С. 313-316.

32 Агапчев В.И. Новые ресурсосберегающие технологии при строительстве инженерных трубопроводных сетей с использованием нового типа комбинированных труб на основе термопластов / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, С.М.Сергеев, У.А.Ясаев // Сборник научных трудов III Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте».- Самара: СГАСУ, 2005.- С. 15-16.

33 Агапчев В.И. Бестраншейные технологии восстановления и сооружения трубопроводов: Учебное пособие / В.И.Агапчев, Виноградов Д.А., Фаттахов М.М. - Уфа: УГНТУ, 2005.- 14 с.

34 Агапчев В.И. Новые технико-экономические решения при восстановлении трубопроводов нефтегазовой инфрастуктуры современными бестраншейными технологиями / В.И.Агапчев, М.М. Фаттахов // Нефть и газ.- Киев, 2005.- № 7.- С. 66-70.

35 Агапчев В.И. Состояние и перспективы применения современных высокоэффективных бестраншейных технологий восстановления (реконструкции) трубопроводного транспорта инженерной инфраструктуры / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века.- М.- № 7 (78).- 2005.-С. 64-68.

36 Фаттахов М.М. Трубопроводный транспорт и полиэтиленовые трубы // Материалы Международного научно-технического Российско-германского семинара «Трубопроводные системы инженерной инфраструктуры из полимерных материалов».- Уфа: УГНТУ, 2005.- С. 7-9.

37 Агапчев В.И. Совершенствование бестраншейных технологий восстановления (реконструкции) трубопроводных систем нефтегазовой и инженерной инфраструктуры / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, А.Р.Исламов, Н.Г.Пермяков // Материалы IV Российской выставки с международным участием «Трубопроводные системы. Строительство, эксплуатация, ремонт».- М.: ВВЦ, 2005.- С. 31-33.

38 Агапчев В.И. Дефектоскоп - индикатор для контроля качества металлопластовых труб / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, А.Р.Исламов, Н.Г.Пермяков // Практика приборостроения.- Екатеринбург, 2005.- С. 18-20.

39 Фаттахов М.М. Трубопроводный транспорт из полиэтиленовых труб // Трубопроводный транспорт-2005: материалы Международной учебно-научно-практической конференции.- Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2005.- С. 235-237.

40 Агапчев В.И. Трубы из термопластов и новые технологии при строительстве и ремонте трубопроводов / В.И.Агапчев, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов, Р.Г.Шарафиев // Проблемы промышленной безопасности в системе нефтегазового комплекса и трубопроводного транспорта: материалы Всероссийского семинара-совещания Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по совершенствованию надзорной деятельности на объектах нефтегазового комплекса и магистрального трубопроводного транспорта (5-9 сентября 2005 г.).- С. 114-122.

41 Фаттахов М.М. Восстановление трубопровода путем протаскивания в него деформированных полимерных труб // Проблемы строительного комплекса России: материалы Х Международной научно-технической конференции.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.- Т. 2.- С. 223-224.

42 Фаттахов М.М. К расчету основных параметров протаскиваемого трубопровода при его бестраншейной прокладке / М.М.Фаттахов, Р.Ф. Шамсиев // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: материалы Межвузовской научно-технической конференции.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.- С. 397.

43 Агапчев В.И. Совершенствование бестраншейных технологий восстановления (реконструкции) трубопроводных систем нефтегазовой и инженерной инфрастуктуры / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, А.Р.Исламов, Н.Г.Пермяков // Трубопроводный транспорт.- М., 2006.- № 1.- С. 83-87.

44 Агапчев В.И. Анализ изменения пропускной способности трубопроводов, восстановленных полиэтиленовыми трубами / Агапчев В.И., Виноградов Д.А., Фаттахов М.М., Исламов А.Р. // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: материалы Международной научно-практической конференции.- Уфа: ТРАНСТЭК, 2006.- С. 205-208.

45 Агапчев В.И. Разработка методики гидравлического расчета многофазных потоков в промысловых системах сбора нефти и газа из пластмассовых трубопроводов / Агапчев В.И., Фаттахов М.М. // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: материалы Международной научно-практической конференции.- Уфа: ТРАНСТЭК, 2006.- С. 211-213.

46 Агапчев В.И. Диагностическое обследование пластмассовых трубопроводов / В.И.Агапчев, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов // Трубопроводный транспорт.- М., 2006.- № 2.- С. 64-67.

47 Агапчев В.И. Бестраншейные технологии в трубопроводном строительстве России / Агапчев В.И., Фаттахов М.М., Виноградов Д.А. // Нефть и газ.- Киев, 2006.- № 7.- С. 72-74.

48 Агапчев В.И. Контроль качества металлопластовых труб / В.И.Агапчев, А.К.Ращепкин, М.М.Фаттахов и др. // Сборник научных трудов Стерлитамакского филиала АН РБ.- Стерлитамак, 2006.- С. 48-52.

49 Агапчев В.И. Восстановление трубопроводных систем бестраншейными технологиями / В.И.Агапчев, А.К.Ращепкин, М.М.Фаттахов // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: материалы V Международной научно-технической конференции. - Новополоцк, 2006. - С. 81-83.

50 Агапчев В.И. Способ и устройство для проталкивания плети полиэтиленовых труб в восстанавливаемом трубопроводе / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, А.В.Алексеев, А.Р.Исламов // Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук: Материалы Межвузовской научно-технической конференции.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.- С. 11.

51 Агапчев В.И. Диагностика трубопроводов из труб на основе термопластов / В.И.Агапчев, А.К.Ращепкин, М.М.Фаттахов // Материалы VI Международной научно-технической конференции «Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородосодержащих сред». - Оренбург, 2006. - С. 15-16.

52 Агапчев В.И. Изменение пропускной способности трубопроводов, восстановленных пластмассовыми трубопроводами / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов // Трубопроводный транспорт-2006: материалы Международной учебно-научной практической конференции.- Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006.- С. 9-10.

53 Агапчев В.И. Новые виды высоконапорных труб на основе полимерных материалов / В.И.Агапчев, О.В.Глухова, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов и др. // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: Сборник научных статей. - Уфа: УГНТУ, 2006.- № 20.- С. 53-62.

54 Агапчев В.И. Комбинированные трубы из термопластов нового поколения и современные технологии для строительства трубопроводов инженерной и нефтегазовой инфраструктуры / В.И.Агапчев, Д.А.Виноградов, А.К.Ращепкин, М.М.Фаттахов // Материалы научно-технической конференции «Ресурс трубопроводных систем». - М., 2006. - С. 62-64.

55 Агапчев В.И. Становление и развитие бестраншейных технологий восстановления трубопроводов / В.И.Агапчев, М.М.Фаттахов, А.В.Алексеев, А.Р.Исламов // Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: материалы VII Международной научной конференции.- Т. 1.- Уфа: Изд-во «Реактив», 2006.- С. 13-14.

56 Агапчев В.И. Новые отечественные технологии при производстве и строительстве трубопроводных систем нефтегазовой инфраструктуры из комбинированных труб на основе термопластов / В.И.Агапчев, Р.Г.Шарафиев, Д.А.Виноградов, М.М.Фаттахов // Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи. Т. 15. Инновационные технологии реализации нефтегазовых проектов Сибири и Севера России. - М., 2006.- С. 319-324.

57 Фаттахов М.М. Эффект гидравлического удара при восстановлении трубопроводов полиэтиленовыми трубами / М.М.Фаттахов, А.В.Алексеев, А.Р.Исламов и др. // Проблемы строительного комплекса России: материалы ХI Международной научно-технической конференции при ХI специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство-2007». - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. - Т. 1. - С. 143-144.

...