Разработка методики расчета параметров течения сырого газа с малым содержанием жидкости в морских трубопроводах

Перспективы освоения месторождений и определения транспортных маршрутов связаны с территориями, расположенными в акватории шельфа.

Для освоения морских месторождений одной из главных задач, с которой связаны вопросы производственной безопасности и значительных финансовых вложений, является транспорт добытого сырья. В море узловым объектом обустройства является трубопровод. В' зависимости от различных факторов (расстояние до берега, технология подготовки продукции) проблема становится существенной, и затраты на него могут достигать миллиардов долларов.

Основной вопрос связан с технологией подготовки продукции скважин, исходя из которой выбирается метод транспортировки продукции (в многофазном, двухфазном или однофазном состоянии). Поэтому транспортная задача рассматривается отдельно, но не в отрыве от всех, остальных технологических процессов.

Наиболее экономичным (за.счет снижения капитальных вложений из-за уменьшения необходимого количества и состава оборудования для подготовки продукции, а иногда и вовсе отказа от платформ) для морских месторождений является многофазный транспорт, позволяющий перекачать добытую смесь по трубе до береговой инфраструктуры. Однако многофазный поток требует тщательного контроля, анализа и управления. Это связанос неустановившейся природой различных процессов в потоке, зависящих как от внутренних, так внешних факторов.

За последние 70 лет было разработано множество теорий и экспериментальных зависимостейдля предсказания падения давления и истинного содержания жидкости при течении двухфазных потоков. Тем не менее, ни одно из них не является универсальным и не позволяет достаточно точно рассчитывать термобарические и расходные параметры потоков для всех структур течения, характерных для двухфазных потоков углеводородных систем. Что касается вопросов транспортировки сырого газа с малым 6 содержанием жидкости, то они относятся к наименее изученным в истории исследований многофазных течений, и поэтому информация по этим системам весьма ограничена.

На шельфе РФ открыто множество газовых месторождений с малым содержанием конденсата и пластовой воды (Штокмановское, Северо-Каменномысское, Каменномысское-море, Семаковское, Киринское и др.). Проектирование газопроводов от таких месторождений является важной и актуальной задачей. Необходимо использовать такую методику расчётов двухфазных потоков, которая позволила бы прогнозировать режимы течения двухфазных потоков и обеспечивать приемлемую с точки зрения инженерных приложений оценку значений потерь давления в трубопроводе и истинного содержания жидкости в потоке.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методики расчёта основных параметров транспортировки сырого газа с малым содержанием жидкости в протяженных морских трубопроводах.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

Выбор критерия для оценки возможности накопления жидкости в трубопроводе сырого газа.

Разработка методики расчета параметров течения сырого газа с малым содержанием жидкости в морских газопроводах.

Апробация разработанного алгоритма на примере транспортной системы Штокмановского, Северо-Каменномысского месторождений и месторождения Каменномысское-море.

Научная новизна результатов исследований состоит в разработке алгоритма, позволяющего оценить существование условий для накопления жидкости при течении сырого газа с малым ее содержанием в морском трубопроводе путем построения критериальной зависимости выносной скорости газа от давления, в основе которой лежат подходы Стина-Уоллиса и.

Клапчука-Елина. Создана методика определения основных параметров течения и определения границ существования расслоено-волнового режима течения сырого газа в морском трубопроводе для условий малого содержания жидкости в потоке, основанная на усовершенствовании методики Тайтела-Даклера и учете в ней коэффициента гидравлического сопротивления на поверхности раздела фаз.

Защищаемые положения.

1. Алгоритм для оценки возможности накопления жидкости в морском трубопроводе сырого газа, основанный на вычислении выносной скорости газа и построении критериальной зависимости выносной скорости газа от давления, полученной из соответствующих зависимостей Стина-Уоллиса и Клапчука-Елина.

2. Методика, позволяющая рассчитать параметры течения сырого газа (толщину слоя жидкости в сечении трубы, истинное содержание жидкости, потери давления) и определять границы существования раслоенно-волнового режима течения двухфазного потока в морских трубопроводах с учетом заданного закона гидравлического сопротивления на границе газ-жидкость и особенностей режимов течения газожидкостной смеси с малым содержанием жидкости.

Практическая ценность результатов работы.

В настоящее время ведутся активные работы по разработке проектов обустройства месторождений Баренцева и Карского морей, Обской и Тазовской губ, в частности Штокмановского газоконденсатного месторождения, Северо-Каменномысского газового месторождения и т. д. Результаты исследований данной работы использованы при разработке «Корректировки проекта разработки Штокмановского газоконденсатного месторождения», «Проекта разработки месторождения Каменномысское-море», «Проекта разработки Северо-Каменномысского месторождения», «Инвестиционного замысла освоения ресурсов Обской и Тазовской губ», «Корректировки «Программы освоения углеводородных ресурсов шельфа РФ на период до 2030 года».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на:

Международной конференции «Нефть и газ Арктического шельфа-2006» (2006 г., Мурманск);

Международной конференции «Освоение шельфа арктических морей России RAO/CIS Offshore 2007» (2007 г., Санкт-Петербург), где получен «Диплом» конференции RAO-07;

Международной научно-практической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее (GTS — 2007)» (2007 г., Москва);

Международной конференции «Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток ROOGD-2008» (2008 г., Москва) — заседании секции «Освоение морских нефтегазовых месторождений» Ученого совета ООО «ВНИИГАЗ», Протокол № 3 от 9 апреля 2007 годасовместных заседаниях секций «Техника и технология разработки морских месторождений» Научно-технического совета ОАО «Газпром» и секции «Освоение морских нефтегазовых месторождений» Ученого совета ООО «ВНИИГАЗ», от 4 октября 2006 года, 26 ноября 2008 года.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение, три главы, основные результаты с выводами, список использованной литературы из 62 наименований. Содержание изложено на 102 страницах машинописного текста и включает 38 рисунков и 23 таблицы.

выводы.

1. Анализ результатов теоретических исследований и практического опыта в вопросах транспортировки газожидкостных потоков показывает, что ни одна из существующих на сегодняшний день моделей не является универсальной и не позволяет достаточно точно рассчитывать термобарические и расходные параметры потоков для всех структур течения, характерных для углеводородных систем. Особенно это касается вопросов определения режимов течения и величины содержания жидкости в трубопроводах, по которым транспортируется сырой газ с малым содержанием жидкости, так как такие системы имеют свои особенности и наименее изучены как с эмпирической, так и с теоретической точек зрения.

2. Обоснован выбор выносной скорости газа в качестве критерия, позволяющего оценить существование условий для накопления жидкости в полости трубопровода при транспортировке сырого газа с малым содержанием жидкости.

3. Разработан алгоритм для оценки возможности накопления жидкости в морском трубопроводе сырого газа, основанный на вычислении выносной скорости газа и построении критериальной кривой, полученной из кривых Стина-Уоллиса и Клапчука-Елина.

4. Предложена методика определения толщины слоя жидкости в сечении трубы, величины истинного содержания жидкости в трубопроводе, потерь давления при транспортировке сырого газа, границ существования раслоенно-волнового режима течения для двухфазного потока с малым содержанием жидкости в морском трубопроводе.

5. Данная методика позволила провести расчет названных показателей для газопроводов сырого газа от Штокмановского, Северо-Каменномысского месторождения и месторождения Каменномысское-море.