Способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия (варианты) и тампон-герметизатор для временного перекрытия трубопровода

Способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия (варианты) и тампон-герметизатор для временного перекрытия трубопровода

Реферат

Изобретения относятся к области эксплуатации трубопроводного транспорта и предназначены для временного перекрытия сечения трубопровода, заполненного нефтью, нефтепродуктами или газом, при проведении ремонтно-восстановительных работ.

В настоящее время одной из важных задач является сокращение времени простоя трубопровода во время ремонта. Большая часть простоя приходится на опорожнение трубопровода после перекрытия задвижек. Для уменьшения времени аварийного простоя необходим способ быстрого и герметичного перекрытия трубопровода, исключающий стадию полного опорожнения. Способ должен также обеспечивать возможность быстрого и легкого удаления герметизирующего устройства, в частности тампона-герметизатора, из трубопровода по завершению ремонта. Для этих целей используют различные способы и конструкции герметизирующих тампонов-герметизаторов, в том числе, на полимерной основе.

Известен способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия, включающий введение в перекрываемый трубопровод тампона-герметизатора, выполненного из глины, с последующим его удалением после проведения ремонтных работ путем размыва движущимся под давлением продуктом (Авт. свид-во СССР №1832879, кл. F16L 55/16, опубл. 1996 г.).

Однако герметизация трубопровода указанным способом с использованием глиняного тампона трудоемка и ненадежна и не обеспечивает герметичность перекрытия при относительно высоких избыточных давлениях (более 1 атм). Кроме того, удаление глиняного тампона из трубопровода, после проведения ремонтных работ, затруднительно и осуществляется с использованием специальных ловушек и фильтров. Подобные устройства отсутствуют на некоторых участках трубопроводов. Поэтому способ не является универсальным для всех типов трубопроводов.

Известен ряд способов проведения ремонтных работ на трубопроводе, согласно которым производят закачку в него полимерных материалов и композиций, образующих непосредственно в трубопроводе полимерный тампон-герметизатор, с целью обеспечения быстрого и герметичного перекрытия трубопровода во время ремонта (Авт. свид-во СССР №339716, кл. F16L 55/16, опубл. 1972 г.; Авт. свид-во СССР №708108, кл. F16L 55/10, опубл. 1980 г.; Патент РФ №2122149, кл. F16L 55/10, опубл. 1998 г.; Авт. свид-во СССР №1596171, кл. F16L 55/10, опубл. 1990 г.; Заявка РФ №93033385, кл. F16L 55/10, опубл. 1995 г.). После проведения ремонтных работ согласно известным способам указанный тампон удаляют из трубопровода или путем механического разрушения, или путем разрушения потоком жидкости.

Использование в указанных известных способах приема образования тампона-герметизатора непосредственно в трубе частично решает проблему трудоемкости его установки в трубопроводе. Однако общим недостатком указанных известных способов является недостаточная надежность перекрытия трубопровода и невозможность надежного, полного, быстрого и эффективного метода удаления полимерного тампона из трубопровода после окончания ремонта.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности признаков является способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия, согласно которому производят введение готового пенополиуретанового тампона-герметизатора в перекрываемый трубопровод, приклеивание его к внутренней стенке трубопровода посредством пенополиуретана, который подается в зазор между тампоном и внутренней стенкой трубопровода, заполняя специальную технологическую канавку на теле тампона, и, вспениваясь, сливается с последним, образуя единый герметичный тампон, перекрывающий внутреннюю полость трубопровода, выдержку клеевого соединения до отверждения, последующее проведение ремонтных работ и удаление тампона-герметизатора из трубопровода (Авт. свид-во СССР №1643852, кл. F16L 55/10, опубл. 1991 г.).

Однако известное изобретение имеет также существенный недостаток, связанный с тем, что после окончания ремонтных работ извлечение тампона-герметизатора, изготовленного из пенополиуретана, возможно только путем его механического разрушения или путем продавливания в специальные устройства камеры - ловушки, что значительно усложняет процесс ремонтных работ, не гарантирует от повреждения лопастей насоса кусками тампона.

Из этого же Авторского свидетельства известен тампон-герметизатор для временного перекрытия трубопровода, выполненный в виде пенополимерного цилиндра из пенополиуретана с диаметром, меньшим диаметра трубопровода, причем цилиндр переходит в усеченный конус, а в цилиндрической части выполнена кольцевая канавка, в которой вдоль образующей расположены диаметрально противоположно два канала - канал для ввода приклеивающей к трубе композиции пенополиуретана и канал для отвода газов, а внутренняя часть тампона выполнена пустотелой и имеет форму конуса.

Однако указанный тампон имеет сложную конструкцию и может быть удален из трубопровода также только механическим разрушением или путем продавливания в специальные устройства камеры - ловушки, что делает его использование недостаточно технологичным.

Единый технический результат, достигаемый предлагаемой группой изобретений, заключается в упрощении процесса проведения ремонтных работ, его технологичности при обеспечении качественного перекрытия трубопровода, в снижении сроков проведения ремонтных работ и в полном исключении попадания фрагментов тампона-герметизатора на рабочие лопасти насосов и сетки фильтров и вывода их из строя.

Поставленный технический результат обеспечивается способом проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия, включающим введение пенополимерного тампона-герметизатора в перекрываемый трубопровод, приклеивание его к внутренней стенке трубопровода веществом из класса пенополиуретанов, выдержку клеевого соединения до отверждения, последующее проведение ремонтных работ и удаление тампона-герметизатора из трубопровода, при этом согласно изобретению по первому варианту в качестве тампона-герметизатора используют пенополимерный тампон, изготовленный из пенополистирола, пропитанный по меньшей мере с одного торца органическим веществом, обеспечивающим защиту пенополимерного тампона от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, а удаление тампона-герметизатора из трубопровода производят путем его растворения органическим растворителем на основе алкилароматических соединений, а по второму варианту - в качестве тампона-герметизатора используют пенополимерный тампон, изготовленный из вспененного полиметилметакрилата, пропитанный по меньшей мере с одного торца органическим веществом, обеспечивающим защиту пенополимерного тампона от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, а удаление тампона-герметизатора из трубопровода производят путем его растворения органическим растворителем на основе хлоралифатических соединений.

По первому варианту в качестве органического растворителя на основе алкилароматических соединений используют толуол, ксилол, мезитилены, этилбензол, изопропилбензол или реагенты на их основе.

По второму варианту в качестве органического растворителя на основе хлоралифатических соединений используют хлороформ, дихлорэтан, трихлорэтан, хлористый метилен или реагенты на их основе.

Растворение тампона-герметизатора по обоим вариантам производят путем введения в тело указанного тампона через технологическое окно в трубопроводе форсунку, через которую под давлением подают органический растворитель.

В качестве органического вещества, пропитывающего торец тампона-герметизатора, используют парафин или стеарин.

Для достижения указанного единого технического результата для заявляемой группы изобретений предлагается тампон-герметизатор для временного перекрытия трубопровода, выполненный в виде пенополимерного цилиндра с диаметром, несколько меньшим диаметра трубопровода, при этом согласно изобретению по меньшей мере один торец указанного цилиндра снабжен защитным слоем из органического вещества, обеспечивающего защиту пенополимерного цилиндра от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, а пенополимерный цилиндр выполнен из пенополистирола или вспененного полиметилметакрилата.

В качестве защитного слоя из органического вещества тампон-герметизатор снабжен слоем парафина или стеарина.

Наружная поверхность пенополимерного цилиндра тампона-герметизатора снабжена технологической канавкой или системой технологических канавок.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Благодаря использованию в качестве тампона-герметизатора пенополимерного тампона, изготовленного из пенополистирола или вспененного полиметилметакрилата, пропитанного по меньшей мере с одного торца органическим веществом, обеспечивающим защиту пенополимера от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, обеспечивается легкость установки тампона-герметизатора в трубу, а значит - технологичность способа, и необходимая стойкость тела тампона к компонентам нефти и нефтепродуктов.

Осуществление удаления тампона-герметизатора из трубопровода посредством его растворения органическим растворителем позволят проводить эту операцию быстро, полно и эффективно, что обеспечивает снижение сроков проведения ремонтных работ. При этом полностью исключается попадание фрагментов тампона-герметизатора на рабочие лопасти насосов и сетки фильтров и вывод их из строя.

В результате экспериментов было установлено, что не любой вспененный полимер может быть использован для целей временного перекрытия трубопровода и изготовления тампона-герметизатора для этих целей. Неожиданно было установлено, что только два вспененных вещества: пенополистирол и вспененный полиметилметакрилат, могут быть применены для этой цели. При этом к каждому из них был установлен свой тип растворителей, которые могут быть применены безопасно в производственных условиях, что тоже является неочевидным для использования в целях проведения ремонтных работ на трубопроводе, так как не любой растворитель применим для этих целей. Из уровня техники неизвестны технологии проведения ремонтных работ на трубопроводах с использованием таких тампонов-герметизаторов и с применением операции их растворения.

Благодаря предлагаемой конструкции тампона-герметизатора, выполненного из особого материала, обеспечивается качественное перекрытие трубопровода и стойкость его к высокому давлению до 2 атм.

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, т.к. два варианта способа и конструкция тампона-герметизатора предназначены для решения одной и той же технической проблемы с получением единого технического результата.

При реализации предлагаемого способа в промысловых условиях осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:

- заранее изготавливают тампон-герметизатор, например, из пенополистирола или вспененного полиметилметакрилата. Изготовление может проводится либо путем проведения полимеризации и вспенивания непосредственно в разъемной форме-заготовке, либо путем механической обработки «болванки» из вспененного полимера с получением необходимой конструкции тампона-герметизатора в виде пенополимерного цилиндра, диаметр которого выбирают близким к диаметру трубопровода, подлежащего ремонту;

- далее торец (или оба торца) полученного цилиндра покрывают и пропитывают слоем расплавленного органического вещества, например парафина или стеарина;

- подготовленный таким образом тампон-герметизатор доставляют к трубопроводу, подлежащему ремонту;

- устанавливают этот тампон внутри трубопровода с торца трубы, при этом полного опорожнения трубопровода от находящейся в нем среды не требуется;

- производят приклеивание тампона к внутренней стенке трубопровода посредством использования вспенивающихся клеев (монтажных пен), герметиков на основе пенополиуретана, которые подаются в зазор между тампоном и внутренней стенкой трубопровода (могут также подаваться в специальную технологическую канавку или систему канавок, выполненных на наружной поверхности цилиндра), клеи, вспениваясь, сливаются с тампоном, образуя единый герметичный со стенками трубопровода тампон;

- выдерживают клеевое соединение до отверждения;

- осуществляют последующее проведение ремонтных работ на участке поврежденного трубопровода;

- затем производят удаление тампона-герметизатора из трубопровода, для чего в тело указанного тампона через технологическое отверстие в трубопроводе вводят форсунку, через которую под давлением подают органический растворитель, который растворяет тампон, освобождая пространство для движения нефти или нефтепродуктов. Эта операция осуществляется быстро, поскольку тело тампона выполнено из вспененного полимера с развитой поверхностью;

- трубопровод запускают в работу.

Предлагаемый способ целесообразно реализовать с использованием тампона-герметизатора заявляемой конструкции, которая представлена на чертеже.

Заявляемый тампон-герметизатор состоит из цилиндра 1, выполненного из пенополистирола или вспененного полиметилметакрилата. Его диаметр является несколько меньшим, чем диаметр трубопровода 2, который подлежит ремонту, и может иметь специальные технологические канавки на наружной поверхности. По меньшей мере один торец 3 указанного цилиндра 1 снабжен защитным слоем из органического вещества (например, слоем парафина или стеарина), обеспечивающим защиту пенополимерного цилиндра 1 от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе 2.

В соответствии с заявляемым изобретением предлагается заготовки (цилиндр 1) тампона-герметизатора из вспененных полимеров изготавливать в промышленных (заводских) условиях, а для обеспечения гарантированного крепления тампона внутри трубопровода 2, предлагается его вклеивать (герметизировать) за счет использования вспенивающихся клеев (монтажных пен) на основе пенополиуретанов.

Пример конкретного осуществления.

В условиях промышленного предприятия путем механической обработки был изготовлен тампон-герметизатор из пенополистирола марки Пеноплекс П35 в виде цилиндра 1 диаметром 150 мм и длиной 200 мм. Далее один торец 3 полученного цилиндра 1 заливали слоем расплавленного парафина с температурой плавления 60°С. После изготовления тела тампона-герметизатора проводили испытания его на герметичность. Для этих целей использовали металлическую трубу 2 с одним открытым торцом. Другой торец был оборудован устройством для подачи сжатого газа - азота, манометром и устройством для подачи нефтепродуктов 4 (для создания усложненных условий в качестве нефтепродуктов использовали сернистую, вязкую нефть одной из скважин Озерного месторождения Пермского Прикамья). Через открытый торец трубы 2 тампон-герметизатор был заведен внутрь трубы. При этом он был ориентирован торцем 3, покрытым защитным слоем из парафина, к закрытой части трубы, оборудованной устройством для подачи нефти 4 и сжатого воздуха. Через специальные технологические канавки между трубой 2 и тампоном зазор между тампоном и трубой 2 заполняли клеящей композицией 5 - пенополиуретаном (использовали монтажную пену марки Makroflex). Далее в течение 2-х часов проходило отверждение пенополиуретана 5. После отверждения в трубу 2 для имитации остатков нефтепродуктов 4 вводили через специальное устройство нефть и через другое устройство подавали азот, создавая избыточное давление на тампон, равное 2 атм. Оставляли под указанным давлением на 1 сутки. Падение давления через 24 часа не отмечалось, что подтвердило высокую надежность и качественное перекрытие трубы 2 предлагаемым тампоном.

По окончании указанных испытаний на герметичность проводили испытания по удалению (растворению) тампона из трубы 2. Для этого в трубе 2 в зоне размещения тела тампона высверливали технологическое отверстие 6 диаметром 8 мм и вводили в тело тампона форсунку (трубка с острым наконечником и маленькими отверстиями в стенках) и подавали через нее растворитель - толуол под давлением 2-3 атм. Через 15 мин тампон-герметизатор был полностью растворен, что визуально контролировалась через открытый торец трубы 2.

Также в качестве растворителей для тампона-герметизатора, выполненного из пенополистирола, были опробованы ксилол, этилбензол и изопропилбензол. Результаты их испытаний совпали с первым опытом.

Аналогичные испытания были проведены и с использованием тампона-герметизатора, выполненного из вспененного полиметилметакрилата. В качестве органических растворителей были применены хлороформ, дихлорэтан и трихлорэтан.

Результаты проведенных испытаний показали, что предлагаемый способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием тампона-герметизатора заявляемой конструкции позволяет:

- обеспечить проведение работ без полного опорожнения трубопровода от нефти и нефтепродуктов, что снижает время проведения работ;

- повысить технологичность процесса за счет простоты установки тампона в трубу и легкого удаления из нее после ремонта;

- исключить необходимость механического разрушения тампона в трубопроводе (или улавливание тампона специальными устройствами) и применить химическое растворение, что повышает технологичность процесса, делает его универсальным для всех типов трубопроводов и исключает попадания фрагментов тампона-герметизатора на рабочие лопасти насосов и сетки фильтров и вывод их из строя.

Тампон-герметизатор, выполненный из указанных вспененных полимеров, выдерживает давление в трубопроводе порядка 2 атм, что гарантирует безопасность ремонтных работ.

1. Способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия, включающий введение пенополимерного тампона-герметизатора в перекрываемый трубопровод, приклеивание его к внутренней стенке трубопровода веществом из класса пенополиуретанов, выдержку клеевого соединения до отверждения, последующее проведение ремонтных работ и удаление тампона-герметизатора из трубопровода, отличающийся тем, что в качестве тампона-герметизатора используют пенополимерный тампон, изготовленный из пенополистирола, пропитанный, по меньшей мере, с одного торца органическим веществом, обеспечивающим защиту пенополимерного тампона от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, а удаление тампона-герметизатора из трубопровода производят путем его растворения органическим растворителем на основе алкилароматических соединений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя на основе алкилароматических соединений используют толуол, ксилол, мезитилены, этилбензол, изопропилбензол или реагенты на их основе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение тампона-герметизатора, изготовленного из пенополистирола, производят путем введения в тело указанного тампона через технологическое окно в трубопроводе форсунки, через которую под давлением подают органический растворитель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического вещества, пропитывающего торец тампона-герметизатора, используют парафин или стеарин.

5. Способ проведения ремонтных работ на трубопроводе с использованием временного перекрытия, включающий введение пенополимерного тампона-герметизатора в перекрываемый трубопровод, приклеивание его к внутренней стенке трубопровода веществом из класса пенополиуретанов, выдержку клеевого соединения до отверждения, последующее проведение ремонтных работ и удаление тампона-герметизатора из трубопровода, отличающийся тем, что в качестве тампона-герметизатора используют пенополимерный тампон, изготовленный из вспененного полиметилметакрилата, пропитанный, по меньшей мере, с одного торца органическим веществом, обеспечивающим защиту пенополимерного тампона от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, а удаление тампона-герметизатора из трубопровода производят путем его растворения органическим растворителем на основе хлоралифатических соединений.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя на основе хлоралифатических соединений используют хлороформ, дихлорэтан, трихлорэтан, хлористый метилен или реагенты на их основе.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что растворение тампона-герметизатора производят путем введения в тело указанного тампона через технологическое окно в трубопроводе форсунки, через которую под давлением подают органический растворитель.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве органического вещества, пропитывающего торец тампона-герметизатора, используют парафин или стеарин.

9. Тампон-герметизатор для временного перекрытия трубопровода, выполненный в виде пенополимерного цилиндра с диаметром, несколько меньше диаметра трубопровода, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один торец указанного цилиндра снабжен защитным слоем из органического вещества, обеспечивающего защиту пенополимерного цилиндра от разрушения агрессивными компонентами среды, находящейся в трубопроводе, а пенополимерный цилиндр выполнен из пенополистирола или вспененного полиметилметакрилата.

10. Тампон-герметизатор по п.9, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя из органического вещества он снабжен слоем парафина или стеарина.

11. Тампон-герметизатор по п.9, отличающийся тем, что наружная поверхность пенополимерного цилиндра снабжена технологической канавкой или системой технологических канавок.