авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Совершенствование строительства нефтепроводов в северных регионах (на примере ненецкого автономного округа)

-- [ Страница 1 ] --

УДК 622.692.4 На правах рукописи

ХУДЯКОВА АННА АЛЕКСАНДРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА
НЕФТЕПРОВОДОВ В СЕВЕРНЫХ РЕГИОНАХ

(на примере Ненецкого автономного округа)

Специальность 25.00.19 Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Архангельский
государственный технический университет».

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Губайдуллин Марсель Галиулович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Азметов Хасан Ахметзиевич доктор технических наук Аскаров Роберт Марагимович
Ведущая организация ОАО «Институт «Нефтегазпроект»

Защита состоится 19 марта 2010 года в 1300 часов на заседании
диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном
предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов»
(ГУП «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 19 февраля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук Л.П. Худякова

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Развитие нефтегазового освоения северных регионов России существенно зависит от сроков возведения, эксплуатации трубопроводных систем. Трубопроводное строительство в Заполярье, и в частности в Ненецком автономном округе (НАО), в условиях повсеместного распространения многолетнемёрзлых пород (ММП), избыточной обводненности, засолённости грунтов на побережье Баренцева моря, ранимости тундровых земель от техногенных воздействий характеризуется значительными затратами, свыше 50 % от стоимости обустройства месторождений. В НАО с учётом мерзлотно-грунтовых, экологических условий осваиваемых районов, требований к трубопроводным системам используются подземный, наземный и преимущественно надземный типы прокладки нефтепроводов. Анализ применения традиционных конструкций нефтепроводов на свайных надземных фундаментах в зонах распространения деформируемых грунтов позволяет отметить, что при существенных затратах они не соответствуют требованиям устойчивости, долговечности и безопасности эксплуатации на ММП. По нашему мнению, заглублённые фундаменты, установленные в пылеватых, увлажнённых, засоленных грунтах при наличии колебаний температур наружного воздуха и прокачиваемого по трубам флюида приводят к вертикальным и горизонтальным перемещениям нефтепроводов. Данные недостатки приводят к дополнительным затратам на ремонт, ликвидацию на трубопроводах осложнений и аварийных ситуаций. В связи с этим представляется актуальной задача совершенствования строительства нефтепроводов, обеспечивающих их продолжительную, безаварийную эксплуатацию в Заполярье.

Целью работы является совершенствование строительства нефтепроводов в северных регионах для обеспечения устойчивости и надежности эксплуатации при сокращении затрат.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие
основные задачи:

  1. Анализ природно-климатических условий НАО, возможностей продолжительной, безопасной эксплуатации трубопроводов в регионе;
  2. Исследование состояния и изменений геокриологической среды с морозобойными трещинами на контакте с фундаментами и нефтепроводами, совершенствование методики расчёта напряженно-деформированного состояния (НДС) промерзающих-оттаивающих грунтовых оснований, устойчивости фундаментов и трубопроводов на ММП;
  3. Оптимизация состава и объема инженерно-экологических изысканий на различных этапах проектирования, разработка методики экономической оценки вариантов размещения нефтепроводов;
  4. Совершенствование способов, составление рекомендаций по возведению искусственных оснований, теплогидроизоляционных покрытий, фундаментов и нефтепроводов с продленными сроками эксплуатации в сложных природно-климатических условиях Заполярья.

Объект исследования и методы решения поставленных задач

При выполнении исследований использованы результаты анализа опубликованных и фондовых данных, материалы лабораторных и натурных исследований, полученные за период с 2004 по 2009 год. Лабораторные изыскания проводились в Архангельском государственном техническом университете. Основной объём полевых работ выполнялся в составе инженерно-экологических изысканий ООО « Техноэкология Плюс » на нефтяных месторождениях НАО (Восточно-Сарутаюском, Тобойском и Ардалинском); на трассе нефтепровода Харьяга Южное Хыльчую; на площадках насосно-перекачивающих станций (НПС) « Инзырей » и « Восточное Сарутаю ».

Для анализа, статистической обработки результатов изысканий использовались стандартные компьютерные программы.

Научная новизна результатов работы:

  1. Предложена модель тепломассообменных процессов в деятельном слое ММП с морозобойными трещинами;
  2. Усовершенствована методика расчёта НДС грунтовых оснований с морозобойными трещинами, устойчивости фундаментов и трубопроводов, учитывающая наличие в основаниях вертикальных и горизонтальных составляющих тепломассообмена и вязкопластических деформаций;
  3. Для различных этапов проектирования трубопроводов разработана методика экономической оценки вариантов их размещения, оптимизированы состав и объем инженерно-экологических изысканий, необходимые для проектирования нефтепроводов в условиях Крайнего Севера;
  4. Усовершенствованы способы возведения искусственных оснований, фундаментов и трубопроводов, обеспечивающие безопасность эксплуатации трубопроводных систем в районах распространения ММП.

На защиту выносятся:

  1. Модель деятельного слоя с морозобойными трещинами, учитывающая наличие горизонтальных и вертикальных составляющих тепломассообмена;
  2. Методика расчёта НДС оснований нефтепроводов, включающая определение вязкопластических перемещений грунтов с учётом вертикальных и горизонтальных составляющих тепломассопереноса, подвижной границы фазовых превращений влаги в грунтовых основаниях;
  3. Методика экономической оценки вариантов размещения нефтепроводов с учетом затрат на обеспечение экологической безопасности, обоснованная оптимизация состава и объема инженерно-экологических изысканий для строительства нефтепроводов в сложных условиях северных регионов;
  4. Способы возведения искусственных оснований, теплогидроизоляционных покрытий, фундаментов и трубопроводов, обеспечивающие при оптимальных затратах их долговременную, безопасную эксплуатацию в Заполярье.

Практическая ценность результатов работы

  1. Систематизированы природно-климатические и техногенные факторы, влияющие на безопасность, продолжительность эксплуатации трубопроводов в НАО.
  2. Усовершенствована и апробирована методика расчёта НДС промерзающих-оттаивающих грунтовых оснований с морозобойными трещинами, устойчивости фундаментов и трубопроводов в районах распространения ММП.
  3. Разработана методика экономической оценки, выбора на различных этапах проектирования трасс размещения в осваиваемых районах трубопроводов; оптимизированы состав и объем инженерно-экологических изысканий, необходимые для проектирования нефтепроводов в сложных геокриологических условиях.
  4. Усовершенствованы способы, составлены рекомендации по возведению искусственных оснований, теплогидроизоляционных покрытий, фундаментов и трубопроводов, обеспечивающие при оптимальных затратах продолжительную, безопасную эксплуатацию нефтепроводов в Заполярье.

Результаты проведённых изысканий использованы ООО «Технология Плюс» при проектировании альтернативного варианта трассы нефтепровода Харьяга Южное Хыльчую, составлении программ проведения геокриологического и экологического мониторинга в 2009-2012 гг. на участках трассы, при обустройстве площадных сооружений Восточно-Сарутаюского месторождения. Применение запроектированных решений при строительстве нефтепровода позволит снизить капитальные затраты, увеличить на 10…12 % срок безопасной эксплуатации сооружений в сложных геокриологических условиях НАО.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы использованы в различных проектных и производственных организациях, доложены на IV научно-практической конференции «Экологическое образование и экологическая наука: сотрудничество и проблемы» (Архангельск, 2004), международной научно-практической конференции «Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи» (Архангельск, 2006), Всероссийской конференции с международным участием «Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России» (Архангельск, 2006), международной молодежной конференции «Экология 2007» (Архангельск, 2007), на региональных научно-технических конференциях в Архангельском государственном техническом университете (2005-2009  гг.).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 16 научных трудах, в т.ч. в 1 ведущем рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, получены 3 патента на изобретения.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 121 наименование, и 3 приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 18 рисунков.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.г-м.н., проф. М.Г. Губайдуллину, благодарность д.т.н., проф. А.Л. Невзорову, д.г-м.н. А.И. Малову за ценные советы и замечания по содержанию диссертации.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы
ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые
на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе приведены результаты анализа природно-климатических и техногенных факторов, негативно влияющих на строительство, инженерно-экологическую безопасность и продолжительность эксплуатации трубопроводных систем в НАО.

Природно-климатические условия НАО исследовались с учетом расположения нефтегазовых месторождений, трубопроводов (рисунок 1), особенностей их строительства и эксплуатации. В главе описаны характер распространения и типы криогенного строения ММП, проанализировано развитие транспортной инфраструктуры в НАО.

  Схема расположения месторождений углеводородного сырья и трубопроводов-0

Рисунок 1 Схема расположения месторождений углеводородного сырья и трубопроводов в НАО

Состояние ресурсов углеводородного сырья, варианты его транспортировки в регионе. В настоящее время в НАО ежегодно добывается более 15 млн тонн нефти. Разведанные запасы позволяют осуществлять разработку месторождений свыше 50 лет и довести добычу нефти до 25…30 млн тонн в год. На 1 января 2010 года в округе разведано 81 месторождение. Нефть добывается из 18 месторождений. Темпы развития нефтедобывающей промышленности в НАО во многом определяются имеющейся и планируемой к вводу транспортной системой.

Существует два основных пути транспорта нефти за пределы НАО: южный вариант – в центральные и северо-западные регионы России (Балтийская трубопроводная система) и северный вариант – морским путём на западный рынок. Объемы транспорта нефти по южному и северному направлениям могут составить соответственно 10 и 15…20 млн тонн в год.

Обзор способов, особенностей проектирования, строительства, эксплуатации трубопроводов на деформируемых при промерзании-оттаивании грунтах. Результаты анализа опыта проведения в НАО инженерных изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации нефтепроводов позволяют отметить следующее. Изыскания, лабораторные исследования физико-механических, химических свойств талых и мёрзлых грунтов осуществляются в соответствии со СНиП 11-01-96*, СП 11-102-95*, СНИП 11-103-97*, СНИП 11-105-97* (части 1-4). Их результаты успешно применяются при проектировании оснований, фундаментов сооружений на относительно прочных, слабо деформируемых талых и мёрзлых грунтах по СНиП 2.05-06-85*,
СНиП 2.02.01-83 (2000), СНиП 2.02.03-85 (2003), СНиП 2.02.04-88 (1998), СНиП III-42-80 (2000). Однако применение данных регламентов применительно к районам мозаичного распространения сильно деформируемых при промерзании-оттаивании грунтов деятельного слоя и подстилаемых слитых, неслитых ММП с повышенными льдистостью, засолённостью приводит к увеличению стоимости проектно-изыскательских, строительных работ, потере устойчивости, надёжности эксплуатации нефтепроводов в сложных геокриологических условиях. В НАО, где распространены болотистые, сильнообводненные территории, расположено большое количество рек и озер, поэтому проблема проектирования на слабых грунтах весьма актуальна. Данной проблеме посвящены работы многих ученых: С.С. Вялова, Г.В. Порхаева, М.И. Горбунова-Посадова, Т.А. Маликовой, а также современные рекомендации D. Blanchard, M. Smith, T. White по проектированию системы трубопроводов Транс-Аляски, которые помогают решить ряд вопросов при проектировании сооружений на сильно деформируемых грунтах. Тем не менее, необходимо продолжить работу в данном направлении.

Строительство трубопроводных систем включает использование трёх типов прокладки трубопроводов. На Севере строятся, в основном, надземные нефтепроводы для уменьшения возможности растепления грунта. Подземные и наземные трубопроводы, возводимые на естественных и искусственных основаниях, различных фундаментах, применяются при пересечении дорог, инженерных коммуникаций, болот и водных преград. Способы строительства основаны на проведении работ с наименьшим нарушением тундрового покрова. В зимний период технология проведения работ на ММП остается такой же, как и в нормальных условиях. Для увеличения периода возможного проведения строительных работ в зимний период устраивают временные снежно-ледяные дороги. В летний период работы по строительству линейной части либо полностью прекращаются, либо производятся по технологии, применяемой на болотах с использованием специальной техники. В южных и центральных районах России для строительства сельскохозяйственных и подобных им сооружений широко используют мелко заглублённые и поверхностного типа (плитные) фундаменты. В НАО эти фундаменты применяются в ограниченном количестве, и прежде всего для строительства на относительно прочных, слабо деформируемых грунтах. Основная часть нефтегазопромысловых сооружений в НАО возводится на заглублённых фундаментах бурозабивных и буроопускных сваях. Применение последних часто приводит к сверхнормативным деформациям, осложнениям при эксплуатации сооружений. Сваи с охлаждаемыми установками, анкерные сваи, различные конструкции компенсаторов и другие современные решения увеличивают капитальные затраты, не исключая потерю надежности. Недостатки свайных фундаментов на деформируемых грунтах были подтверждены и результатами трёхлетних мониторинговых наблюдений на участках трассы надземного нефтепровода Южно-Шапкино – Харьяга, расположенного в НАО. Буроопускные свайные фундаменты с ограниченной глубиной заложения (4,5…5,5 м) и трубопровод ежегодно подвергались вертикальным деформациям пучения и оттаивания грунтов деятельного слоя (вверх и вниз до 230…320  мм). Вертикальные перемещения свай приводили к разрушениям опорных элементов, развитию под воздействием резких колебаний температур наружного воздуха и прокачиваемого по трубам флюида горизонтальных смещений (до 15 м) участков трубопровода от оси трассы. На нарушенных участках трассы ежегодно проводились ремонтно-восстановительные работы. И тем не менее, надземные трубопроводы возводят, в основном, на буроопускных сваях.

Результаты анализа использования фундаментов для промысловых сооружений в НАО позволяют отметить следующее. Трубопроводное строительство предусматривает использование, в основном, надземных нефтепроводов на дорогостоящих свайных фундаментах, запроектированных по данным инженерных изысканий с глубиной погружения на семь и более метров. Заглублённые фундаменты позволяют исключить развитие вертикальных перемещений у сооружений, возведённых на сильно деформируемых ММП. Однако в нефтепроводах, оснащённых недостаточно эффективными для северных условий компенсаторами и подвижными опорами, под воздействием перепадов температур наружного воздуха и прокачиваемого флюида происходят температурные деформации, концентрации напряжений, коррозия металла труб, разрушения креплений со сваями. Они приводят к горизонтальным смещениям участков надземного трубопровода с фундаментов и запроектированных осей трасс, к осложнениям и аварийным ситуациям.

Считаем, что для проектирования промысловых сооружений в сложных геокриологических условиях необходимо наличие представительных данных изысканий, использование современных методов расчёта НДС грунтовых оснований и устойчивости фундаментов, применение как свайных, так и мелко заглублённых (плитных) фундаментов. Сложные геокриологические условия, особенности изменения свойств ММП при освоении в НАО нефтяных и газовых месторождений отражаются при проектировании нефтепроводов, требуют корректировки состава и объёмов проведения инженерно-экологических изысканий.

Во второй главе представлены результаты исследований свойств деятельного слоя геокриологической среды на контакте с фундаментами нефтепроводов, совершенствования методик расчёта НДС промерзающих-оттаивающих грунтовых оснований с учётом наличия в них морозобойных трещин, вертикальных и горизонтальных составляющих тепломассообмена, устойчивости фундаментов и трубопроводов на ММП, а также результаты проверки устойчивости нефтепроводов на плитных фундаментах.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.