Метод определения места и объема закупорки полного сечения участка трубопровода

При отсутствии расхода через определенный участок трубо­провода можно судить о полном перекрытии проходного сечения трубы закупоркой какого-либо вида (парафином, гидратной пробкой, водой, строительным мусором).

Способ определения места образования гидрат­ной пробки, заключающийся в том, что из участка между кра­ном и гидратной пробкой часть газа выпускают, измеряют мано­метром давление в отключенном участке и. объем выпущенного газа. По полученным данным строят график зависимости p/Z от Q, где р - среднее давление в трубопроводе при выпуске из него газа объемом Q; Z - среднее значение коэффициента сжи­маемости газа при условиях выпуска газа. Затем по этому гра­фику определяют объем Q₁ свободного газа в газопроводе с гид­ратом, соответствующий стандартному значению давления (р = 0,1 МПа). Затем по известным уравнениям определяют объем свободного газа, расстояние от крана до гидратной пробки.

Недостатком указанного способа является низкая точность обнаружения места образования и объема гидратной пробки.

1. Для повышения точности измерений необходимо иметь большой диапазон изменения давления в газопроводе от началь­ного р₀ до конечного значения р₁, что может привести к:

• изменению объема гидратной пробки как из-за изменения давления, так и, соответственно, из-за изменения температуры газа в газопроводе;
• возможности образования ледяной пробки при последую­щем значительном снижении давления, которую впоследствии очень трудно удалить;
• погрешности измерения объема выпущенного газа, так как объем выпущенного газа приводится к усредненной величине диапазона изменения давления и температуры, который велик;
• изменению внутреннего объема трубопровода из-за дефор­мации стенок труб.

2. При построении графика р/Z от Q не учитывается влия­ние температуры и давления на Z, кроме того, принимается в расчетах среднее значение Z, что также привносит определен­ную погрешность.

3. Только уже потом Q₁ определяется по этому графику, что также неизбежно приводит к дополнительной погрешности определения места образования и объема гидратной пробки.

Все вышеназванное приводит к значительной величине по­грешности при определении места образования и объема гидрат­ной пробки.

Объем гидратной пробки определяют по длине протаивания снежного покрова, расположенного над газопроводом.

Предлагается определение места образования и объема гид­ратной пробки, перекрывающей полное сечение газопровода, производить следующим образом. Из участка между закрытым краном и гидратной пробкой производят выпуск газа, измеряют манометром давление в отключенном участке. Перед выпуском газа производят закачку в пространство между закрытым кра­ном и гидратной пробкой фиксированного количества рабочего агента, определяют отсутствие отклика давления на другом конце участка трубопровода, измеряют время изменения давле­ния и температуры в этом пространстве до граничных значе­ний, как при закачке рабочего агента, так и при выпуске газа. Для определения объема гидратной пробки закачку фиксиро­ванного количества рабочего агента, выпуск газа из участка между закрытым краном и гидратной пробкой, измерение дав­ления и температуры в отключенном участке, измерение вре­мени изменения давления и температуры в этом пространстве до граничных значений, как при закачке рабочего агента, так и при выпуске газа, производят с обеих сторон гидратной пробки. В качестве рабочего агента можно использовать ме­танол, одновременно способствующий растворению гидратной пробки.

При закачке рабочего агента в полость и выпуске газа из-по­лости определяют отсутствие отклика давления на другом конце участка трубопровода, что говорит о перекрытии гидратной пробкой полного сечения трубопровода.

При закачке рабочего агента в полость и выпуске газа из по­лости из-за изменения таких параметров, как давление Δр = = р₁ - р₀, температура ΔТ = Т₁ - Т₀, из-за отклонения реального газа от законов идеального газа будет происходить изменение коэффициента сжимаемости ΔZ = Z₀ - Z₁.

Изменение объема пространства между закрытым краном и гидратной пробкой будет зависеть от деформации металла трубы ΔV_м и изменения объема гидратной пробки ΔVг.п.

Причем вышеперечисленные изменения параметров могут быть определены опытно-расчетным путем, но трудноопредели­мы с достаточной точностью.

Кроме того, трубопроводы монтируются из труб, имеющих (в пределах существующих ГОСТ) разницу толщины стенки и диаметров, овальность, деформацию, которые вносят системати­ческую составляющую погрешности при определении объема гидратной пробки.

В существующем способе эта разница не учитывается, что приводит к дополнительной погрешности при определении места и объема гидратной пробки.

С целью исключения влияния указанных параметров на точ­ность определения места образования и объема гидратной проб­ки предлагается компенсационный метод определения места образования и объема гидратной пробки, то есть предлагается вначале поднять давление (и, соответственно, температуру) в полости между закрытым краном и гидратной пробкой путем закачки объема рабочего агента V, затем уменьшить давление и температуру Газа в трубопроводе путем стравливания газа на величину G.

Закачка рабочего агента приведет к следующему:

1. увеличению объема полости из-за деформации трубы;
2. изменению объема полости из-за неопределенного измене­ния объема гидратной пробки вследствие изменения давления и температуры;
3. при закачке рабочего агента в зависимости от приведен­ных значений давления и температуры коэффициент сжимаемо­сти в уравнении будет изменяться на величину ΔZ с положи­тельным или отрицательным знаком (в зависимости от располо­жения точки, определяющей рабочие параметры газа в трубо­проводе, на графике изменения коэффициента сжимаемости от давления и температуры).

Затем производят снижение давления в полости путем страв­ливания газа, что приведет к:

1. снижению объема полости из-за деформации трубы;
2. изменению объема полости из-за изменения объема гид­ратной пробки вследствие изменения давления и температуры;
3. ΔZ поменяет знак на противоположный по сравнению с процессом закачки рабочего агента в полость;
4. разница в диаметрах и толщине стенок, овальности, де­формации труб компенсируется в процессе закачки рабочего агента и стравливании газа.

Таким образом, обеспечивая равномерную закачку рабочего агента V/t₁ = const и последующий сброс давления путем рав­номерного выпуска газа, то есть G/t₂ = const, и обеспечивая примерное равенство времени подъема давления путем закачки жидкости t₁ и сброса давления t₂ путем стравливания газа и из­менение, соответственно, давления от р₀ до р₁ и от р₁ до ро и температуры от T₀ до Т₁ и от Т₁ до T₀, можно утверждать, что вышеназванные поправки компенсируют друг друга. Это утвер­ждение справедливо при исследовании объемов больших емко­стей, а также при незначительной разнице между р₀ и р₁ и при незначительных скоростях закачки V/t. Ещё более точным это утверждение будет при надкритическом режиме выпуска газа из полости.

Это позволит получить более точные результаты определения места образования и объема гидратной пробки.

Объем полости V₀ между краном и газовой пробкой до закач­ки жидкости согласно уравнению Менделеева-Клайперона

V₀ = Z₀RT/p

где R - универсальная газовая постоянная.

После закачки с учетом влияния деформации трубы и изме­нения объема гидратной пробки из-за изменения давления и температуры в полости, объем полости составит:

После стравливания газа G объем полости между закрытым краном и гидратной пробкой будет: