№84-11
Інноваційні підходи до управління процесами утворення відкладень у системах магістральних трубопроводів
В.О. Расцвєтаєв1, https://orcid.org/0000-0003-3120-4623
О.О. Азюковський1, https://orcid.org/0000-0003-1901-4333
М.В. Бабенко1, https://orcid.org/0000-0003-2309-0291
Д.О. Васильченко1, https://orcid.org/0009-0005-1304-1826
Д.О. Яшин1 https://orcid.org/0009-0005-4960-5187
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2026, 84:149–160
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/84.149
АНОТАЦІЯ
Мета. Виявити ключові фізико-хімічні, термодинамічні та гідродинамічні механізми, які контролюють утворення відкладень у магістральних трубопроводах, та розробити інтегровану систему моніторингу, запобігання, видалення та прогнозування утворення відкладень при багатофазному транспортуванні.
Методика. Багатомасштабний підхід, що поєднує чисельне моделювання, машинне навчання та техніко-економічний аналіз. Дослідження проводилися у контурі високого тиску з регульованою температурою (40–80 °C, до 100 бар, 0,1–5 м/с) із модельними рідинами (парафін, асфальтени, вода). Моделювання обчислювальної гідродинаміки (CFD) багатофазного було пов’язане з моделями нейронних мереж та LSTM для прогнозування росту відкладень (MAE <15 %). Ефективність оцінено статистичною перевіркою та аналізом.
Результати. У необроблених системах утворювалися відкладення товщиною 3,5–4,0 мм, тоді як передові методи обробки дозволяють зменшити товщину на 58–78 %: супергідрофобні покриття (~0,8 мм), наноінгібітори (~1,1 мм), моніторинг за допомогою ШІ (~1,45 мм). Прогностичні моделі виявили зони пікового утворення відкладень і знизили річний потік воску до <0,5 г/(м2·добу). Порівняно з традиційними стратегіями, комплексний підхід передбачає зниження витрат на технічне обслуговування на 40%, енергоспоживання на 25%, витрати хімікатів на 60%, час простою на 70% та викиди парникових газів на 32%.
Наукова новизна. Було встановлено залежність зростання відкладень від вмісту парафіну/асфальтену, гідродинаміки, температурних градієнтів та складу водної фази. Система прогнозуючого управління, що інтегрує CFD, машинне навчання (нейронні мережі, LSTM), моніторинг в реальному часі і нанотехнології/екоінгібітори, дозволили знизити зростання відкладень на 60–75% і скоротити витрати на технічне обслуговування, енергію, витрати на викиди парникових газів.
Практична значимість. Запропонована система підвищує надійність потоку, продовжує термін служби трубопроводів, знижує вплив на навколишнє середовище та надає можливості розширення стійкої експлуатації трубопроводів.
Ключові слова: магістральні трубопроводи, надійність потоку, відкладення воску, асфальтени, утворення неорганічних відкладень, нанотехнологічні покриття, інтелектуальні датчики.
Перелік посилань
1. Sánchez Martínez, D. T., Kreuz, T., Ridens, B. L., Rahman, R. K., VasuSumathi, S., Ross, S., Underwood, J., Iyer, R., & Smith, N. R. (2025). Energy transport is a cornerstone of the energy supply chain. In K. Brun, T. Allison, R. Kurz, & K. Wygant (Eds.).Energy transport infrastructure for a decarbonized economy (pp. 7–43). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-21893-4.00009-X
2. Oliver, M. (2021). Pipelines. In International encyclopedia of transportation (pp. 463–470). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102671-7.10286-6
3. Zhao, S., Wang, W., Li, Y., & Liu, C. (2025). Pipeline transportation strategy and key technological breakthroughs for high-quality development of hydrogen energy industry under the dual carbon goals. Journal of Pipeline Science and Engineering, Article 100391. https://doi.org/10.1016/j.jpse.2025.100391
4. Расцвєтаєв, В.О., Азюковський, О.О., Бабенко, М.В., Васильченко, Д.О. (2025). Шляхи коригування взаємодією елементів газоперекачувальних агрегатів магістральних трубопроводів для покращення їх ефективності в умовах температурних коливань. Науковий вісник ДонНТУ, 1(14), 185–200. https://doi.org/10.31474/2415-7902-2025-1-14-185-200
5. Obiomah, O. (2025, December). Pipeline transportation of hydrocarbons. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.21480.53760
6. Заболотна, Ю.О., Азюковський, О.О., Расцвєтаєв, В.О., Кучин, О.С., Бабенко, М.В. (2025). Концепція застосування сучасних геодезичних методів при проєктуванні та спорудженні перетинів магістральних трубопроводів із залізничними коліями. Збірник наукових праць НГУ, 81, 209–221. https://doi.org/10.33271/crpnmu/81.209
7. Rastsvietaiev, V.O., Haddad, J., Aziukovskyi, O.O., Pashchenko, O.A., Babenko, M.V., & Vasylchenko, D.O. (2026). Development and Evaluation of Combined Methods for Cleaning Paraffin Wax Deposits in Pipelines Oil and Gas Industry. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 50–57. https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-1/050
8. Shukla, K., & Vishal Labh, M. (2020). Managing Paraffin/Wax Deposition Challenges in Deepwater Hydrocarbon Production Systems. In Paraffin – an Overview. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.83564
9. Olajire, A. A. (2021). Review of wax deposition in subsea oil pipeline systems and mitigation technologies in the petroleum industry. Chemical Engineering Journal Advances, 6, Article 100104. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2021.100104
10. Sudakov, A.K., Pashchenko, O.A., Rastsvietaiev, V.O. (2025). Innovative approaches to the design and operation of tanks for gas and oil transportation. Інструментальне матеріалознавство: Збірник наукових праць ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 28, 74–88. http://www.ism.kiev.ua/index.php?i=75
11. Yin, D., Li, Q., & Zhao, D. (2024). Investigating asphaltene precipitation and deposition in ultra-low permeability reservoirs during CO₂-enhanced oil recovery. Sustainability, 16(10), 4303. https://doi.org/10.3390/su16104303
12. Расцвєтаєв, В.О., Азюковський, О.О., Бабенко, М.В., & Васильченко, Д.О. (2025). До питання перспектив застосування індукційного нагріву у системах транспортування нафти трубопроводами. Науковий вісник ДонНТУ, 2(15), 232–245. https://doi.org/10.31474/2415-7902-2025-2-15-232-245
13. Orjiocha, S. I., Eze, F. C., Salem, M. A. S., Bhat, A. S., Mehndi, R., Abugu, H. O., & Onwujogu, V. C. (2025). Plant-derived extracts for mitigating scale formation in pipelines and industrial systems: A review of status. Discover Materials, 5(1), Article 201. https://doi.org/10.1007/s43939-025-00365-w
14. Rastsvietaiev, V., & Vasylchenko, D. (2025). Technological and Energy Advantages of Induction Heating in Oil Transportation Systems by Pipelines. Coll.res.pap.nat.min.univ. 82, 246–257. https://doi.org/10.33271/crpnmu/82.246
15. Aksoy, A. B., Uzun, F. N., & Balkan, F. (2026). Assessment of hydrodynamic losses and pumping energy penalty in corrugated pipes. Applied Sciences, 16(5), 2219. https://doi.org/10.3390/app16052219
16. Расцвєтаєв, В.О., Азюковський, О.О., Пащенко, О.А., Яворська, В.В., Бабенко, М.В. (2025). Неруйнівні методи оцінки впливу газогідратів на міцність магістральних трубопроводів. Технічна інженерія, 2(96), 322–330. https://doi.org/10.26642/ten-2025-2(96)-322-330
17. Stetsiuk, S. M. (2022). Experimental studies of the effectiveness of cleaning the internal cavity of pipelines with hyperelastic pigs.Oil and Gas Power Engineering,(2(38), 62–75. https://doi.org/10.31471/1993-9868-2022-2(38)-62-75
18. Li, W., Huang, Q., Wang, W., Ren, Y., Dong, X., Zhao, Q., & Hou, L. (2018). Study on wax removal during pipeline-pigging operations. SPE Production & Operations, 34. https://doi.org/10.2118/194010-PA
19. Liu, P., Li, J., Chen, X., Du, J., Huang, Q., Zuo, C., Tang, H., Wang, Z., & Wang, R. (2026). A review of wax deposition in waxy crude oil pipelines: Recent advances and future perspectives. Energy & Fuels, 40(9), 4406–4444. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5c06407
20. Azhar, A., & Husin, H. (2024). Review on mitigation of paraffin wax formation using jatropha-based inhibitor. Platform: A Journal of Engineering, 8, 1. https://doi.org/10.61762/pajevol8iss2art27046
21. Bell, E., Lu, Y., Daraboina, N., & Sarica, C. (2021). Thermal methods in flow assurance: A review. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 88, 103798. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.103798
22. Zhang, G., Cao, F., Li, T., Sun, C., Guo, W., Ma, Y., Ren, F., Wang, Y., Si, W., & Ma, B. (2025). State of the art on prevention and control measures of thermal cracks in mass concrete. Sustainability, 17, 11301. https://doi.org/10.3390/su172411301
23. Wang, L., Long, Z., Gu, T., Ju, F., Zhen, H., Luan, H., Xiu, G., & Tang, Z. (2025). Emerging pollutants as chemical additives in the petroleum industry: A review of functional uses, environmental challenges and sustainable control strategies. Sustainability, 17, 8559. https://doi.org/10.3390/su17198559
24. Łach, Ł., & Svyetlichnyy, D. (2025). Advances in numerical modeling for heat transfer and thermal management: A review of computational approaches and environmental impacts. Energies, 18, 1302. https://doi.org/10.3390/en18051302
25. Расцвєтаєв, В.О., Азюковський, О.О., Пащенко, О.А., Бабенко, М.В., Васильченко, Д.О. (2025). Термодинамічні та кінетичні аспекти формування газогідратів у магістральних трубопроводах. Вісті Донецького гірничого інституту, 2(57), 7–14. https://jdmi.donntu.edu.ua/arkhiv-zbirky/
26. Інноваційні підходи до розвитку технологій та економіки. (2024). IADTE 2024 (384 с.). Свалява: ЗУНУ.
27. Расцвєтаєв, В.О., Азюковський, О.О., Заболотна, Ю.О., Яшин, Д.О., Бабенко, М.В. (2025). Оцінювання технічного стану переходу магістрального газопроводу «Шебелинка–Диканька–Київ» через залізничну колію. Збірник наукових праць НГУ,83, 324–337. https://doi.org/10.33271/crpnmu/83.324
28. Qu, W., Chen, Y., Liu, S., & Luo, L. (2025). Advances and prospects of nanomaterial coatings in optical fiber sensors. Coatings, 15, 1008. https://doi.org/10.3390/coatings15091008
29. Zhang, S.-w., Shang, L.-y., Zhou, L., & Lv, Z.-b. (2022). Hydrate deposition model and flow assurance technology in gas-dominant pipeline transportation systems: A review. Energy & Fuels, 36. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.1c03812
30. Savari, A., Eyvazian, A., & Singh, N. S. (2026). Dynamic loads on energy pipelines: Origins, mitigation strategies, and future research directions. Petroleum Research. https://doi.org/10.1016/j.ptlrs.2025.12.005
дата першого надходження статті до видання – 10.01.2026
дата прийняття до друку статті після рецензування – 22.02.2026
дата публікації (оприлюднення) – 30.03.2026