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:     | 1 || 3 |

Обеспечение работоспособности газопроводов в зонах геодинамической активности

-- [ Страница 2 ] --

В результате обработки данных были разделены поля вибрационных колебаний с учетом их природы (технологические и геодинамические) и выделены геодинамически и технологически напряженные (аномальные) зоны. Ранжирование выделенных аномальных участков по категориям их потенциальной опасности производилось с использованием комплексного показателя , который рассчитывается на основании сформированных профильных данных и обеспечивает выделение резкоградиентных зон. Для определения аварийно-опасных участков принято, что при значениях 2 выделенный участок относится к 1-й категории (более высокой) потенциальной опасности; при - к 2-й категории. Пример выделения геодинамических и технологических аномалий на участке МГ протяженностью 5 км Кунгурского ЛПУ МГ приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Пример выделения технологических и геодинамических аномалий

Исследовано влияние слабых вибраций, характеризующихся амплитудой от 10 до 100 мкм/с в диапазоне частот 10 – 40 Гц, на условия работы газопровода. Анализ данных показал, что слабые вибрации в окружающем трубопровод массиве усиливают уровень технологических вибраций газопровода (реперные точки 15 и 16).

На рисунке 5 приведены результаты наблюдений в пределах локального участка Кунгурского полигона, где произошли две аварии в 2000 и 2002 гг. Выявлены 4 технологические аномалии с размерами 10-20 м, обозначенные темными круглыми пятнами, которые были обнаружены на 4 из 6 ниток газопроводного коридора. Зоны аномалий и места аварий фактически располагаются в пределах узкой полосы – в геодинамической зоне, ранее выявленной эниологическим методом и АКГИ.

Рисунок 5 – Аномалии технологических микросейсм на аварийном участке

По результатам обработки всех данных МСС были выделены аномальные участки, представляющие собой потенциально аварийно-опасные зоны. Приведён перечень этих зон с указанием местоположения на газопроводах. Таким образом, микросейсмическая съемка может быть рекомендована как новый метод диагностики трубопроводов, позволяющий оценить аномальные особенности как самого трубопровода, так и вмещающего его массива.

В ходе применения вышеописанных методик для выделения геодинамических зон и потенциально опасных участков газопровода разработана классификация сложных инженерно-геологических условий эксплуатации трубопроводов с учетом форм проявления геодинамической активности, которая приведена в таблице 1.В качестве одного из основных критериев подразделения по степени сложности принята ширина геодинамической зоны.

В третьей главе проведен анализ результатов исследований на существующих геодинамических полигонах и на вновь организованном Кунгурском для выявления закономерностей взаимодействия геодинамических зон и газопроводов.

На Дороховском ГП, пересекающем трассу газопроводного коридора в Алмазном ЛПУ МГ, выявлено наличие интенсивных локальных аномалий вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности, приуроченных к зонам тектонических нарушений. Эти аномальные движения высокоградиентны (свыше 50 мм/год), короткопериодичны (от 0,1 года до года), пространственно локализованы (от 0,1 км до десятков км).

Таблица 1 – Классификация сложных инженерно-геологических условий

эксплуатации МГ

Степень сложности Осложняющие факторы
Инженерно-геологические Геодинамические
1 степень - равнинный рельеф местности; - отдельные небольшие поверхностные или подземные водотоки - малые, слабовыраженные неактивные геодинамические зоны (шириной до 200 м); - отсутствие границ тектонических блоков
2 степень - умеренно пересеченный рельеф местности; - небольшие водные преграды; - скопления подземных водотоков - отдельные неактивные карстовые воронки; - заболоченные участки I типа - средние, неактивные геодинамические зоны (шириной от 200 до 1000 м); - наличие неактивных границ тектонических блоков
3 степень - сильнопересеченный рельеф местности; - оползни; - зоны активного карста; - большие водные преграды; - заболоченные участки II-III типа; - подработки шахтными полями - широкие, активные геодинамические зоны (шириной более 1000 м); - наличие активных границ тектонических макро- и мезоблоков; - сейсмически активные регионы

Всего на полигоне выделено 11 геодинамически активных участков, где в двух относительно широких ГЗ произошли три аварии и выявлены многочисленные дефекты.

Кунгурский ГП создан на трассе после КС «Кунгурская», где в 2000-2004 гг. произошли четыре аварии. Для получения инструментальных данных была заложена наблюдательная сеть и выполнены работы: инструментальные геодезические измерения сдвижений земной поверхности; мониторинг напряженно-динамического состояния (НДС) газопровода; измерения сейсмических скоростей в грунтах и подстилающих горных породах с целью оценки возможностей аномального усиления резонансных вибровоздействий локальных участков ЛЧ МГ; детальное изучение структуры полей микросейсмических колебаний вдоль трассы. В результате наблюдений (рисунок 6) на полигоне выделены две узколокализованные зоны с аномальными величинами вертикальных движений земной поверхности. Наибольшие оседания до 50 мм наблюдаются в первой аномальной зоне, имеющей ширину около 400 м. Именно на этом участке произошла авария на МГ «Уренгой - Петровск». Вторая зона оседания выделяется в 3500 м от КС «Кунгурская», где произошла авария на МГ «Ямбург - Елец-1».

 а) рельеф; б) вертикальные сдвижения земной поверхности в течение года -16

а) рельеф; б) вертикальные сдвижения земной поверхности в течение года

Рисунок 6 - Результаты геодезических измерений на МГ Кунгурского геодинамического

полигона

Выполнены расчеты характеристик напряженно-деформированного состояния газопровода в ГЗ методом конечных элементов для трех этапов прогнозирования воздействия геодинамического процесса (таблица 2):

  1. на первом этапе газопровод находится в проектном положении и деформируется совместно с различными типами грунтов, которые деформируются в упругой области по всей длине рассматриваемого участка;
  2. на втором этапе частично нарушается свод естественного равновесия грунта засыпки над трубой, что приводит к увеличению его давления на трубопровод. При этом грунт основания деформируется в упругой области;
  3. на третьем этапе полностью нарушается свод естественного равновесия грунта засыпки над трубой, а грунт основания теряет свою несущую способность.

Таблица 2 – Результаты расчета экстремальных значений характеристик НДС

газопровода для различных этапов воздействия геодинамического процесса

Этапы воздействия Характеристики НДС
Первый этап +0,022 -0,023 0,22 16,2 -97,5 119,6
Второй этап +0,030 -0,040 0,43 27,5 -150,3 189,5
Третий этап +0,032 -0,106 0,72 55,9 -359 321

Примечания:

1) в числителе указаны экстремальные значения изгибных напряжений от пролетных изгибающих моментов, а в знаменателе – от опорных;

2) экстремальные значения продольного перемещения газопровода на левом и правом склонах оврага, соответственно (знак «плюс» указывает на перемещение слева – направо, знак «минус» - справа – налево);

3) экстремальное значение продольных напряжений;

4) и экстремальные значения суммарных изгибных продольных напряжений по нижней и верхней образующей соответственно;

5) экстремальное значение прогиба.

Исследования НДС газопровода в геодинамической зоне подтвердили, что по мере развития геодинамического процесса, сопровождающегося обрушением свода естественного равновесия грунта засыпки и потерей грунтом под трубой несущей способности, происходит увеличение изгибных напряжений и продольных перемещений в несколько раз. Соответственно условие прочности, согласно положениям СНиП 2.05.06 - 85*, не выполняется.

Одним из главных факторов, вызывающих аномальное усиление вибраций участков ЛЧ МГ, является совпадение резонансов частотных характеристик грунтов (РХГ) с резонансами технологических вибраций труб. Для оценки этого эффекта были выполнены исследования РХГ в пределах трёх участков с авариями и одном фоновом.

На трех аварийных участках кривые частотно-зависимых характеристик отличаются очень высокими коэффициентами резонансного усиления колебаний (от 4 до 8 раз), а также сильной изрезанностью. На фоновом участке кривая ведет себя очень плавно и максимальное значение коэффициента резонансного усиления колебаний не превышает 2,5. Следовательно, РХГ могут приводить к усилению уровня технологических вибраций в системе «грунт-труба» и вызывать активизацию широкого спектра различных механохимических процессов.

Сарапульский ГП организован на правом оползневом склоне реки Камы, где проложен девятиниточный переход МГ. Он является характерным примером и доказывает необходимость учёта геологических условий. За период с 1990-2005 годы на этом участке произошли четыре аварии и образовалось три свища.

На участке проведены обследования: по организации и ведению мониторинга геологических процессов, указывающих на развитие размывных процессов на левом берегу; мониторинг русловых процессов; эниологическое обследование с нанесением ГЗ и всех подземных водотоков на склоне; геодинамическое картирование оползневого склона с применением аппаратурно-методического комплекса на базе радиоволнового метода и малоглубинной геофизики. Получены физические (геоэлектрические, акусто-сейсмические, геохимические, радиоактивные и др.) параметры горных пород и выявлены очаги НДС. В результате исследований выделено 4 водоносных прослоя, которые, разгружаясь на склоне, образуют оползневые процессы. Выявлена система независимых оползневых блоков, создающих реальную опасность подвижек масс при переувлажнении грунтов, построена карта оползневой опасности.

Четвертая глава посвящена практической реализации результатов исследований и разработке рекомендаций по эффективному выполнению мероприятий для обеспечения работоспособности ЛЧ МГ в геодинамических зонах. Для построения системы защитных мероприятий, последовательности их применения в качестве критерия выбрана ширина геодинамической зоны. В зависимости от ее значения (200 м, 200 – 1000 м, более 1000 м) предлагается соответствующая трехстадийная реализация очередности мероприятий: 1) выполнение крупномасштабного геодинамического районирования трассы; 2) периодические наблюдения в пределах геодинамически активных и напряженных участков; 3) мониторинг в пределах опасных геодинамически напряженных участков газопроводов.

1 стадия – выполнение крупномасштабного геодинамического районирования по комплексу геологических и геофизических данных в полосе прохождения трасс МГ. Работы на этой стадии представляют собой однократные исследования, не требующие проведения полевых инструментальных съемок, и предусматривают комплексный анализ всех видов исследований, выполненных ранее. Ведущая роль в этом комплексе принадлежит дешифрированию материалов дистанционных съемок, включающему структурное и геоморфологическое дешифрирование аэрофотоснимков, космических снимков и структурно-геоморфологический анализ топографических карт.

Следующим по значимости шагом по выявлению ГЗ является использование эниологического метода. В комплексе с результатами АКГИ возможно получить детальные карты ГЗ, пересекающие газопровод. Это наиболее активизировавшиеся в последнее время нарушенности покровных отложений.

2 стадия – режимные диагностические обследования технического состояния ЛЧ МГ в пределах геодинамически и технологически напряженных зон и участков. Помимо выделенных ГЗ, к участкам повышенного внимания следует также отнести следующие технологически напряженные участки: 1) примыкающие к КС по ходу транспортировки газа; 2) в зоне оползней, карста и с нарушением проектного заложения трубы; 3) вблизи промышленных объектов или гражданской застройки; 4) пересечений ЛЧ МГ с коммуникациями и т.д. Режимные диагностические обследования в пределах всех выделенных напряженных зон и участков предполагают применение внутритрубных и дистанционных методов обследования.

3 стадия – мониторинг в пределах геодинамически и технологически напряженных участков, который предусматривает использование локальных методов в специальных шурфах. Комплекс локальных методов позволяет получить оценку как собственно технического состояния трубы, так и состояния изоляционного покрытия, а также эффективности применяемых защитных мер.

Для обеспечения работоспособности ЛЧ МГ проводятся различные обследования, как на самих трубопроводах, так и на вспомогательных системах (связь, средства электрохимзащиты и т.д.). Доказанные факты влияния геодинамики на работоспособность ЛЧ МГ позволяют внести коррективы при планировании технического обслуживания и диагностики. Необходимо провести обследование всех трубопроводов с нанесением ГЗ и градации опасности, что позволит принимать обоснованные решения по очерёдности осмотров и ВТД.

Необходимо закладывать мероприятия по защите от геодинамических факторов при капитальном ремонте и вносить изменения в проектные решения с учётом влияния активных зон. По результатам отчётов и наблюдений за геодинамикой, возможно, потребуются на этих участках повышение категории трубопроводов, использование усиленного типа изоляции, монтаж дополнительных кривых вставок и другие мероприятия.

Выборочный ремонт по результатам ВТД - один из самых эффективных методов ремонта, обеспечивающих работоспособность ЛЧ МГ. Долговечность газопровода в активных ГЗ зависит от качества заложенных материалов (металла трубопровода, вида изоляции и т. д.) и качества строительно-монтажных работ с использованием защитных мероприятий, выбор которых определяется, среди прочих факторов, шириной ГЗ. Учёт геодинамического процесса также позволит выбирать участки, требующие первоочередного ремонта, точнее планировать участки переизоляции, объёмы ремонтных работ и затраты, обоснованно принимать решения по повышению категории участков с активными ГЗ и уточнению их границ.

По результатам выделения блокового строения территорий, водные преграды изначально являются границами различных по интенсивности блоков, где происходят размывные процессы в руслах. Именно на этих границах вероятнее всего наблюдать геодинамические процессы, и наглядным примером тому служит переход МГ через реку Сылву. По результатам АКГИ этот переход характеризуется как наиболее активная зона, что подтвердилось водолазными обследованиями. В последующем здесь на семи газопроводах была произведена засыпка, на трёх – «подсадка» трубопровода в грунт.

С 1990 года выполняются мероприятия по защите газопроводов от оползневых явлений на склоне реки Камы. Реализованные технические решения дали результат снижения риска на склоне, но не обеспечивали полной безопасной эксплуатации. Авария февраля 2003 г. утвердила необходимость начала работ по мониторингу НДС грунтов оползневого склона и газопроводов. Система мониторинга включает в себя 48 ультразвуковых постов (на основе пьезопреобразователей) для замера НДС газопровода, но система обеспечивала только периодический сезонный контроль. Была разработана система мониторинга НДС газопроводов врезкой интеллектуальных вставок (рисунок 7). Она состоит из 2-х интеллектуальных вставок (в виде катушек с 4-мя блоками тензометрических датчиков сопротивления). Замеренные значения НДС передаются через блоки преобразователей по системе телемеханики на пульт диспетчера. Это позволяет оперативно реагировать на рост напряжений, планировать мероприятия, направленные на предотвращение развития аварийных ситуаций.

  Интеллектуальные вставки, врезанные в газопровод Следующим этапом в-38

Рисунок 7 – Интеллектуальные вставки, врезанные в газопровод

Следующим этапом в обеспечении работоспособности МГ является организация мониторинга за состоянием оползневых масс, главная задача которого состоит в том, чтобы через измерения реперными и радиоволновыми методами найти объективные закономерности изменения состояния и свойств горного массива во времени. Эти закономерности отражают характер развития оползневых процессов и позволят наладить своевременное оповещение служб об активизации оползневых процессов. На склоне начата реализация мониторинга НДС грунтов с использованием комплексов приборов и оборудования. Режимные восемь скважин предназначены для установки в них контрольных приборов с целью оценки устойчивости оползневого склона и прогнозирования аварийных подвижек грунтов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.