Коломенское. Экспортный трубопровод. Оценка потока и обеспечение

1.

Kolvinskoye
Export Pipeline – Flow Assurance Assessment
Moscow, May 2011

2. Резюме по первой фазе – Анализ холодных точек

• Учтены потенциальные холодные точки на трубопроводе (16 cm x 34cm)
Колва-Мосюршор: каждые 12 м.
Мосюршор - Харьяга: 330m
• Контакт метал-метал сохранился после изоляции, в результате чего
оброзовались холодные точки
Эффект на участке Мосюршор–Харьяга - управляемый
Эффект на участке Колва-Мосюршор – существует потенциальный риск в
зимний период. Необходимо специальная симуляция трубопровода (CFD)
2

3.

Резюме по первой фазе – Анализ холодных
точек
• Computational Fluid Dynamics (CFD):
Моделирует мелкую сетку для оценки переноса тепла в сложной
геометрией
• Моделировались два случая (только охлаждающуюся площадь и
охлаждающая площадь с учетом охлаждения опоры ):
Реальная ситуация находится где то между вумя этими случаями
3

4. Резюме по первой фазе – Анализ холодных точек

Результаты
1= полностью изолированный трубопровод
2= охлаждение площади (без учета охлаждение
сваи)
3= контакт со сваей с учетом охлаждения сваи)
• Потеря тепла в местах холодных точек:
На их долю приходится 30 - 50% от общего числа потерь тепла
•Температура в местах холодных точек
Ниже температуры выпадения парафина (приводит к отложению парафина)
4

5.

Резюме по первой фазе – Анализ холодных
точек
• Перевод результатов в 1D архитектуру для расчета потерь
тепла в холодных точках
Эквивалентный цилиндр с такой же
поверхностью для обеспечения
такого же потока тепла
• Влияние на общую пропускную способность:
• Приходящая температура
• Требования пунктов подгрева
• Требования насосных
• Эффект охлаждения
• Локальные эфекты:
• Отложение парафинов
• Скрепирование
5

6.

2. RIGOROUS SIMULATIONS PHASE II
a. Steady State Deliverability
b. Cooldown after shutdown
c. Wax Deposition Issues
d. Conclusions
6

7. Общие расчеты

• Применение PIPESYS и OLGA в полностью изолированной
системе и так же с учетом холодных точек
• Устойчивое состояние
• Температура
Прибываемая температура
Требования нагрева
• Давление
Требования насосов
Режима течения
OLGA layout
• Переходное состояние
• Температура
Время охлаждения
Образование парафина
• Давление
Предел текучести= f(время)
Давление сдвига= f(время)
PIPESYS layout
7

8. Проверка OLGA vs. PIPESYS

Результаты моделирования OLGA vs. PIPESYS (полностью
изолированный трубопровод)
Хорошие совпадения температур и давлений в полностью изолированном
трубопроводе
Монофазные системы Pipesys моделирует правильно(результаты могут
различаться в мульти-фазных системах, такие как система сбора)
Предварительные результаты фазы 1, оказались надежны.
20 тыс. барр. в день
45 тыс. барр. в день
8

9. Устойчивое состояние– полностью изолированный трубопровод

Анализ участка Колва-Мосюршор
• Температура приходящей жидкости выше температуры отложения
парафина
Переход на турбулентный режим только при высоких расходах –
Ламинарный режим начинается в области 10 тыс. баррелей в день
Чрезмерное падение давление на участке между ПНС (45 km) и ПСН
Мосюршор
Kolvinskoye
Прибытие,
ПП
Musyurshor
Kharyaga
Изолированный
9

10.

Устойчивое состояние- с учетом холодных точек
Анализ участка Колва-Мосюршор
• Температура приходящей жидкости выше температуры отложения
парафина
Переход на турбулентный режим только при высоких расходах –
Ламинарный режим начинается в области 10 тыс. баррелей в день
Чрезмерное падение давление на участке между ПНС (45 km) и ПСН
Мосюршор
Kolvinskoye
Прибытие,
ПП
Musyurshor
Kharyaga
Холодные точки
10

11.

Устойчивое состояние– полностью изолированный
трубопровод
Анализ участка Мосюршор - Харьяга
Температура приходящей жидкости выше температуры отложения
парафина, если расход не ниже 10 тыс. баррелей в день.
10 тыс. баррелей день – область ламинарного режима
Нет ни каких расчетных проблем с падением давления
Kolvinskoye
Прибытие,
ПП
Musyurshor
Kharyaga
Изолированный
11

12.

Устойчивое состояние- с учетом холодных точек
Анализ участка Мосюршор - Харьяга
Температура приходящей жидкости выше температуры отложения
парафина, если расход не ниже 10 тыс. баррелей в день.
5 и 10 тыс. баррелей день – область ламинарного режима
Нет ни каких расчетных проблем с падением давления
Прибытие,
ПП
Kolvinskoye
Musyurshor
Kharyaga
Холодные точки
12

13. Устойчивое состояние (II)

Оценка требований по давлениям
Давление всасывания = 10 bar
• Требования по давлениям с учетом холодных точек = Требования по
давлениям изолированной трубы
Требуемый напор больше, чем
Имеющийся для подачи 45 kbpd
(~ 49 bar for ~120 m3/h)
ПНС 45 km – харак. насосов
13

14. Устойчивое состояние(III)

Оценка требований нагрева
Темпер. на выходе T = 70ºC / две печи на станцию
Изолированный трубопровод
No limit in flowrate (Musyurshor
Heater Station)
Трубопровод с холодными точками
No limit in flowrate (Musyurshor
Heater Station)
Максимальные требования по нагрева
Изолированный трубопровод = ПП №5 на участке Musyurshor- Kharyaga - (20kbpd) ~ 1.1 MW
Холодные точки = ПП на ПСН Musyurshor - (45kbpd) ~ 1.4 MW
Анализ не определил ограничения
по конструктивным особенностям пунктов подогрева
14

15. Устойчивое состояние – краткое резюме

• Насосные

Kolvinskoye и Kharyaga насосные
H требуемый < H имеющийся
ПНС
H требуемый > H имеющийся для прокачки 45 тыс. баррелей в день (~ 49 bar
for ~120 m3/h)
Увелечение шероховатостей из-за отложений парафина (локально) – Влияние на
дополнительные потери давлений для подач 15 / 30 kbpd
• Пункты подогрева
Нет ограничений по конструктивным особенностям ПП
Максимальные требования нагрева
Изолированный трубопровод = ПП №5 на участке Musyurshor- Kharyaga (20kbpd) ~ 1.1 MW
Холодные точки = ПП на ПСН Musyurshor - (45kbpd) ~ 1.4 MW
• Устойчивость системы

Значительно уменьшилась: Существующие холодные точки уменьшили устойчивость
по температуре системы трубопровода при малых расходах жидкости (Все должно
быть в работе)
15

16.

Профиль охлаждения
Изолированная система: KOLVA – KHARYAGA (15 kbpd)
Строгий анализ в OLGA (без изменений фа, показал 10% потерь тепла)
Наибольшее охлаждения на переходах через реки (малое влияние на
температуру)
При подачах после15 kbpd, жидкость охлаждается до критической точки
приблизительно за 2 дня
длина
Изолированный
16

17.

Профиль охлаждения
Изолированная система: KOLVINSKOYE – MUSYURSHOR
На участке между Kolvinskoye – ПНС 45 km, или между ПНС-45 km и
Kolvinskoye
Musyurshor
Kharyaga
Изолированный
Давление рестарта
ПСН Musyurshor, допустимый напор достигается через 3-3.5 days
Имеющийся
напор
Время остановки, дни
17

18.

Профиль охлаждения
Изолированная система: MUSYURSHOR - KHARYAGA
На участке меду Musyurshor и Kharyaga, допустимый напор
Kolvinskoye
Musyurshor
Kharyaga
Изолированный
Давление рестарта
достигается через 3-4 дня
Имеющийся
напор
Время остановки, дни
18

19.

Профиль охлаждения (II)
Анализ влияния холодных точек на охлаждениеt
• Жидкость охлаждается ниже критической точки (непосредственно
в месте холодных точек) – приблизительно через 1 час
температура
15 000 барр. в день
Критическая точка
длина
Холодные точки
19

20. Выводы по остановки трубопровода

• Полностью изолированный трубопровод
Большее охлаждение в местах перехода через реки (не является
черезмерным)
Жидкость охлаждается ниже критической точки через ~ 2 дня
Имеющийся напор не будет достаточен для рестарта через 3-4 дня
• Холодные точки
It is uncertain how axial heat transfer is taken into account
Жидкость охлаждается ниже критической точки через ~1 час в
местах холодных точках.
20

21. Локальные эффекты связанные с холодными точками

Отложение твердых частиц парафина – локальная
симуляция
Q
Температура потока
Толщина отложения
парафина
Эквивалентный цилиндр с такой же
поверхностью для обеспечения
такого же потока тепла
Температура потока
Без напряжения сдвига
Напряжение сдвига = 1
Напряжение сдвига = 2
дни
дни
21

22.

Локальные эффекты связанные с холодными точками
Объем парафина для скребка (3750 холодных точек / 45 km )
Стандартное практическое правило показывает – управляемость периодического пуска
скребка
Поставщик скребка должен обеспечить работоспособность скребка (наличие большого
количество изгибов) и уточнить практическое правило к поставляемому скребку
Без напряжения сдвига
Напряжение сдвига = 1
Напряжение сдвига = 2
Объем парафина через 45 км
Практическое правило для
определения частоты
пуска скребка
Основной риск связан с отлипанием крупных парафиновых отложений весной/летом
22

23.

3. FAILURE SCENARIOS (Сценарии по выходу из строя, моделирование той
или иной ситуации)
a. Problems in Pumps
b. Problems in Heat Stations
23

24.

Пункты подогрева не работают
УПН Колва – ПНС (ПП #1, #2 и ПНС)
• Прокачка ниже 20 тыс. бар. в день:
Температура среды находится в зоне выпадения парафина, когда
не работает один из ПП (в примере ПП № 1)
Трубопровод с прокачкой 15 тыс. бар. в день (УПН Колва - ПНС)
Газ
Kolvinskoye
Kolvinskoye
Критическая точка
Heater H#1
Musyurshor
Температ.
выпадения
парафина
Heater H#2
Kharyaga
BPS
Нормальное
рабочее состояние
Отказ работы
одного ПП
24

25.

Пункты подогрева не работают
УПН Колва – ПНС (ПП #1, #2 и ПНС)
• Прокачка > 32 тыс. баррелей в день:
Температура жидкости в точки выпадения на ПНС, когда два ПП
не работают (ПП #1 и #2 и т.д.)
Трубопровод с прокачкой 32 тыс. бар. в день (УПН Колва - ПНС)
Газ
Kolvinskoye
Критическая точка
Kolvinskoye
Heater H#1
Musyurshor
Температ.
выпадения
парафина
Heater H#2
Нормальное
рабочее состояние
Kharyaga
BPS
Отказ одного ПП
Отказ двух ПП
25

26.

Пункты подогрева не работают
ПП №5 участок Мосюршор-Харьяга
Распределение температуры вне рисковой зоны, даже если ПП № 5 не будет
работать, если прокачка по трубопроводу будет > 25 тыс.бар. в день
Необходимо иметь резерв по печам на ПП (прокачка по трубе ниже 20 тыс.бар. в
день)
Трубопровод с прокачкой 15 тыс. бар. в день (Мосюршор – Харьяга)
Газ
Musyurshor
Kolvinskoye
Критическая точка
Heater H# 7
Musyurshor
Kharyaga
Температ.
выпадения
парафина
Kharyaga
Нормальное
рабочее состояние
Отказ работы ПП
26

27.

Pump Station Failure
ПНС -45 km
Падение давление установлено только для высоких расходов жидкости
Когда Q < 27 kbpd, падение давления между Kolvinskoye и Musyurshor не
большое , тем самым нет надобности эксплуатировать насосы на ПНС
Если откажут насосы на ПНС#45 km, и нет в наличие запчастей, решением
может быть снижение расхода жидкости до 27 тыс. баррелей в день
Kolvinskoye / Musyurshor / Kharyaga
Резерв по насосам
При выходе из строя более одного насоса, подача упадет до 24 тыс. баррелей в
сутки, т.к. это максимальный расход приходящийся на один насос – и это при
этом не создаст рисков по прокачки.
27

28.

Дополнительные расчеты
• Общий объем трубопровода
УПН Колва – ПСН Мосюршор ≈ 5185 m3
ПСН Мосюршор – ПСН Харьяга ≈ 4620 m3
• Максимальный объем прокачки по трубопроводу
ПСН Мосюршор – ПСН Харьяга (при существ.
условиях)
При фиксированном давление на входе 63 bar и давление на
выходе 10 bar, максимальный расход в среднем будет равен 6768 тыс. баррелей в день.
Расчеты зависят от свойств жидкости
28

29. Предложения для будущих проектов

Предложение 1: Характеристики флюидов
Обновить и уточнить свойства флюидов по присланным пробам в
Мадрид
Поведение свойств парафина (WAT / PP / Deposition studies)
Другие свойства, оказывающие влияние на течение (асфальтены…)
Эффекты от применения химии
Общие свойства (плотность / вязкость / % парафина / реология)
Пересчитать характеристики флюидов, с учетом выбранных ингибиторов,
депрессорных присадок и т.д.
Анализ свойств смешиваемых нефтей
Влияние свойств нефти Харьягинской группы месторождения на
Колвинскую нефть, эффективность использование ингибиторов и
депрессоров.
29

30.

Предложения для будущих проектов
Предложение 2: Моделирование нефтесборных сетей
Похожее моделирование как и для нефтепровода УПН Колва – ПСН
Мосюршор
30