Aлексей КОРШАК
Ведущий научный сотрудник управления математического моделирования и технологий трубопроводного транспорта НТЦ ООО «НИИ Транснефть», д. т. н., профессор
Тимур БЕЗЫМЯННИКОВ
Директор НТЦ ООО «НИИ Транснефть»,
к. т. н.
Владимир ПШЕНИН
Зам. зав. кафедрой транспорта
и хранения нефти и газа, доцент, к. т. н.
E-mail: Pshenin_VV@pers.spmi.ru
Марат ЯМИЛЕВ
Начальник управления математического моделирования и технологий трубопроводного транспорта НТЦ «ООО «НИИ Транснефть», к. т. н.
E-mail: YamilevMZ@niitnn.transneft.ru
Введение
Обеспечение бесперебойного и безопасного транспорта углеводородного сырья является одним из ключевых составляющих стратегической стабильности нефтегазовой отрасли и экономики страны в целом, залогом ее устойчивого и успешного развития. В настоящее время наметилось несколько очевидных тенденций:
- рост геополитической напряженности;
- увеличение интенсивности технологических процессов и рост грузооборота;
- увеличение финансирования и ускорение внедрения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Вышеперечисленные тенденции ставят перед нефтегазовыми компаниями определенные вызовы в части решения соответствующих задач. От степени обоснованности, продуманности решений, от их своевременного принятия зависит успех их реализации.
Рост геополитической напряженности определил поворот определенной части грузопотоков в сторону стран Азиатско-Тихоокеанского региона. Так, например, по состоянию на 15 января 2024 г. ООО “Транснефть – Восток” поставило потребителям 1 млрд т нефти с начала эксплуатации трубопроводной системы «Восточная Сибирь – Тихий океан». Через порт Козьмино в 2023 г. была осуществлена перевалка более 42 млн т нефти. Столь существенные объемы грузопотоков обуславливают беспрецедентную нагрузку на трубопроводную инфраструктуру. В этой связи, особенно важным становится своевременное сопровождение крупных инфраструктурных проектов результатами проводимых НИОКР. Обеспечение производства передовыми разработками позволяет решать ключевые вопросы в рамках ресурсо- и энергосбережения, добиваться результатов в импортозамещении и внедрении новейших технологий.
Поэтому для компании представляет важность ряд тематик НИОКР, направленных на повышение эфффективности транспорта нефти по магистральным трубопроводам в условиях возрастающих грузопотоков, а также в сложных природно-климатических условиях. Одной из таких перспективных работ, выполняемых НТЦ «ООО «НИИ Транснефть», является повышение эффективности эксплуатации нефтепроводов с присутствующими в них осложнениями: скоплениями воды, газа и отложениями.
Роль стендового оборудования НТЦ «ООО «НИИ Транснефть» в проведении наукоемких работ в части мультифазной гидромеханики
Упрощенную схему проведения научных исследований можно представить в рамках следующей последовательности основных этапов:
- разработка теоретических моделей и высокоточное компьютерное моделирование;
- верификация моделей на стендовом оборудовании, настройка моделей, получение оптимального результата;
- апробация полученных решений и внедрение результатов на объектах организаций системы ПАО «Транснефть».
В упрощенном виде процесс проведения научных исследвоаний представлен на рис. 1.
В рамках существующего процесса исследований, представленная последовательность может быть существенно улучшена за счет использования стендового оборудования, что позволяет:
– снизить сроки получения конечного результата;
– повысить качество выполненных НИОКР;
– снизить экономические издержки при выполнении апробации на объектах организаций системы «Транснефть».
Одной из перспективных тематик в рамках деятельности НТЦ «ООО «НИИ Транснефть» является изучение гидравлических характеристик нефтепровода с присутствующими осложнениями в виде водных скоплений. Наличие водных скоплений в пониженных участках трассы может быть обусловлено сложным рельефом, низкими скоростями перекачки и присутствием воды в перекачиваемой нефти. Водные скопления негативно влияют на эксплуатационные характеристики нефтепровода: повышают удельные энергозатраты на перекачку, способствуют возникновению коррозионных повреждений. Поскольку получение точных решений в рамках процесса аккумуляции и выноса водных скоплений с точки зрения гидромеханики представляет известную сложность, существует необходимость перехода от умозрительных моделей к стендовым испытаниям. Даже краткий обзор зарубежных литературных источников (см. таблицу 1) позволяет утверждать, что стендовые исследования, как правило, проводятся на трубах малого диаметра для узкого ряда модельных жидкостей, в относительно небольших пределах изменения скоростей и температур [1].
Подобное положение дел было обсуловлено нежеланием нефтегазовых компаний инвестировать в крупномасштабное стендовое оборудование ввиду отсутствия прозрачных гарантий достижимости результата. Тем более это недоступно для университетских научных центров. Со временем необходимость появления крупномасштабных стендов по исследованию сложных гидромеханических процессов стала очевидна лидерам отрасли: без высокотехнологичных, наукоемких решений невозможно осваивать шельф, прокладывать трубопроводные магистрали в сложных природно-климатических условиях, эффективно эксплуатировать масштабные трубопроводные сети.
Среди наиболее близких аналогов можно выделить стенд SINTEF (Норвегия, номинальный диаметр DN150, см. рис. 2)
и стенд по изучению выноса скоплений жидкости из пониженных участков магистральных трубопроводов (Китай, DN50, см. рис. 3).
На рис. 4 представлен общий вид экспериментального стенда с изменяемым углом наклона профиля по исследованию процессов аккумуляции и выноса водных скоплений, функционирующего в НТЦ ООО «НИИ Транснефть» (г. Уфа). По своим возможностям данный стенд частично превосходит иностранные аналоги, что позволяет получать на нем уникальные результаты.
Подробнее возможности стендового оборудования НТЦ «ООО «НИИ Транснефть» описаны в работе «Стендовое моделирование процессов тепломассопереноса в магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах» [2].
Использование передовых методов в области вычислительной гидродинамики позволило проанализировать экспериментальные данные и предложить важные для инженерной практики решения по вытеснению водных скоплений из пониженных участков (см. рис. 5).
из нефтепровода методами вычислительной гидродинамики
Полученные на стендовом оборудовании результаты могут найти приложение в разработке отечественного конкурентноспособного программного обеспечения, позволяющего повысить технологичность и безопасность процессов трубопроводного транспорта (см. рис. 6).
Заключение
В рамках устойчивого развития энергетического комплекса одну из ключевых ролей играет процесс успешного выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и внедрения их результатов. Несмотря на значительные капитальные затраты на стендовое оборудование и выполнение НИОКР, проведение подобных работ позволяет обеспечить технологическое лидерство ПАО «Транснефть» в области трубопроводного транспорта.
Работа, проводимая в НТЦ «ООО «НИИ Транснефть», по изучению гидромеханики трубопроводных потоков в присутствии осложнений не только способствует решению актуальных для отрасли задач, но может служить фундаментом для будущих исследований в рамках перспективных проектов по освоению шельфа, транспорту нефти из труднодоступных районов, а также способствовать подготовке инженерно-технических кадров высокой квалификации.
