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;