Трубопроводи нафтогазозбірних комунікацій
Призначення та класифікація трубопроводів нафтогазозбірних комунікацій Трубопроводи системи збирання та підготовки нафти та газу призначені для транспортування продукції свердловин від їх гирла до здачі її товарно-транспортним організаціям, а також для переміщення її в технологічних установках, а трубопроводи системи ППД - для подачі стічних вод від установок підготовки води (УПВ) до нагнітальних свердловин
2) за величиною напору: - високонапірні (до 6,4 МПа); - середньонапірні (до 1,6 МПа); - низьконапірні (до 0,6 МПа); - безнапірні (самотечні). 3) на кшталт укладання: - підземні; - наземні; - підвісні; - Підводні. 4) за гідравлічною схемою: - прості, що не мають відгалужень; - складні, що мають відгалуження, до яких також відносяться замкнуті (кільцеві);
5) за характером заповнення перерізу: - трубопроводи з повним заповненням перерізу труби рідиною; - з неповним заповненням. Трубопроводи, якими подається вода в нагнітальні свердловини з метою підтримки пластового тиску, поділяються: - на підводять, що прокладаються від установок підготовки води (УПВ) до кущової насосної станції (КНС); - розводять, що прокладаються від КНС до свердловин. Діаметри всіх типів трубопроводів визначаються гідравлічними розрахунками, товщина стінок - розрахунками міцності. Особливі вимоги пред'являються до будівництва трубопроводів газових та газоконденсатних промислів. Це пов'язано з обставинами, що викликають корозію трубопроводу: газ транспортується під великим тиском та з більшою швидкістю; газ часто містить більше сірководню та вуглекислого газу, ніж нафта.
Сортамент труб, що застосовуються в системі збору та підготовки нафти, газу та води Основною частиною трубопроводів є труби, що виготовляються зі сталей різних марок. При виборі матеріалу труб для будівництва трубопроводів слід враховувати температуру і тиск середовища, що транспортується, а також корозійну стійкість обраного матеріалу в даному середовищі. В останні роки застосовують труби, гумовані ебонітом або полімерами.
При спорудженні нафтопромислових та газопромислових комунікацій використовуються труби сталеві безшовні гарячекатані, виготовлені згідно з ГОСТ 8732-78, водогазопровідні, виготовлені за ГОСТ 3262-75, та відремонтовані труби нафтового сортаменту, за своїм станом не придатні до використання за прямим. ГОСТ 8732-78 поширюється на гарячекатані безшовні труби з вуглецевої та легованої сталі, що застосовуються для трубопроводів та деталей конструкції різного призначення. По довжині поставляються: а) немірної довжини - в межах від 4 до 12,5 м; б) мірної довжини - в межах немірної.
Залежно від призначення труби підбираються за хімічним складом та механічними властивостями. Для кожної марки сталі зазвичай вказуються необхідні значення показників механічних властивостей: межі плинності, тимчасового опору розриву та відносного подовження. За ГОСТ 8732-78 труби випускаються із зовнішнім діаметром від 25 до 820 мм включно з товщиною стінок від 2,5 до 20 мм залежно від діаметра труб. Останнім часом почали випускати труби діаметром 1020 мм. Товщина стін приймається за результатами механічних розрахунків.
ГОСТ 3262-75 поширюється на неоцинковані (чорні) та оцинковані сталеві зварні труби звичайні, посилені та легкі без різьблення або з різьбленням, що застосовуютьсядля водопроводів та газопроводів, а також для систем опалення та деталей конструкції. По довжині труби поставляються: а) немірної довжини - в межах від 4 до 12 м, у партії допускається до 5% труб довжиною від 1,5 до 4 м; б) на вимогу споживача мірної або кратної довжини в межах немірної.
ГОСТом передбачені труби умовним діаметром dy=6; 8; 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 70; 80; 90; 100; 125; 150мм. Умовний діаметр збігається з внутрішнім діаметром для звичайних труб, для легень більше внутрішнього, а для посилених менше. Трубопроводи, як і інші види технологічного обладнання після будівництва, піддаються гідравлічним випробуванням при тиску, що перевищує робочий тиск на 25%.
2 Розрахунок трубопроводів на механічну міцність Розрахунок трубопроводів системи збирання нафти та газу на механічну міцність зводиться до визначення товщини стінки, яка була б мінімальною, але в той же час не допускала руйнування труб при експлуатації. Основними силовими факторами, які треба враховувати при розрахунках, є внутрішній тиск, згинання трубопроводу і перепад температур, а також їх комбінації.
Внутрішній тиск є одним з основних та вирішальних силових факторів, що визначає роботу трубопроводів. Тому при розрахунку трубопроводів товщину стін труб в першу чергу знаходять виходячи із заданого внутрішнього тиску. Якщо силовий фактор обмежується лише одним внутрішнім тиском, то мінімальна товщина стінки труби розраховується за тангенційною напругою, заміна якої на напругу, що допускається, призводить до наступної формули:
дер- максимальний робочий тиск, при якому працює трубопровід;Dвн- номінальний внутрішній діаметр труби;- допустима напруга, що приймається 0,9 (σ *). Тут σ* - нормативна напруга розтягування матеріалу труби, що приймається 40% мінімального значення межі плинності, тобто. σ*=0,4(σт).
При дії всіх силових факторів знаходять суму поздовжніх напруг, що розтягують.
Схема до розрахунку трубопроводу на механічну міцність
виникають напруги 1, 2, 3
1 - від внутрішнього тиску:
2 - від деформації вигину:
3 - від перепаду температур:
деD– середній діаметр труби;E- модуль пружності металу, що дорівнює МПа;R- радіус вигину трубопроводу; - Коефіцієнт лінійного розширення (для сталі 1/0С); Δt – температурний перепад, який приймається позитивним числом при нагріванні.
Температурний перепад враховується в тому випадку, коли трубопроводи защемлені в грунті і при охолодженні вони можуть деформуватися, викликавши тим самим у металі труб поздовжні напруги, що розтягують. Поздовжні стискаючі зусилля можуть призвести до витріщання трубопроводів у тих випадках, коли він укладений у малопов'язаних ґрунтах, що не забезпечують необхідного затискання трубопроводів ґрунтом. При проектуванні таких ділянок необхідно збільшити глибину закладення, уникати укладання криволінійних ділянок з малим радіусом вигину або гвинтові анкерні кріплення.
Граничний стан поздовжньої напруги визначається за умови:
деk- коефіцієнт умов роботи; σ* -нормативна допустима напруга; Σσр - сума поздовжніх розтягуючих напруг у розрахунковому перерізі трубопроводу від впливів внутрішнього тиску, вигину трубопроводу, температурних коливань та впливів деформуючого зусилля ґрунту.
Для прямолінійних і пружно-зігнутих ділянок підземних і наземних трубопроводів за відсутності поздовжніх і поперечних переміщень, просадок і пучення грунту поздовжні осьові напруги від впливу внутрішнього тиску, вигину та температури розраховуються за такою формулою: