авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ...»

-- [ Страница 7 ] --

Первая известная и наиболее тяжёлая авария произошла в 1944 году в г. Кливленде (штат Огайо, США). По причине использования стали недостаточной прочности и ударной вязкости, а также неточности расчёта конструкции произошло разрушение нового резервуара объёмом 19,7 тыс. куб. м со стальными двойными стенками. Сжиженный природный газ разлился и попал в канализацию города. В результате взрывов и пожаров погибло человека, более 300 человек было ранено. Трагедия г. Кливленда затормозила развитие систем хранения и транспорта СПГ почти на два десятилетия.

Одна из последних крупных аварий произошла в 2004 году в г. Скикде, Алжир. Здесь в результате утечки газа произошло практически полное разрушение завода, 27 человек погибло, 74 ранено. Ущерб составил 800 млн. долл.

Что касается морской транспортировки, то 9 ноября 1974 г. японский танкер «Юе Мару» №10, водоизмещением 44 тыс. т., следовавший с полным грузом СПГ, столкнулся с либерийским судном. В катастрофе погибли 33 человека. Горящий танкер отбуксировали из залива, потом его отнесло ветром и течением ещё на 500 км. Огонь погасить не удалось, и ноября с помощью четырёх эсминцев, подводной лодки, вертолёта, производящих обстрел, танкер был потоплен. «Юе-Мару» потопили потому, что пожар, постоянно угрожая взрывом, продолжался бы ещё два месяца.

Как показывает статистика, аварии при транспорте и хранении СПГ являются следствием недостаточности знаний о свойствах применяемых материалов, поведении конструкций при низких отрицательных температурах, недостаточной изученности свойств СПГ и процессов, происходящих при эксплуатации систем транспорта и хранения, а также следствием случайных факторов (столкновение танкера, стихийное бедствие).

Одной из серьёзных технологических проблем, которой уделяют внимание зарубежные специалисты, является проблема стратификации СПГ в хранилищах. Она возникает, как правило, при закачке без перемешивания нового СПГ в уже частично заполненный резервуар, в котором хранится СПГ с характеристиками (компонентный состав, плотность, температура и другое), отличающимися от характеристик закачиваемого продукта. В результате расслоения происходит постепенный перегрев нижнего слоя относительно состояния насыщения при рабочем давлении в резервуаре и последующее резкое самопроизвольное смешение («переворачивание») слоёв с интенсивным парообразованием СПГ, во много раз превышающим номинальное испарение. Это приводит к появлению внутри резервуара волн, способных повредить крышу. За рубежом явление получило название «ролловер» и трактуется, как аварийный режим хранилища с реальной угрозой его разрушения.

Ввиду этого, специалистами были разработаны следующие способы предотвращения «ролловера»:

1. Раздельное хранение СПГ. Способ предполагает закачку СПГ с различной плотностью (составом) в различные резервуары. При этом в определённой степени теряется свобода действий по перевалке СПГ, возникает необходимость увязки и оптимального резервирования объёмов приёмных резервуаров и танкеров, а также разработки чёткого графика отгрузки СПГ. Примером отдельного хранения может служить вариант определения объёмов двух приёмных резервуаров на терминале СПГ в Кобе-Пойнт (США, шт. Колумбия) из условия размещения в них груза с одного танкера объёмом 125 000 куб. м. График использования и поставок СПГ составлен при этом так, что каждая новая разгрузка СПГ из танкера осуществляется по существу в пустые резервуары;

при этом условия для возникновения стратификации практически исключены.

2. Заполнение и перемешивание с использованием эффекта плавучести. Способ предполагает закачку относительно более лёгкой жидкости снизу, то есть под слой хранимого продукта, а более тяжёлой, наоборот, сверху. По имеющимся на сегодня теоретическим проработкам способ позволяет обеспечить эффективное перемешивание жидкостей уже в процессе заполнения. Принятие решения о способе заполнения проводится по результатам определения плотностей закачиваемого и хранимого продуктов. Это предъявляет повышенные требования к методической достоверности способа определения плотности и точности соответствующих технических средств, а также к квалификации обслуживающего персонала. Учитывая достаточно высокую вероятность ошибок в определении плотности СПГ, французские специалисты считают целесообразным в неочевидных случаях проводить залив одновременно и сверху, и снизу. Заполнение тяжелой жидкостью сверху может проводиться как свободной струей (по трубопроводу, введенному через перекрытие), так и через систему разбрызгивания СПГ (кольцевой коллектор с форсунками, подвешенный к перекрытию). При этом способе давление закачиваемого СПГ падает до рабочего давления в резервуаре и за счет частичного испарения и изменения энтальпии жидкости от нее отбирается тепло. Вследствие этого общее количество энергии, которое потенциально может быть накоплено в системе, а следовательно, и эффекты ее выделения будут значительно снижены. Следует учитывать, что при использовании распылителей имеет место частичный унос капель жидкости в газоотводный коллектор, а при использовании прямой подачи по открытому трубопроводу имеются определенные ограничения по динамическому воздействию струи на днище резервуара. Эти факторы учитываются при конструировании резервуара.

3. Заполнение и перемешивание с использованием кинетической энергии закачивае мой жидкости. Способ предполагает закачку СПГ по трубопроводу, опущенному к поверхности днища и имеющему на конце специальную насадку, ориентированную под определённым углом к вертикали. Необходимыми условиями эффективного перемешивания являются следующие:

- струя СПГ должна достигать поверхности раздела фаз или границы раздела слоёв;

- насадка должна располагаться близко к поверхности днища;

- перемешивание должно осуществляться достаточно длительное время, с тем чтобы включить в процессе всю массу жидкости (ориентировочно требуется прокачка через насадку около 10 эквивалентных объёмов перемешиваемых продуктов).

Зарубежные экспериментальные исследования показали, что струйное перемешивание наиболее эффективно при высоких скоростях закачки. Это может быть достигнуто в портах выгрузки при перекачке СПГ с танкеров в приёмные резервуары.

Экспериментами также установлено, что эффективность перемешивания зависит от угла наклона струйной насадки по отношению к вертикальной оси – оптимум соответствует значению угла наклона 75.

Метод предотвращения стратификации, а также средства контроля за развитием «ролловера» закладываются ещё на стадии проектирования объекта.

В данной работе рассматривается случай разрушения одной из ёмкостей танкера газовоза с выходом на водную поверхность 12500 куб. м СПГ вблизи пирса длиной 800 м.

Для данной ситуации наиболее характерны следующие варианты развития:

1) горение пролива, при этом основной поражающий фактор – это интенсивность теплового излучении;

2) дефлаграционное сгорание мгновенно образовавшегося газовоздушного облака.

Здесь основные параметры опасности – максимальная скорость дефлаграции и максимальное избыточное давление в ударной волне.

Расчёты выполнялись в соответствии со следующими документами: НПБ 105- «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» и ГОСТ Р 12.3.047-98 ССБТ. «Пожарная безопасность технологичес ких процессов. Общие требования».

Для принятой длины пирса 800 м величина теплового излучения составляет 35, кВт/м2. В соответствии с нормативными документами такая величина превышает все допустимые нормы.

Безопасной для человека является величина теплового излучения меньше, чем 4, кВт/м2. Такое значение будет достигнуто лишь при расстоянии до поражаемого объекта большим 1650 м. Следовательно, длина пирса 800м на о. Сахалин не обеспечивает необходи мый противопожарный разрыв для рассматриваемого случая возгорания всего пролива.

По данным зарубежных экспериментов максимальную вероятность возникновения имеет сценарий дефлаграционного сгорания мгновенно образовавшегося парогазового облака.

Дефлаграция – это горение облака с видимой скоростью распространения пламени до 300 м/с и возможностью образования ударной волны с избыточным давлением до 100 кПа.

Полученная для наших условий величина избыточного давления в ударной волне, как основного поражающего фактора, равна 0,99 кПа. В соответствии с нормативными документами такое значение не представляет опасности ни для людей, ни для сооружений, находящихся за пределами погрузочного пирса.

Полученный нами результаты свидетельствуют о том, что методики, разработанные для СУГ, могут использоваться для выполнения оценочных вычислений характеристик разлива сжиженного природного газа, но с учётом его физико-химических свойств. Для более же точных расчётов необходима серьёзная доработка существующих методов и глубокий анализ свойств сжиженного природного газа, что в свою очередь требует основательной теоретической проработки и проведение крупномасштабных экспериментов.

Эта задача весьма актуальна в настоящее время, так как Россия становится страной экспортёром СПГ, и проблема обеспечения промышленной безопасности объектов жидкого метана приобретает всё большую значимость.

УДК 622.691. Установка для экспериментального исследования закономерностей движения газовой фазы в трубопроводе со скоплением жидкости Усольцев М. Е., Коршак А. А.

Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) Транспорт двухфазных углеводородных систем по трубопроводам распространен в нефтяной и газовой промышленности. Однако сложность явлений, происходящих при совместном движении жидкости и газа, которые отличны от наблюдаемых при однофазном потоке, является причиной тому, что эта проблема пока недостаточно изучена. Наличие в трубе относительного движения фаз приводит к тому, что на поверхности их раздела возникают особые силовые взаимодействия, которые влияют на изменение полей скоростей течения, давлений и температур при переходе от одного сечения трубы к другому.

Совокупность влияния разнообразных факторов на движение газожидкостных смесей затрудняет получение расчетных уравнений на основе теоретического анализа.

Это объясняется тем, что в исходные дифференциальные уравнения входят такие величины, как касательные напряжения и истинные скорости фаз, которые на современном этапе их изученности могут быть определены только экспериментальным путем.

Одной из причин недостаточной изученности процесса движения газожидкостных смесей по трубопроводу является малый объем выполненных экспериментальных работ. В некоторых работах изучалось влияние вязкости, плотности и поверхностного натяжения, но по этим данным дифференцированную оценку влияния этих свойств на процесс движения дать весьма сложно. Опыты на наклонных трубах проводились в ограниченном объеме и почти не изучались особенности восходящего движения.

Движение газовой фазы в жидкости осложняется массообменными процессами и присутствием в жидкой фазе различных поверхностно-активных веществ, в лабораторных условиях моделируется довольно сложно, а потому для решения проблемы нужно иметь дополнительно большой экспериментальный материал, полученный в реальной обстановке.

Из этого вытекает необходимость, наряду с дальнейшим развитием лабораторных работ, в проведении широких исследований в условиях промышленных объектов. Это будет способствовать развитию теоретических положений и позволит уточнить существующие рекомендации для проектирования магистральных нефтегазопроводов. [1] Наиболее интересными для экспериментального исследования закономерностей движения газовой фазы в трубопроводе со скоплением жидкости являются опыты Грозненского нефтяного института. В этих экспериментах были выявлены различные формы движения воздуховодянной смеси, изображенные на рисунках 1-4.

Пузырьковая форма потока, показанная на рисунке 1, наблюдается при небольшом расходе газовой фазы и характеризуется движением газа в виде отдельных пузырей, расположенных в верхней части сечения трубы, и почти полным отсутствием пульсации давления. Размеры основной массы пузырей примерно одинаковы.

Пробковая структура, на рисунке 2, характеризуется последовательным чередованием пробок газа и жидкости с отчетливо выраженной асимметрией потока. С увеличением расхода газа размеры газовых пробок возрастают, а жидкостных уменьшаются. Пульсация давления в этом случае увеличивается, достигая максимума, а затем снижается.

Пробково-диспергированная структура потока, изображённая на рисунке 3, характеризуется пульсирующим движением газовых пробок, разделённых небольшими диспергированными жидкостными перемычками. При этом происходят периодические затормаживания потока, прорыв и слияние газовых скоплений, в результате чего пульсация давления достигает максимальной величины.

Раздельно-волновая форма потока, изображённая на рисунке 4, характеризуется сравнительно гладкой границей раздела фаз и почти полным отсутствием пульсации давления.

Рисунок 1. Пузырьковая структура Рисунок 2. Пробковая структура Рисунок 3. Пробково-диспергированная структура Рисунок 4. Раздельная структура Эффективность экспериментального исследования по изучению движения газовой фазы в трубопроводе со скоплением жидкости во многом зависит от выбора метода постановки эксперимента и от конструкции опытной установки. Как правило, экспериментальные исследования течения газожидкостных смесей в лабораторных условиях ведутся на установках небольших размеров. Поэтому одной из главных задач, решаемых при конструктивном исполнении установки, является определение длины и диаметра трубопровода. Диаметр трубопровода играет важную роль, так как оказывает влияние на движение пузырей (пробок) при пробковой структуре. Следует отметить и ещё одну особенность, присущую движению смесей с массообменом, а именно, влияние на относительную скорость газонасыщенности несущей среды. Было показано, что с увеличением газонасыщенности среды скорость движения пузырей газа повышается. [2-4] Для детального изучения процесса движения газовой фазы смешанного потока в наклонном трубопроводе предлагается модель участка трубопровода частично заполненного жидкостью, изображенная на рисунке 5.

7 2 Р 3 Рисунок 5. Модель наклонного участка трубопровода:

1 – компрессор;

2 – ресивер;

3 – шарнир;

4 – U-образный манометр;

5 – ёмкость для сбора жидкости;

6 – сепаратор;

7 – фильтр тонкой очистки;

8 – газовый счётчик.

Воздух от компрессора (1) поступает через ресивер (2), установленный для регулиро вания давления, в наклонный участок трубопровода, заполненный жидкостью. Для определения уровня давления в начале и конце трубопровода в схему включён U-образный манометр (4). Для определения количества уноса жидкости служит сепаратор (6), снабжённый ёмкостью для сбора (5). Для подсчёта расхода газовой фазы в установке имеется газовый счётчик (8) с установленным перед ним фильтром тонкой очистки (7). Участок трубопровода данной установки закреплён на подвижном шарнире, что позволит изменять его угол наклона. Изменяя расход газовой фазы и угол наклона трубопровода, используя жидкости с различными физическими свойствами, планируется установить закономерности движения газовой фазы через жидкость, структуру двухфазного потока, сопровождающего это движение, величину уноса и скорость насыщения жидкости.

Наклонный участок трубопровода предполагается изготовить из светопрозрачного материала (плексиглас), что обеспечит визуальный контроль процесса барботажа в наклонном трубопроводе. Физика этого процесса интересна тем, что движение пузырьков газа происходит не только из-за движения жидкости, в которой они находятся, но и вследствие действия на них выталкивающей силы. В ходе экспериментов планируется установить режимы работы трубопровода, при которых происходит барботаж, одиночное движение пузырей и разрыв потока жидкости газовыми пробками. Результаты исследований позволят изучить процесс движения газа в жидкости и выявить закономерности перемещения жидкости при различной скорости движения газа.

Библиографический список 1. Гужов, А. И. Совместный сбор и транспорт нефти и газа / А. И. Гужов. – М.: «Недра», 1973. – С.280.

2. Костерин, С. И. Исследование структур потока двухфазной среды в горизонтальных трубах / С. И. Костерин.– М.: Изв. ОТН АН СССР, 1943. – № 7. – С. 37.

3. Мологин, М. А. Формы течения, границы и критические скорости расслоения пара и газожидкостных смесей в горизонтальных трубах / М. А. Мологин.– М.: Изв. ОТН АН СССР, 1956. – № 3. – С. 126.

4. Мамаев, В. А. Некоторые вопросы гидродинамики совместного транспорта газа и жидкости / В. А. Мамаев // Нефтяное хозяйство. – 1964. – № 1.– С. 50.

УДК 665.637.72:520. Применение мультимедийных устройств для визуального определения температуры начала кристаллизации парафинов в нефти Михалев А. Ю., Леонов И. С., Онацкий В. Л.

Ухта, Ухтинский государственный технический университет Для определения температуры начала кристаллизации парафинов нефти существует различное количество методов. Наиболее распространенными методами определения температуры начала кристаллизации (ТНК) парафинов являются визуальный, вискозиметрический, фотометрический.

Фотометрический метод для определения температуры начала кристаллизации парафинов для решения проблем нефтяной промышленности не подходит, поскольку его применение возможно только для светлых жидкостей.

Применение вискозиметрического метода не рассматривается в связи со сложностью реализации.

В ходе работы рассматривается наиболее доступный и простой в реализации метод – визуальный.

Особенностями визуального поляриметрического метода определения ТНК парафинов нефти являются:

- использование поляризованного света, благодаря которому имеется возможность наблюдать и фиксировать фазовые превращения парафинов при различных температурах;

- твердые кристаллы парафинов, выпавшие в нефти или конденсате, представляют собой оптически анизотропные включения в изотропной среде (нефти или газовом конденсате).

При пропускании света через исследуемую пробу, помещенную между поляризаторами, в окуляре будет наблюдаться темное поле с большим количеством светящихся точек – это и будут отдельные кристаллы парафинов.

Наблюдая пробу с твердыми парафинами под микроскопом, можно определить структуру кристаллов парафинов, а изменяя температуру пробы, можно визуально фиксировать фазовые превращения кристаллов парафинов.

Так, при нагревании пробы до определенной температуры часть кристаллов расплавится. При этом наблюдатель отметит резкое уменьшение количества светящихся точек и зафиксирует температуру начала плавления парафинов. При обратном процессе, то есть охлаждении исследуемой пробы, при достижении определенной температуры начнут выпадать первые кристаллы высокомолекулярных парафинов, которые наблюдатель увидит по образованию первых светящихся точек и определит температуру начала кристаллизации парафинов во всем объеме пробы. Наблюдатель при этом увидит появление значительного количества светящихся точек.

Для определения ТНК стандартным визуальным методом оптической поляриметрии необходим высококвалифицированный персонал.

Главным недостатком этого метода является отсутствие графического отображения результатов исследований.

В схему стандартного визуального поляриметрического метода определения ТНК входит термостат, термостатирующая кювета и микроскоп. На рисунке 1 представлена стандартная схема визуального метода Нами предлагается модернизация метода с помощью мультимедийных устройств, включив в стандартную схему цифровой фотоаппарат для наблюдения за образованием кристаллов парафина и получения фотоизображений и видеосъемки, персональный компьютер с установленным графическим редактором и пакетом офисных программ для вывода на монитор и обработки графического отображения хода измерения. На рисунке представлен модернизированный метод.

Термостатирующая Термостат кювета Микроскоп Лаборант Рисунок 1. Схема стандартного визуального метода определения ТНК Термостатирующая Термостат кювета Микроскоп ЭВМ Цифровой фотоаппарат Графический редактор Электронные таблицы Лаборант Рисунок 2. Модернизированный метод определения ТНК В нашей работе был применен циркуляционный термостат фирмы Julabo, на блоке управления которого имеется порт RS 232 для подключения к персональному компьютеру для вывода результатов опыта на ЭВМ. Внешний вид термостата и блока регулирования представлен на рисунке 3.

В рамках решения поставленной задачи проводится синхронизация циркуляционного термостата с персональным компьютером при помощи программного обеспечения Easy Temp, входящим в комплект термостата Julabo, которое позволяет контролировать процесс исследования в режиме реального времени и наблюдать образование парафинов.

Для решения проблемы с отсутствием визуализации результатов измерений был использован цифровой фотоаппарат, предварительно установленный в камеру-насадку микроскопа, для его фиксации и получения качественных фотоснимков кристаллов парафина. Для оперативного отображения результатов съемки предполагается синхронизировать фотоаппарат с персональным компьютером.

Рисунок 3. Циркуляционный термостат фирмы Julabo В качестве операционной системы (ОС) на задействованном в эксперименте персональном компьютере была применена ОС Linux. Ее отличие от ОС Windows заключается в:

- свободном распространении;

- простоте освоения.

На рисунке 4 представлены логотипы самых распространенных дистрибутивов операционной системы Linux, которые могут быть использованы для решения поставленной нами задачи.

Рисунок 4. Операционная система Linux Для редактирования полученных изображений был применен графический редактор GIMP на базе Linux с широким спектром графического инструментария и офисным пакетом программ Open Office на базе Linux, который является более функциональным, чем MS Office Word. Стоить отметить и бесплатную основу распространения данного программного обеспечения, что значительно удешевляет предлагаемый метод.

Таким образом, применение мультимедийных технологий значительно увеличивает функциональные возможности визуального метода определения температуры начала кристаллизации парафинов нефти, что в свою очередь позволяет разрабатывать более эффективные методики борьбы с отложением парафинов.

Использование данного оборудования позволяет решить следующие задачи:

- имеется возможность контролировать изменение температуры исследуемого объекта в режиме реального времени благодаря синхронизации блока управления термостата с ПК;

-применение цифровой фотокамеры в сочетании с компьютером позволяет в режиме реального времени отслеживать состояние объекта исследования, что в свою очередь решает проблему отсутствия графического отображения измерений;

-полученные с цифровой фотокамеры материалы становятся основой для более детального изучения структуры кристаллов парафина (с использованием современных графических редакторов и фильтров);

-использование свободно распространяемого программного обеспечения позволит значительно удешевить предлагаемый метод.

УДК 622.691.4.052.012.002. Определение работоспособности трубных элементов с овальностью поперечного сечения Бирилло И. Н.

Ухта, филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ» – «Севернипигаз»

При проектировании трубопроводных систем условно предполагают бездефектное состояние используемых труб и элементов в течение всего срока функционирования объекта.

В этом случае закладываемый запас прочности позволяет гарантировать эксплуатацию трубопроводного объекта без аварий и инцидентов, либо с минимальным риском их возникновения. При этом дефектом в соответствии с ГОСТ 15467 является каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией.

Проводимые обследования эксплуатирующихся технологических трубопроводов показывают, что проектное условие бездефектности трубных элементов выполняется не в полной мере. На действующих объектах регистрируются как дефекты формы сечения, так и дефекты стенок, вызывающие локальное нарушение целостности металла без изменения проходного сечения (забоины, задиры, раковины, и т.п.). Одним из нарушений формы сечения трубных элементов является овальность поперечного сечения. Нарушение геометрии поперечного сечения вызывает изменение напряженного состояния трубного элемента, при этом в стенках элемента под действием рабочего давления к номинальным напряжениям добавляются изгибные кольцевые напряжения.

При отклонении формы поперечного сечения трубного элемента от круговой полные кольцевые напряжения определяются формулой [1]:

рDн k 2 (1k cos k + 2k sin k), кц = 1 12 2 (1) 2 k =2 k 2 1 + 3 p р – рабочее давление;

Dн – наружный диаметр трубы;

– толщина стенки где трубы;

p – безразмерный параметр давления, определяемый по формуле:

1 2 Dн p= р, (2) 2E Е – модуль Юнга стали;

– коэффициент Пуассона;

– координата, где отсчитывающая толщину стенки ( 0,5 0,5 ) ;

– окружная координата (0 2);

1k, 2k – коэффициенты ряда Фурье разложения функции отклонений формы сечения от круговой.

Для труб с поперечным сечением, близким к овальному (рис. 1), выражение (1) примет вид:

pDн кц = 1 12 2 1 + р cos 2. (3) 2 – амплитудное значение изменения половины номинального диаметра трубы, где равное одной четвертой разности максимального и минимального диаметров трубы, измеренных в одном поперечном сечении:

D Dmin = max. (4) Выражение (3) описывает распределение кольцевых напряжений по толщине стенки трубы и угловой координате. Максимальные напряжения имеют место в точках трубы с координатами = ;

= ;

и = ;

= 0;

, где составляют:

2 2 2 pDн max = 1 + ( 1 + p ). (5) кц 2 Рисунок 1. Схема поперечного сечения трубного элемента:

1 – круговое;

2 – овальное pDн н, формулу (5) можно записать в следующем виде:

Учитывая, что кц max = К кц н, (6) кц кц К кц = 1 + где – коэффициент концентрации кольцевых напряжений.

( 1 + p ) Относительной величиной, характеризующей овальность трубного элемента, является параметр овальности (), равный отношению разности между наибольшим и наименьшим диаметром в одном сечении к номинальному диаметру:

D Dmin = max 100 %. (7) Dн Учитывая формулы 4 и 7, выражение для вычисления коэффициента концентрации кольцевых напряжений можно записать в следующем виде:

1,5 / К кц = 1 +. (8) (1 + р ) Dн В соответствии с действующими нормами овальность концов труб не должна превышать 1 %. Овальность труб толщиной 20 мм и более не должна превышать 0,8 %.

Используя вышеприведенные зависимости, проанализируем изменение коэффициента концентрации Ккц кольцевых напряжений в зависимости от величины овальности трубного элемента (), его геометрических размеров (, Dн) и значения внутреннего давления (р), а также влияние нормативной овальности на НДС трубных элементов, наиболее часто встречающихся на трубопроводных обвязках нагнетателей компрессорных станций (табл. 1).

Результаты расчета сведены в табл. 2 и 3, а сопоставление коэффициентов концентрации напряжений и максимальных напряжений проиллюстрировано на рис. 2-5.

Таблица Геометрические параметры трубных элементов Рабочее Материал и его механические свойства Толщина стенки, мм Наружный давление, R1н, МПа н диаметр, мм Марка R2, МПа расчетная фактическая МПа 720 5,4 15ХСНД 490 343 10,4 720 5,4 Ст20 412 245 12,3 720 7,4 15ХСНД 490 343 14,1 1020 7,4 СКП 600 420 15,2 15, Примечание. СКП – сталь контролируемой прокатки Таблица Изменение номинального диаметра трубного элемента при наличии овальности Номинальный Значение параметра (мм) при овальности (%) наружный 1,0 2,0 3,0 4, диаметр 720 1,80 3,60 5,40 7, 1020 2,55 5,10 7,65 10, Ккц 2, 2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1,, 5, % 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4, Рисунок 2. Зависимость коэффициента концентрации кольцевых напряжений от величины овальности трубного элемента и его геометрических размеров (р=5,4 МПа):

1 – / Dн=0,01;

2 – / Dн=0,015;

3 – / Dн=0,02;

4 – / Dн=0, 1, Ккц 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, /Dн 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0, Рисунок 3. Зависимость коэффициента концентрации кольцевых напряжений от геометрических размеров трубного элемента и значения внутреннего давления (=1 %):

1 – р=5,4 МПа;

2 – р=7,4 МПа Ккц К 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, а б в г трубный элемент сс расчетной толщиной стенки трубный элемент расчетной толщиной стенки трубный элемент сс фактической толщиной стенки трубный элемент фактической толщиной стенки Рисунок 4. Концентрация напряжений, возникающая в трубных элементах с нормативной овальностью поперечного сечения:

а – 720 16 (10,4) мм;

б – 720 20 (12,3) мм;

в – 720 20 (14,1) мм;

г – 1020 16,2 (15,6) мм (в скобках даны расчетные значения толщины стенки) max 1, R 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, а б в г трубный элемент с расчетной толщиной стенки трубный элемент с расчетной толщиной стенки трубный элемент с фактической толщиной стенки трубный элемент с фактической толщиной стенки Рисунок 5. Сопоставление максимальных напряжений, возникающих в трубных элементах с нормативной овальностью поперечного сечения:

а – 720 16 (10,4) мм;

б – 720 20 (12,3) мм;

в – 720 20 (14,1) мм;

г – 1020 16,2 (15,6) мм (в скобках даны расчетные значения толщины стенки) Таблица Параметры напряженного состояния трубного элемента с овальностью поперечного сечения Анализ полученных данных показывает следующее.

1. Увеличение овальности трубного элемента вызывает рост коэффициента концентрации кольцевых напряжений. При этом изменение коэффициента концентрации происходит по линейной зависимости (см. рисунок 2).

2. Увеличение внутреннего давления вызывает снижение коэффициента концентрации кольцевых напряжений (см. рисунок 3). Например, при увеличении рабочего давления с 5,4 до 7,4 МПа в трубном элементе с /Dн=0,02 и начальной овальностью, равной 1,0 %, коэффициент концентрации кольцевых напряжений снижается с 1,30 до 1,25.

3. При увеличении соотношения /Dн, то есть с повышением толщины стенки трубного элемента, происходит более значительный рост кольцевых напряжений. Для рассматриваемых трубных элементов эта тенденция сохраняется даже в тех случаях, когда из-за повышенной толщины стенки уменьшается нормативное значение овальности (см. рисунок 4). Например, у трубных элементов 720 20 с нормативной овальностью 0,8 %, рост максимальных кольцевых напряжений составляет 1,318 при внутреннем давлении 7,4 МПа и 1,385 при внутреннем давлении 5,4 МПа, что на 2,1 и 3,8 % больше, чем у этих же трубных элементов с расчетной толщиной стенки, равной 14,1 и 12,3 мм соответственно, и нормативной овальностью 1,0 %. Следует отметить, что с увеличением соотношения /Dн рост коэффициента концентрации происходит неравномерно (см. рисунок 3). Наиболее значительный рост коэффициента концентрации наблюдается при изменении параметра /Dн с 0,006 до 0,02.

4. Несмотря на более значительный рост кольцевых напряжений, возникающих в стенках трубных элементов с фактической толщиной стенки, их значения все же ниже, чем у трубных элементов с расчетной толщиной стенки. При этом у трубных элементов 720 16 и 720 20 мм максимальные напряжения не выходят за рамки нормативных значений, составляя 0,738…0,829 от регламентируемого расчетного сопротивления R1. У трубных элементов с расчетной толщиной стенки максимальные напряжения составляют (1,104…1,184) R1 (см. рисунок 5).

Значения максимальных напряжений, возникающих в трубных элементах с расчетной толщиной стенки, будут достигнуты в соответствующих трубных элементах с фактической толщиной стенки при овальности поперечного сечения, равной 2,7;

3,0;

2,5 и 1,2 %. Эти значения овальности в 2,67;

3,78;

3,11 и 1,17 раз выше, чем значения, установленные нормами для рассмотренных трубных элементов.

5. При наличии у трубного элемента овальности 3 % и более максимальное отличие поперечного сечения от номинального кругового сечения может превысить толщину стенки (см.

табл. 2). В этом случае монтаж трубных элементов возможен только со смещением свариваемых кромок или путем их локального деформирования.

Таким образом, при решении вопроса о работоспособности эксплуатирующегося трубного элемента с овальностью необходимо учитывать не только ее величину, но фактическую толщину стенки и конкретные условия нагружения трубного элемента. При этом значение допустимой овальности может быть определено исходя из уровня максимальных напряжений в стенке трубного элемента. При отбраковке демонтированных трубных элементов величина овальности их концов должна соответствовать требованиям существующих норм, так как увеличение овальности не позволит смонтировать трубные элементы без смещения свариваемых кромок или их локального деформирования.

Библиографический список 1. Р51-31323949-42-99. Рекомендации по оценке работоспособности дефектных участков газопроводов. – М.: ВНИИГАЗ, 1998. – 68 с.

УДК 621. Выбор метода контроля обетонированных труб для подводных переходов Попова А. И., Вишневская Н. С.

Ухта, Ухтинский государственный технический университет Для выбора физического метода контроля или их комбинации необходимо учитывать цель и содержание задачи, условия ее решения, а также особенностей объекта контроля и объекта поиска.

Выбранный метод должен не только обеспечить эффективное решение поисковой задачи, на и быть безопасным, мобильным и портативным.

Важными факторами, определяющими окончательное принятие решения о выборе того или иного метода контроля или их комбинации, является наличие априорной информации о структуре и физических свойствах, как объекта контроля, так и объекта поиска, характере взаимодействия физических полей с ними, а также условиях и допустимом времени контроля.

Что мы имеем: трубу, покрытую слоем бетона, который сам по себе является сложным объектом для контроля. Кроме того, слой бетона препятствует проведению диагностики металла трубы. Разберемся для начала с бетоном.

Радиационный метод ввиду своей универсальности позволяет осуществлять контроль строительных конструкций из бетона и железобетона. Однако для его реализации, как правило, необходим двухсторонний подход к объекту контроля, что невозможно при обследовании бетонного покрытия труб.

Бетон, железобетон и другие или подобные материалы, обладающие высокой неоднородностью внутренней структуры, являются весьма сложным объектом контроля, что обуславливается несколькими причинами.

Во-первых, быстрый рост коэффициента затухания акустических волн от частоты делает практически невозможным использование сигналов с частотами более 200 кГц для контроля таких материалов. Причем уже в диапазоне от 100 до 200 кГц затухание растет столь значительно, что спектр принятого сигнала оказывается заметно ограниченным со стороны верхних частот.

Во-вторых, крупнозернистая (в сравнении с длиной акустической волны) структура материала порождает сильный структурный шум, уровень которого тем больше, чем выше частота сигнала, что также ограничивает сверху возможности выбора рабочей частоты сигнала.

В-третьих, обычно грубая, пористая и пыльная поверхность бетонной конструкции сильно затрудняет выбор и применение контактных смазок, делает акустический контакт аппаратуры с объектом контроля очень ненадежным и нестабильным. Проведение контроля при этом сопровождается значительными непроизводительными потерями времени на создание и поддержание акустического контакта. Последнее обстоятельство заставляет искать и оптимизировать пути использования сухого акустического контакта.

Существенная неоднородность внутренней структуры объектов из бетона и железобетона является причиной высокого уровня структурных помех, одним из путей снижения которых является оптимизация зондирующего сигнала.

Структурный шум – это множество подобных сигналов со случайными задержками и амплитудными множителями, зависящими от величины задержки, так как большей задержке отвечает больший пройденный сигналом путь в объекте контроля и большее количество переотражений от его неоднородностей.

Структурная реверберация (процесс постепенного затухания звука), в частности в бетоне, представляет собой многократные переотражения ультразвуковых волн между элементами крупного заполнителя, сопровождающиеся взаимной трансформацией продольных колебаний в поперечные и обратно. Как правило, размеры отдельных элементов заполнителя и расстояния между ними соизмеримы с длиной УЗ волны, поэтому энергия зондирующего импульса, излученная в бетон, в основном рассеивается на неоднородностях, расположенных в окрестности точки излучения, и лишь частично расходится к более удаленным слоям материала. В результате акустический шум, принимаемый УЗ преобразователем, затухает с момента излучения зондирующего импульса существенно медленнее, чем предсказывает расчет, не учитывающий вторичное и более сложное рассеяние. Реализации структурного шума, получаемые от повторных зондирований при неизменных положениях излучателя и приемника ультразвука, из-за стационарности среды полностью коррелированны между собой в совпадающие моменты времени. Однако при смене положений точек излучения и приема корреляция нарушается.

По материалам публикации в печати и сети Интернет акустический метод контроля, а более точно ультразвуковой (УЗ) импульсный эхо-метод обеспечивает возможность визуализации внутренней структуры неоднородных материалов (к которым относятся бетон и железобетон) при одностороннем подходе к ним. Естественно, такие особенности метода в совокупности с возможностью представления результатов контроля в виде двумерного изображения сечения произвольной ориентации внутренней структуры исследуемых конструкций (томограмм), а также синтезирование трехмерного изображения обеспечивают ему ряд преимуществ и делают привлекательным для реализации в поисковой аппаратуре.

Такая аппаратура обеспечивает диагностику изделий из бетона и железобетона при одностороннем подходе к их поверхности, что для обетонированных труб является единственной возможностью осуществления контроля.

В своих работах сотрудник ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР» Козлов В. Н. поясняет, что обеспечить пространственную селекцию отражателей при ненаправленных УЗ преобразователях в принципе можно многоракурсным зондированием каждой точки исследуемого полупространства с его поверхности. Этот метод, находящий в последнее время применение при контроле мелкоструктурных материалов и в медицинской диагностике, физически аналогичен фокусировке УЗ излучения в каждую точку полупространства и фокусированному приему сигналов, отраженных от каждой зондируемой точки, и практически осуществляется путем сканирования поверхности полупространства УЗ преобразователями, синтезирующими приемно-излучающую апертуру больших волновых размеров. Этот метод известен в литературе, как метод SAFT (Sinthetic Aperture Focusing Technique). При его использовании продольное разрешение (по глубине) в первом приближении определяется пространственной протяженностью акустического импульса, а в поперечном (по фронту) близко к длине акустической волны.

Для получения наибольшего числа некоррелированных реализаций необходимо правильно выбрать шаг сканирования УЗ преобразователями поверхности полупространства при синтезе апертуры (или шаг антенной решетки) и размеры активной поверхности преобразователя (элемента решетки).

На рисунке 1 схематично показан антенный преобразователь, выполненный в виде двухмерной матрицы элементарных точечных преобразователей, расположенных с шагом Dl (в первом приближении много меньшим длины волны) на поверхности объекта в пределах апертуры S (апертура – излучающая или принимающая излучение поверхность). Каждый из элементарных преобразователей может как излучать, так и принимать ультразвуковые колебания. Несфокусированный совмещенный антенный преобразователь эквивалентен параллельному включению всех этих элементов, а для обеспечения фокусировки в произвольную точку F следует обеспечить возможность независимой фазировки каждого из элементов. Под фазировкой понимается создание для каждого элемента такой задержки (в электрическом или акустическом тракте) при излучении и приеме сигнала, чтобы возбуждаемые одним электрическим импульсом акустические сигналы от всех элементов одновременно приходили в точку F, а отраженные от нее сигналы после приема всеми преобразователями суммировались бы синфазно.

Рисунок 1. Схема матричного антенного преобразователя Для эхо-импульсного метода применительно к контролю бетона такая фазировка может осуществляться в цифровом виде на основе модифицированного метода SAFT-C, который отличается тем, что исходные реализации получают не только от каждого элементарного преобразователя антенной решетки (АР), работающего в совмещенном режиме, но и вместе с этим используются все сочетания пар преобразователей, расположенных в пределах апертуры.

Радиус корреляции характеризует расстояние, на котором случайные отклонения физических величин влияют друг на друга. Радиус корреляции r определяет такой минимальный размер круговой области на поверхности контролируемого пространства, при котором реализации шума (при отсутствии дефектов), принятые из точек в центре и на границе области при неподвижном излучателе, практически не коррелированны. Меньший, чем r шаг использовать бесполезно, так как дополнительного накопления сигнала от новых реализаций входных колебаний практически не будет, а общее число реализаций возрастет.

Шаг расположения элементарных преобразователей в АР и шаг сканирования одиночным элементарным преобразователем поверхности объекта контроля в случае последовательного физического синтеза апертуры зависят также от размеров области контакта преобразователей. При использовании преобразователей с жидкостным контактом эти размеры, как правило, составляют (0,5-1,5) длины акустической волны в бетоне. При использовании преобразователей с сухим контактом размеры области контакта можно считать равными нулю.

Изложенное позволяет сформулировать основные требования к апертуре, синтезируемой преобразователями с жидкостным контактом, для обеспечения наибольшего отношения сигнал/шум в получаемой томограмме следующим образом:

1. Синтезируемая апертура должна быть заполненной, то есть вся поверхность контролируемого объекта, ограниченная крайними элементами апертуры, должна быть активной.

2. При получении и приеме сигналов должна использоваться каждая пара элементов апертуры из всех возможных (попарных) комбинаций независимо друг от друга, а также каждый элемент в паре с собой. Такое зондирование можно назвать комбинационным.

Первое из этих требований означает, что каждая область поверхности исследуемого полупространства, попадающая в пределы синтезируемой апертуры, должна использоваться для излучения и приема УЗ колебаний и вносить вклад в суммарный эхо-сигнал.

Второе требование максимизирует количество некорреляционных (по шуму) реализаций входных колебаний, которое можно получить от имеющегося ограниченного числа элементов апертуры. Иными словами, если апертура синтезируется n элементами, то каждый из них должен один раз проработать в паре с остальными n-1 элементами апертуры в качестве излучателя (или приемника) УЗ колебаний и один раз как совмещенный УЗ преобразователь.

Сформулированные выше положения позволили разработать структурно функциональные схемы и создать ряд образцов поисковой акустической аппаратуры для диагностики бетонных и железобетонных конструкций, а также изделий из структурно неоднородных материалов, обеспечивающих контроль при одностороннем доступе к поверхности контролируемых объектов.

Проведённые Козловым В. Н., Самокрутовым А. А. и Шевалдыкиным В. Г. исследо вания [3] соотношений уровней полезных сигналов, структурного шума и прочих помех при эхо-импульсном контроле бетона продольными и поперечными УЗ волнами показали, что при использовании поперечных волн можно добиться лучших характеристик дефектоскопической аппаратуры, т. е. помеховая ситуация при контроле бетона поперечными волнами более благоприятна. Следует добавить, что волновые размеры локальных отражателей для поперечных волн почти вдвое больше, чем для продольных.

Поэтому можно ожидать для них лучших отношений сигнал/шум на поперечных волнах.

Заполненные жидкостью трещины в бетоне лучше отражают поперечные волны, чем продольные, из-за большего скачка импедансов. Таким образом, применение поперечных УЗ волн для дефектоскопии бетона эхо-методом более предпочтительно, чем продольных.

Грубая и пористая поверхность бетона плохо смачивается контактными жидкостями и надёжный акустический контакт с ней создать очень трудно. Поэтому эхо-импульсная аппаратура с жидкостным акустическим контактом не нашла широкого практического применения. Жидкостный контакт используют в настоящее время в основном при сквозном прозвучивании бетонных конструкций.

В случае, когда для контроля представлен участок покрытой бетоном трубы без изоляции, необходимо использовать преобразователи с сухим точечным контактом (СТК).

Тогда шаг элементов в апертуре следует брать равным или несколько меньшим радиуса корреляции. Преодолеть проблему акустического контакта позволили предложенные исследователями низкочастотные УЗ преобразователи с сухим точечным контактом и протектором, много меньшим длины волны. С их помощью стало возможным вести контроль бетона как продольными, так и поперечными акустическими волнами.

Преобразователи обладают малой длительностью рабочих сигналов (относительная полоса частот более 70 %) и низким уровнем собственных реверберационных шумов.

УЗ преобразователи с СТК, генерируют на поверхности твёрдого тела нормальную или касательную к ней колебательную силу. Эти преобразователи можно использовать не только как элементы антенных решёток, но и как выносные преобразователи для контроля бетона, композитов и пластмасс. Протекторы преобразователей выполнены из титана.

Точкой их акустического контакта с объектом контроля служит вершина конуса или выпуклая поверхность керамической вставки, стойкой к абразивному износу.

Полученные результаты позволили создать простые в эксплуатации приборы для эхо импульсной дефектоскопии железобетонных конструкций. Они работают на поперечных УЗ волнах, излучение и приём которых выполняется с помощью матричных решёток преобразователей с СТК.

Первые значимые результаты в области создания отечественных акустических поисковых средств, которые до настоящего времени не имеют зарубежных аналогов, выразились в разработке низкочастотного ультразвукового толщиномера “КОНДЕНСАТОР 7” (УТ-201), представленного на рисунке 1, и поискового томографа “ОТЗЫВ-1” (УИ-201) – рисунок 2, предназначенных для измерения геометрических параметров и диагностики строительных конструкций из железобетона путем визуализации внутренней структуры объектов контроля. Но эта аппаратура имеет значительные весовые характеристики: УТ- – до 8 кг, УИ-201 ~ 30 кг. Кроме того, их антенные решетки, представляющие собой жестко соединенные элементы-преобразователи, требуют жидкостного контакта и не обеспечивают надежной работы по неровным и шероховатым поверхностям. Чувствительность аппаратуры обеспечивает возможность контроля на глубины не более 500 мм.

Следующим шагом в создании акустических поисковых средств была разработка аппаратуры, в которой были учтены и устранены отмеченные выше недостатки, являющиеся главным фактором, ограничивающим широкое применение как толщиномера, так и томографического комплекса.

Ультразвуковой томограф А1230 был разработан в 1994 году. А1230 представляет собой электронный блок с 36-элементной (6х6) антенной решёткой, подключённый к персональному компьютеру. При ручном сканировании антенным блоком поверхности исследуемого объекта синтезируется УЗ апертура размером до 1 метра в направлении сканирования. Это позволяет визуализировать внутреннюю структуру бетонной конструкции на такую же глубину. Каждый элемент решетки имеет независимый от других подвижно упругий подвес. Такая конструкция обеспечивает проведение контроля без контактных жидкостей при не плоских поверхностях изделий с размахом неровностей до 8 мм.

Чувствительность А1230 достаточна для обнаружения в бетонах марки 400 с наибольшей крупностью заполнителя 20 мм пустот объёмом порядка 30 см3 на глубинах до 300 мм или протяжённых пустотных дефектов диаметром 15-20 мм на глубинах до 500 мм.

Работа томографа основана на импульсном эхо-методе с синтезированной фокусируемой апертурой и когерентной (согласованной между собой) обработкой данных.

Томограф представляет собой антенное устройство (АУ), которым оператор вручную сканирует обследуемый объект, и персональный компьютер, отображающий полезную информацию в виде трехмерных образов и томограмм.

Наличие в составе томографического комплекса А 1230 ЭВМ со специальным программным обеспечением позволяет осуществлять представление получаемой информации о внутренней структуре объекта контроля в трехмерном виде. Причем программа обеспечивает возможность предварительной обработки информации, выделять объекты поиска, реализовать многоракурсную визуализацию и т.п. На рисунке 2 представлен один из вариантов вывода информации в трехмерном виде.

Достоинства прибора:

- сухой акустический контакт с поверхностью материала;

- адаптация антенного устройства к неровностям поверхности бетона;

- двумерное и трехмерное представление внутренней структуры объекта контроля;

- спектр частот ультразвуковых сигналов 30-90 кГц.

- поворот образа синтезированного объема в любой плоскости;


- пороговая и сглаживающая фильтрация трехмерного образа и томограммы;

- ручной и автоматический режимы пороговой обработки изображений;

- распечатка изображений на бумаге с помощью принтера.

Созданная поисковая аппаратура позволяет обнаруживать в бетоне локальные дефекты, сравнимые по размерам с длиной волны ультразвуковых колебаний. Размер зерен крупного заполнителя бетона определяет естественный предел чувствительности прибора.

Протяженные дефекты обнаруживаются с лучшим отношением сигнал/шум, несмотря на то, что все томограммы получены при фокусировании апертуры в каждую точку полупространства.

Сегодня каскадируемый ультразвуковой томограф А1040М «Полигон» с успехом применяется для ручного контроля. Полученные в процессе контроля сигналы передаются в цифровом виде для томографической обработки на Notebook, низкочастотные преобразователи с сухим точечным контактом имеют независимые пружинные прижимы, что позволяет проводить измерения по неровным поверхностям.

Замечу, что в процессе создания поисковых аппаратурных средств, предназначенных для контроля строительных конструкций из бетона и железобетона, накоплен значительный объем информации, найден ряд технико-технологических решений, определены методики, получен ряд результатов, позволяющий без особых дополнительных затрат создать аппаратурные средства, функциональным назначением которых может быть оценка качества бетонных и железобетонных конструкций, их прочности. Над созданием таких аппаратурных средств целенаправленно трудятся специалисты ряда зарубежных научных центров, среди которых Институт Кэмбриджа (Cambridge Ultrasonic) и Институт в Дармштате (Institute fur Massivbau Darmstadt) добились наиболее значимых результатов. Следует, однако, подчеркнуть, что результаты исследований этих научных школ все же значительно отстают от изложенных выше.

Рисунок 2. Трехмерное изображение внутренней структуры объекта контроля Что касается контроля металла, задача на данный момент для меня еще не решенная.

Пока лишь только наметилось направление поиска, которое не факт, что приведет к положительному результату, но, как говорится, отрицательный результат – тоже результат.

Анализируя материалы статей в прессе и Интернете, я пришла к выводу, что в решении нашей задачи мне могут быть полезны результаты исследований проведенных НТЦ «Транскор-К».

В настоящее время НТЦ «Транскор-К» активно ведет поиск методов контроля трубопроводов без прекращения эксплуатации в сложных городских условиях, когда трубопроводы спрятаны под слоем асфальта, переплетаются между собой, труднодоступны для шурфовки.

В № 6 журнала «Наука в России» за 2003 год было рассказано о новой технологии бесконтактного магнитометрического обследования, позволяющей выявить техническое состояние подземных трубопроводов на удалении до 15-ти диаметров от них («Видящие сквозь землю», стр. 13-17). Данная технологи была удостоена диплома Выставки «Трубопроводные системы-2003» «За лучшую отечественную разработку в области диагностики трубопроводных систем». Бесконтактный сканирующий магнитометр «СКИФ»

в последствии был еще немного адаптирован, что позволило более технологично измерять расстояния (продольную координату) трубопроводов в городских условиях. Первые результаты работ на коммунальных трубопроводах (газораспределительные сети ГУП «Мосгаз», «Мособлгаз», тепловые сети ГУП «Ленэнерго», водопроводы ГУП «Мосводоканал», «Ленводоканал») показали возможности нового метода. В первую очередь важно отметить, что выявляются участки с локальной коррозией под отслоившимся изоляционным покрытием. В качестве примера можно привести выявление коррозионного поражения глубиной до 60 % толщины стенки трубы на участке, где по данным традиционной электрометрии не было отклонений ни в уровне защитного потенциала, ни в переходном сопротивлении изоляционного покрытия. Кроме того, уверенно распознаются участки трубопроводов старой и новой прокладки, а также всевозможные дефекты металла иной природы, нежели коррозия, и участки с деформацией трубопровода (усадка, оползни, промоины и т.п.).

За два последние года технология бесконтактного магнитометрического обследования металлических сооружений с применением разработанных приборов прошла широкомасштабную промышленную апробацию на объектах ОАО «Газпром» (ООО «Баштрансгаз», ОАО «Томскгазпром», ОАО «Якутгазпром», ОАО АК «Транснефтепродукт»;

АК «Узтрансгаз») общей протяженностью более 5000 км.

По результатам обследования на объектах основного заказчика 2003 года - АК «Узтрансгаз» (более 6000 км) - был разработан и утвержден Заказчиком и органами Госгортехнадзора Республики Узбекистан нормативный документ. На его основе составлен план капитального ремонта магистральных газопроводов, с высоким экономическим эффектом за счет отсутствия затрат на подготовительную работу к пропуску через трубопровод снарядов-дефектоскопов. Абсолютное большинство дефектов (93 %) в контрольных шурфах было идентифицировано. Среди них преобладали дефекты металла, связанные с локальной коррозией под отслоившимся изоляционным покрытием. Подобный тип коррозии принципиально не выявляется традиционным электрометрическим методом.

Из выявленных дефектов 36% подлежали немедленному ремонту. На промысловых трубопроводах нефтяных компаний НК «ЮКОС», «Татнефть», «Северная нефть» в развитии применения полученного опыта, проведено опробование современного варианта трассопоискового оборудования серии ПОИСК.

Результаты исследований «Транскор-К» заинтересовали меня;

если они могут «видеть сквозь землю», возможно, и сквозь бетонный слой трубы удастся оценить состояние металла? На мой запрос о возможности диагностики металла обетонированного трубопровода специалисты «Транскор-К» ответили, что уже сталкивались с этой проблемой, и такая задача была ими успешно решена. При помощи одного из их приборов было проведено обследование обетонированного водовода без прекращения эксплуатации. По результатам контроля был составлен план ремонта.

В дальнейшем я собираюсь продолжить поиск в этом направлении.

Библиографический список 1. Ковалев, А. В. Поисковые технические средства на основе методов интроскопии.

Акустические поисковые системы./ А. В. Ковалев, – Бюро научно технической информации // Специальная Техника. – 1999. – №6;

2. Пат. 2082163 Российская Федерация, Ультразвуковой низкочастотный преобразователь / В. Н. Козлов, А. А. Самокрутов, В. Г. Шевалдыкин, Бюл. № 17, 1997.

3. Козлов, В. Н. Ультразвуковой контроль конструкций из бетона при сухом акустическом контакте. Методы, средства и возможности. / В. Н. Козлов, А. А. Самокрутов, В. Г. Шевалдыкин, ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР». – Москва.

4. Ковалёв, А. В. Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селекция / А. В. Ковалёв, В. Н. Козлов, А. А. Самокрутов, В. Г. Шевалдыкин, Н. Н. Яковлев // Дефектоскопия. – 1990. – № 2. – С. 29 - 41.

5. Горошевский, В. П. Видящие сквозь землю / В. П. Горошевский, С. С. Камаева, И. С. Колесников // Наука в России. – 2004. – № 6. – С. 13- УДК 629. Конденсация компонентов природного газа за ударной волной около тонких клиньев в сверхзвуковом потоке Егоров Б. В.1, Забабурин Е. А.2, Маркачёв Ю. Е. 1 - Жуковский, ФГУП «ЦАГИ»

2 – Москва, Московский физико-технический институт Статистика выхода из строя систем сжатого газа показывает, что наиболее распространенной причиной являются повреждения, вызванные протекающими в системе газодинамическими процессами ударно-волновой природы, приводящими к резкому повышению давления и температуры среды в системе. Арматура, в зависимости от места установки и режима работы системы, может быть либо источником ударно-волновых процессов, либо объектом их воздействия.

Причиной эрозии уплотнительного элемента часто является воздействие конденсационной фазы, возникающей в потоке при низких температурах, вызванных расширением газа при открытии клапана заданной геометрии.

Рисунок 1. Запорная арматура (справа) и расчётные значения числа Маха внутри её модели (слева) [1] На рисунке 1 схематически показано устройство исследуемого углового запорного клапана с узлом затвора в виде «тарелки» с направляющей «юбкой» [1]. Между корпусом клапана и направляющей «юбкой» предусмотрена сравнительно узкая кольцевая щель шириной = (58)*10-2мм. Газ под высоким давлением поступает из подводящей магистрали в полость клапана и истекает из нее через кольцевой зазор. При срабатывании клапана «тарелка» с запрессованным в нее уплотнительным элементом отходит от уплотнительного выступа «седла» и образует зазор шириной h. Величина зазора со временем растет от нуля до заданного предельного значения. Открытие клапана сопровождается процессом истечения газа из полости, образованной «тарелкой», «юбкой» и уплотнительным выступом, через зазор h и затеканием газа в эту полость через щель.. Поскольку время распространения возмущения внутри клапана значительно меньше времени его открытия, то течение газа будем рассчитывать при постоянных значениях ширины кольцевого зазора h в заданном диапазоне ее изменения.

Как видно на рисунке 1, в зазоре формируется сверхзвуковой поток, в котором газ охлаждается, что приводит к росту простейших кластеров компонентов природного газа [2] и, в первую очередь, димеров паров воды (H2O)2.

Рисунок 2. Зависимость мольной доли димеров паров H2O (справа) от расстояния вдоль образующей клина (слева) при различных значениях угла клина На рисунке 2 (слева) приведена схематически модель течения сверхзвукового потока в канале около небольшого препятствия в виде клина. Как было показано в работе [3], возникающая наклонная слабая ударная волна для газа CO2 для малых углов клина приводила к росту числа кластеров за счёт увеличения частоты столкновений мономеров, а разрушение кластеров при этом за счёт роста температуры было небольшим. При увеличении угла клина растёт мощность ударной волны, что приводит к росту поступательной энергии, сравнивающейся с энергией диссоциации. В результате этого процесса мольная доля кластеров газа начинает уменьшаться. Как видно из результатов расчётов на рисунке 2, оптимальный рост димеров паров воды происходит при угле клина порядка – 4,4o. Отметим, что при этом отношение мольной доли димеров к мольной доле мономеров становится больше 5%, что согласно критерию Кало [4] означает начало конденсации. Как было показано нами в работе [2] между критерием Кало и хорошо известным в классической теории конденсации параметром пересыщения S = P/P существует простое соотношение:


[ ] N dim = S 1.1 10 2 + 1.125 10 4 (T 307). (1) N mon Согласно соотношению (1), при отношении мольной доли димеров к мольной доле мономеров больше 5%, величина пересыщения S = P/P больше 4 (при T=305K).

Наличие димеров паров воды приводит к значительному росту многих химических реакций с участием воды, обычно идущих в тройных столкновениях, а теперь возможных при бинарных столкновениях. Например, реакция образования серной кислоты, столь важной в процессах коррозии металла, может происходить практически за одно столкновение:

SO3 + (H2O)2 H2SO4 + H2O. (2) В дальнейшем в работе, на основании ранее разработанной модели неравновесного образования простейших кластеров в смеси молекулярного азота с пропаном и нормальным бутаном [2], проведены расчёты газодинамических и кинетических параметров за слабыми скачками уплотнения. Изучалось образование гомогенных и гетерогенных димеров пропана и нормального бутана за тонкими клиньями, располагавшимися в различных частях сверхзвукового конического сопла. Угол коничности сопла (полуугол раствора) составлял 2о или 5о, критические значение температуры и давления брались равными: T*=200K, P*=1, 10, 30 атм. Угол клиновидности изменялся в диапазоне а=1о13о (вплоть до отхода ударной волны от клина).

Целью работы являлся расчёт величины критерия конденсации Ndim/Nmon [4] за ударной волной в зависимости от параметров набегающего потока и угла клиновидности.

Расчет неравновесного течения кластеризующейся газовой смеси (N2 + C3H8 + nC4H10) проводился в стационарной квазиодномерной постановке [2]. В результате расчета находились распределения газодинамических (давление, температура, плотность, скорость, число Маха) и кинетических (мольные и массовые доли компонентов газовой смеси, мономеров и димеров) параметров вдоль оси сопла.

На рисунке 3 приведены расчеты критерия конденсации для всех рассмотренных кластеров вдоль оси рассматриваемых конических сопл при двух значениях угла коничности = 2о и = 5о. Отметим, что на малых расстояниях от критического сечения сопла величина критерия конденсации для малого угла раскрытия сопла оказывается большей, чем для большого угла раскрытия. Далее, при движении вниз по потоку, ситуация меняется на прямо противоположную.

Рисунок 3. Зависимость отношения мольных долей димеров к мономерам вдоль оси конического сопла при различных значениях его полуугла для nC4H10, C3H8.

Расчет неравновесного кластерного состава за косым скачком уплотнения производился в следующем приближении. В качестве начальных условий газодинамических параметров перед косым скачком уплотнения брались данные неравновесного расчета течения исследуемого газа в коническом сопле в выбранном сечении, а именно, давление, температура, плотность, скорость (или число Маха), массовые доли компонентов газовой смеси (мономеров и димеров) и локальное отношение теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме =Cp/Cv. Далее, по известным газодинамическим соотношениям для параметров косого скачка при заданном числе =Cp/Cv вычислялся угол слабого присоединенного скачка уплотнения и газодинамические параметры за скачком. Предполагалось, что кинетические параметры на скачке не претерпевают разрыва. Полученные газодинамические и кинетические параметры брались в качестве начальных значений при расчете неравновесного течения в канале постоянного сечения (вдоль трубки тока).

На рисунке 4 приведены результаты расчетов массовых долей мономеров и димеров исследуемой смеси в зависимости от положения клина с углом раскрытия wedge = 5о в потоке конического сопла с углом коничности nozzle = 5о. Пунктиром показаны массовые доли компонентов газовой смеси перед косым скачком и сплошной линией показаны массовые доли компонентов газовой смеси за скачком. Рост массовой доли кластеров за счет расширения в сверхзвуковой части сопла превосходит рост массовой доли кластеров за счет скачка уплотнения. Исключением является поведение димеров пропана в потоке при расположении клина на расстояниях, меньших 20 мм от критического сечения сопла.

1.0E- alfa_nozzle = 5o C3H nC4H (nC4H10) 1.0E- Mass fraction C3H8*nC4H (C3H8) 1.0E- - - - before_wedge = 5o _ after_wedge = 5o 1.0E- 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0. X (wedge position), m Рисунок 4. Зависимость отношения мольных долей димеров к мономерам вдоль образующей клина с полууглом 5o и конического сопла при значении полуугла 5o для ряда кластеров природного газа Приведенные модельные расчеты подтверждают интуитивные гипотезы ряда исследователей [5] о возможном влиянии образования молекулярных ассоциаций (кластеров) на газодинамические особенности течений. В экспериментальной работе [5] по исследованию вихревых течений, путем прямых измерений энтальпии холодного газа и горячего газа отмечена некорректность использования до настоящего времени уравнения баланса энтальпии без учёта кластеров, а также свойств экспериментально обнаруженного ИК-излучения полосатого спектра в диапазоне 512 мкм. В литературе описана установка «Twister» фирмы «SHELL» газового детандера, в котором используются клиновидные вставки в начальной части сверхзвукового течения для достижения конденсации природного газа.

Выводы Слабые скачки уплотнения могут приводить к росту массовой доли кластеров.

С ростом числа Маха набегающего потока критерий конденсации для всех рассмотренных кластеров начинает падать за косым скачком уплотнения.

С ростом начального давления в потоке критерий конденсации может достигать критических значений за косым скачком уплотнения.

Работа поддержана РФФИ, грант 08-01-00540.

Библиографический список 1. Ударно-волновые процессы в системах сжатого газа под ред. В. Г. Дулова, – 1987.

2. Артюхин, А. С. Кинетика формирования ультралегкой фракции нейтральных и заряженных кластеров в газодинамических потоках летательного аппарата / А. С. Артюхин [и др/]. // Химическая физика. – 2004. – Т.23. – №4. – С. 28-46.

3. Egorov, B. V. Influence of the simplest CO2 clusters on hypersonic wind tunnel flows and aerodynamical parameters / B. V. Egorov, Yu. E. Markachev // Proc. 20th International Symposium RGD, 1997. – Р. 906-911.

4. Calo, J. M. Dimer formation in supersonic vapor molecular beams / J. M. Calo // J.Chem Phys. – 1975. – vol.62. – N12. – Р. 4904-4910.

5. Финько, В. Е. Особенности охлаждения и сжижения газа в вихревом потоке./ В. Е. Финько // ЖТФ. – 1983. – Т.53. – вып. 9. – С. 1770-1776.

УДК 550.834:622.276.6 (470.13) Возможности ультразвука в извлечении и утилизации газоконденсатных и газовых ресурсов Зыков В. А.1, Шарипов А. Ф.1, Кошкур О. Н.2, Умняев В. Г.3, Уляшев Е. В. 1 - Ухта, Ухтинский государственный технический университет 2 -Ухта, ООО «Завод высоковольтных электронных компонентов «Прогресс»

3 - Ухта, ПФ «Вуктылгазгеофизика» ООО «Георесурс»

Применение ультразвука в различных областях нефтегазового дела имеет давнюю и богатую историю. Возможности его использования для увеличения добычи и повышения нефтеотдачи пластов (ПНП) преимущественно на нефтяных объектах, а также вопросы аппаратурно-технологической реализации метода и некоторые результаты работ по ультразвуковому воздействию (УЗВ) на скважины в разных регионах рассмотрены во многих опубликованных источниках и некоторых наших работах [4-8], поэтому здесь на этом останавливаться не будем. Мировой и отечественной практики применения УЗВ на газовых скважинах в литературе практически не известно. Некоторые аспекты и результаты применения ультразвуковой технологии воздействия на пласт (преимущественно на призабойную зону пласта – ПЗП) из скважин на ряде газоконденсатных объектов ТПП рассмотрены в нашей работе [9].

Цель настоящего доклада – показать потенциальные возможности УЗВ (в более широком понимании всех методов акустического воздействия – АВ) на пласт (ПЗП) и другие объекты применительно к актуальным проблемам освоения (добычи, транспортировки, утилизации и др.) специфических газовых и газоконденсатных ресурсов, которые в этом смысле можно условно отнести к категории трудноизвлекаемых, как требующих дополнительного энергетического воздействия и затрат. При этом под актуальными проблемами в этом контексте мы понимаем, прежде всего:

- повышение добычи жидкой фазы и конденсатоотдачи (компонентоотдачи) пластов нефтегазоконденсатных (НГКМ) и газоконденсатных (ГКМ) месторождений;

- увеличение газоотдачи пластов и интенсификация добычи газа;

- возможности создания работоспособных и эффективных технологий разработки и эксплуатации газогидратных (метаногидратных) залежей;

- обеспечение и профилактика нормальных технологических параметров и условий добычи, транспортировки и хранения УВ и продуктов их переработки;

- обработка жидких и газообразных УВ в процессе их переработки с целями увеличения глубины и качества переработки;

- другие сопутствующие возможности и технологии.

Ниже кратко остановимся на каждой из отмеченных проблем.

Интенсификация добычи конденсата и повышение конденсатоотдачи пласта.

Как уже отмечалось, в решении именно этой проблемы есть некоторый, хотя и весьма скудный опыт, и положительные результаты. Это и понятно, поскольку с позиции УЗВ конденсат, как жидкий УВ практически ничем не отличается от нефти.

Наши работы по этому направлению условно можно разделить на 2 этапа. На первом этапе в 2004-2005 гг. и в 2007 г. по нашей инициативе проводились опытно-промышленные работы по УЗВ на продуктивные пласты в ряде скважин Югидского, Печорокожвинского, Западно Соплесского и Вуктыльского НГКМ (всего 9 скважино-операций). Работы выполнялись технологией ООО «Сибургеосервис» (г. Москва, Г.П. Зимин) с аппаратурой ЦНИИ «Морфизприбор» (г. Санкт-Петербург) [3] – акустической излучающей системой (АИС – 3), включающей генераторное устройство (ГУ-06) и скважинные акустические излучатели разной мощности и диаметра (АИ-1, АИ-2, АИ-3М), в диапазоне частот 11-30 кГц продолжительностью 1 час на каждой точке силами партии ГИС Вуктыльского производственного участка ООО «Вуктылгазгеофизика» [9]. Основные результаты этих обработок приведены в таблице 1.

Таблица Эффективность акустического воздействия по скважинам Вуктыльского газопромыслового управления Показатели эксплуатации До АВ После АВ Прирост, % Вуктыльское НГКМ, скважина Дебит попутного газа, тыс. м3/сут 11,00 +13, 12, Дебит конденсата, м3/сут 1,50 5,00 +233, Вуктыльское НГКМ, скважина Дебит попутного газа, тыс. м3/сут 8,5 +17, 10, Дебит конденсата, м3/сут 9,00 14,00 +55, Вуктыльское НГКМ, скважина 41 –УКПГ- Дебит собственного газа, тыс. м3/сут 22,63 +5, 23, Дебит конденсата, м3/сут 0,13 0,25 +92, Вуктыльское НГКМ, скважина 250 –УКПГ- Дебит собственного газа, тыс. м3/сут 5,5 +54, 8, Дебит конденсата, м3/сут 0,22 0,35 +59, Печоро-Кожвинское НГКМ, скважина Дебит попутного газа, тыс. м3/сут 29,50 +0, 29, Дебит конденсата, м3/сут 5,87 7,72 +31, Печоро-Кожвинское НГКМ, скважина Дебит попутного газа, тыс. м3/сут 58,30 +19, 69, Дебит конденсата, м /сут 22,45 26,55 +18, Западно-Соплесское НГКМ, скважина Дебит собственного газа, тыс. м3/сут 13,00 +7, 14, Дебит конденсата, м /сут 0,63 1,30 +106, Югидское НГКМ, скважина Дебит собственного газа, тыс. м3/сут 5,0 +330, 21, Дебит конденсата, м /сут 4,5 11,5 155, Эти данные с очевидностью свидетельствуют о весьма позитивных результатах АВ, выражающихся в значительном увеличении притоков конденсата (иногда около 3,5 раз!).

При этом по результатам геофизических и газодинамических (аппаратура ДИНА К8-42), а также специальных газоконденсатных исследований установлено, что:

– после УЗВ отмечалось повышение термобарических показателей, наряду с увеличением мощности работающих интервалов (в т.ч. появление новых отдающих пропластков);

– по кривым восстановления давления (КВД) в скв. 104, 108 Печоро-Кожвинского НГКМ, обработанных по методике Полларда для трещиновато-поровых коллекторов, фиксируется на треть снижение потерь пластовой энергии в ПЗП (скин- фактор);

– АВ приводит (скв. 41 Вуктыльская и др.) к снижению порога гидродинамической неподвижности ретроградных компонентов или к поступлению высокомолекулярных УВ из ранее неработающих зон залежи (изменение цвета и физико-химических свойств конденсата – увеличение плотности, молекулярной массы, температуры начала кипения и выкипания, уменьшение концентрации метановых и увеличение асфальто-смолистых соединений).

К началу второго этапа можно отнести акустические обработки трех газоконденсатных скважин ООО «Газпром переработка» (74-Западно-Соплесская, 104 и – Печоро-Кожвинские) в августе-сентябре 2009 г. Обработки проводились силами ПФ «Вуктылгазгеофизика» ООО «Георесурс» с ультразвуковым комплексом производства ООО «ЗВЭК «Прогресс» (п. Водный) [5,6], при этом сознательно в перечень скважин-кандидатов были включены скважины (104 и 108 – Печоро-Кожвинские), участвующие в первом этапе эксперимента. Работы проводились согласно плана и предусматривали геофизические исследования по определению профиля притока пластовых флюидов и их уровней в скважине до и после УЗВ. Обрабатываемые интервалы были заполнены жидкостью (пластовая вода, газовый конденсат). Параллельно геологи Вуктыльского ГПУ выполняли контрольные замеры и обеспечивали подготовку скважин к УЗВ и другим исследованиям.

К сожалению, полными данными и выводами о результатах этих исследований мы до сих пор не располагаем. Тем не менее, главная цель – установление принципиальной воз можности эксплуатации и технологичности геоакустических комплексов ООО «ЗВЭК «Прогресс» в термодинамических условиях реальных скважин на месторождениях ООО «Газпром переработка» – была достигнута, и испытания в целом были единодушно признаны успешными. В результате, по материалам презентации этих технологий 30.12.2009 г. был подписан Протокол совместного технического совещания по испытанию акустического воздействия для интенсификации притока на эксплуатационных скважинах ООО «Газпром переработка» и перспектив дальнейшего развития, предусматривающий развитие совместных опытных работ по АВ на период 2010-2012 гг.

Некоторые возможности УЗВ в повышении газоотдачи пластов. До недавнего времени проблемы газоотдачи пластов по большому счету не существовало, по крайне мере для основного газодобывающего региона России – Западной Сибири, поскольку в структуре добычи превалировал сеноманский «дешевый» газ с извлекаемостью запасов 90 % и выше.

По мере объективного снижения доли этого «легкого» газа и соответственно возрастания доли месторождений со сложными условиями добычи (валанжинские, ачимовские, юрские и др. залежи) и извлекаемостью существенно ниже (80-60% и ниже) (см., например, доклад Р.М. Тер-Саркисова в настоящем сборнике) актуальность проблем повышения газоотдачи будет неуклонно возрастать.

Как с очевидностью следует из предыдущего пункта, при помощи УЗВ также можно повышать дебиты скважин, в т.ч. по газу, по крайней мере для низкодебитных (таблица 1.).

Однако, присутствие только газовой (сухой) фазы в скважине создает определенные технологические сложности для использования этой технологии по двум главным причинам.

Во-первых, из-за особенностей распространения ультразвуковых колебаний в газовой среде (малые амплитуды и скорости, большое затухание и поглощение и др.) без дополнительных устройств, обеспечивающих надежный акустический контакт излучателя с колонной, невозможно передать колебания непосредственно от излучателя в пласт (через колонну и цементный камень). Во-вторых, стабильная работа самих пьезокерамических преобразователей в газовой среде крайне затруднена без системы принудительного охлаждения (в отличие от жидкости). По-видимому, поэтому в настоящий момент факта и опыта применения УЗВ в чисто газовых (сухих) скважинах нам не известно, так же, как нет его и у нас. Это, однако, вовсе не означает, что ультразвуковой метод принципиально не применим для чисто газовых пластов, поскольку имеются непротиворечивые физические предпосылки, требующие специальных теоретико-экспериментальных исследований по оптимизации технико-технологических решений отмеченных выше проблем.

Возможности ультразвука в освоении ресурсов газогидратов. Газогидратные залежи, казавшиеся ранее экзотическими образованиями, в настоящее время привлекают внимание правительств и крупных нефтегазодобывающих компаний стран всего мира, поскольку в них содержатся колоссальные запасы природного газа (метана) [1,2]. В настоящее время по условиям скопления газогидраты (ГГ) принято подразделять на два основных вида [1]: а) связанные с зоной вечной мерзлоты на континентальных и островных площадях полярных районов (обнаруженные скопления - на северном склоне Аляски, в северо-западной части Канады, в Западной и Восточной Сибири);

б) связанные с глубоководными областями, примыкающими к суше. Арктические месторождения представляются наиболее перспективными с позиции начала скорой коммерческой эксплуатации. При этом возможные виды распределения ГГ в порах коллектора представлены на рисунке 1. [1].

Рисунок 1. Возможные виды распределения ГГ в порах коллектора В свою очередь, существует классификация ГГ (рисунок 2, [1]), первые три класса из которой характерны для условий вечной мерзлоты, а четвертый - для морских месторождений.

Рисунок 2. Классы скоплений газогидратов К первому классу (рисунок 2а) относятся скопления ГГ, которые подстилаются водоносной частью того же коллектора, содержащего свободный или растворённый газ.

Особенностью является то, что ниже границы стабильности образование ГГ в газоносном интервале невозможно. Для второго класса (рисунок 2б) характерно то, что подстилающие скопления ГГ породы, проницаемы и насыщены водой, но не содержат свободного газа. В зоне стабильности находятся как гидратонасыщенный интервал, так и подстилающие породы. Залежь третьего класса (рисунок 2в) охватывает весь интервал коллектора, содержащего ГГ, который находится в зоне стабильности и залегает между породами покрышками. Четвертый класс (рисунок 2г) характеризуется тем, что газогидратные интервалы расположены среди высокопористых водоносных песчаников, которые находятся вне зоны стабильности.

Характерной особенностью ГГ в целом является то, что они, являясь твёрдым веществом, не могут добываться ни традиционными методами нефтегазовой промышленности, ни методами добычи твёрдых полезных ископаемых (поскольку являются нестабильными при изменении термобарических условий, диссоциируя при этом на газ и воду). Как отмечается [1], за последние 7-8 лет проблема эксплуатации залежей ГГ свелась к разработке именно методов диссоциации соединений, образующих ГГ, с целью последующего извлечения метана. Среди наиболее реалистичных методов диссоциации ГГ в пластовых условиях выделяются: 1) повышение температуры;

2) снижение давления;

3) введение в ГГ разлагающих его ингибиторов.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.