способ ремонта трубопроводов криолитозоны с учетом прогноза взаимодействия с вечномерзлыми грунтами

Формула изобретения

Способ ремонта трубопроводов криолитозоны с учетом прогноза взаимодействия с вечномерзлыми грунтами, включающий обвалование отдельных участков трубопровода, отличающийся тем, что на участках трубопровода со среднегодовой положительной температурой транспортируемого газа в местах ореолов протаивания многолетнемерзлых грунтов под трубой трубопровода не более 1 м, угрожающих целестности трубопровода, производят обваловку грунтом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ремонту трубопроводов, преимущественно газопроводов в криолитозоне (многолетнемерзлых породах) при формировании (наличии) ореолов оттаивания без прекращения транспортировки газа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения повреждения трубопровода, включающий обваловку участков трубопровода, расположенных на повышенных участках местности (см. авторское свидетельство СССР 391341, кл. F 16 L 1/02, опубл. 25.07.1973).

Выполнение валика над трубой трубопровода позволяет защитить трубопровод от резких температурных колебаний, и валик является резервом грунта при его уплотнении в период стабилизации при растеплении мерзлоты под трубой. Однако данный способ не позволяет выявить потенциально опасных участков трубопровода, что может привести к всплытию трубопровода с его деформацией и запредельными значениями напряженно-деформированного состояния.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение надежной, безаварийной эксплуатации линейной части северных трубопроводов, что предупреждает всплытие трубопроводов и последующее растепление многолетнемерзлых пород.

Указанная задача решается за счет того, что способ ремонта трубопроводов криолитозоны с учетом прогноза взаимодействия с вечномерзлыми грунтами включает обвалование отдельных участков трубопровода, при этом обваловку грунтом производят на участках трубопровода со среднегодовой положительной температурой транспортируемого газа в местах ореолов протаивания многолетнемерзлых грунтов под трубой трубопровода не более 1 м, угрожающих целoстности трубопровода.

Изобретение решает задачу ремонта линейной части действующих заглубленных газопроводов в многолетнемерзлых породах на участках сплошных ореолов протаивания, промерзание которых ведет к вспучиванию грунтов и всплытию трубопровода с его деформацией и запредельными значениями напряженно-деформированного состояния.

Большую часть газа ОАО "Газпром" добывает на северных месторождениях, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов. Промысловые трубопроводы и начальные участки магистральных трубопроводов в криолитозоне пропускают наибольшее количество газа и не имеют резервирования.

Современное состояние трубопроводов в криолитозоне вызывает обоснованную озабоченность. Обследования показывают, что за время эксплуатации происходит разрушение и выпучивание пригрузов, трубопроводы всплывают, перемещаются по дневной поверхности, получают значительные напряжения, что требует проведения ремонтов.

При определении технологии ремонта необходимо учитывать температуру транспортируемого газа. Температурный режим перекачиваемого газа определяет его тепловое влияние на вмещающие мерзлые породы, особенности формирования сезонных и многолетних ореолов оттаивания мерзлых пород. В зависимости от конкретных условий подготовки газа на установке комплексной подготовки газа газ может транспортироваться как с положительной, так и с отрицательной температурой.

Изобретение разработано на основе исследований динамики мерзлотных условий "теплого" и "холодного" газопроводов, проложенных от УКПГ-2 и УКПГ-1"В" Ямбургского месторождения.

По условиям эксплуатации среднегодовая температура газа в трубопроводе, проложенном от УКПГ-2 на протяжении расчетного периода (за исключением 1998 г. ) положительная. Следовательно, под трубопроводом должны формироваться многолетние ореолы оттаивания грунтов. Однако в реальных условиях при учете ежемесячных изменений температуры воздуха и транспортируемого газа за период с 1994 по 1999 г. сформировалась сложная картина теплового взаимодействия трубопровода с грунтами. Изменение температурного режима газа в трубопроводе и динамика формирования ореолов оттаивания и промерзания грунта показана на фиг. 1. С 1994 г. под трубопроводом начинает формироваться многолетний ореол протаивания. Поскольку среднегодовая температура не превышает 1,7-4,6^oC, мощность ореола оттаивания под нижней образующей трубы незначительная и не превышает 1,0-1,5 м. На фоне многолетнего оттаивания в зимние месяцы формируются сезонные ореолы промерзания грунта мощностью 0,5-0,8 м. В 1997 г., когда среднегодовая температура газа стала отрицательной, сформировавшийся ореол оттаивания полностью промерзает, и в летний период под нижней образующей трубы формируется незначительный ореол оттаивания. В дальнейшем (1998 г. ) мощность сезонного ореола оттаивания увеличивается до 1,1 м, однако в феврале 1999 г. он полностью промерзает.

Эксплуатация трубопровода существенно изменяет конфигурацию температурного поля пород как в ореоле оттаивания, так и без его образования. Фрагменты температурного поля пород, построенные на различные моменты времени, для трубопровода, транспортирующего газ от УКПГ-2, показаны на фиг. 2.

Периоды эксплуатации трубопровода, когда на фоне многолетнего оттаивания под нижней образующей трубопровода происходит сезонное промерзание грунта, являются неблагоприятными, поскольку в зимние месяцы формируются замкнутые зоны промерзающих сверху, сбоку и снизу талых грунтов. Это отчетливо видно на фиг. 3. В случае если грунты водонасыщены и пучиноопасны, происходит иx интенсивное морозное пучение и как следствие - выпучивание газопровода.

Менее динамичная картина теплового взаимодействия трубопровода с грунтами отмечается на выходе его из УКПГ-1"В". Здесь на протяжении большего времени эксплуатации среднемесячные температуры газа (за исключением 1996 и 1997 г.) остаются отрицательными. Поэтому в эти периоды в летнее время отмечается только сезонное оттаивание грунта с поверхности и не происходит его оттаивания под нижней и около боковой поверхности трубопровода (фиг. 4). При этом глубина сезонного оттаивания в зависимости от температурного режима газа может достигать поверхности трубопровода (1994, 1997, 1998 гг.), а в отдельные годы оттаивающий с поверхности грунт не соприкасается с верхней образующей трубопровода, над трубопроводом остается слой мерзлого грунта мощностью около 0,2 м.

В те периоды, когда температура газа в течение хотя бы короткого периода становится положительной, под нижней образующей трубопровода формируется сезонный ореол оттаивания (1996, 1997 гг.). Мощность ореола оттаивания не превышает 0,4 м. Продолжительность его существования около 2-х месяцев. Сформировавшийся с поверхности сезонноталый слой с началом зимы быстро, в течение месяца, промерзает, причем промерзание происходит как с поверхности, так и со стороны трубопровода (фиг. 4). На участках распространения многолетнемерзлых пород это не приводит к негативным последствиям. Фрагменты температурного поля пород под трубопроводом, идущим от УКПГ-1"В", показаны на фиг. 5.

На участках "теплого" трубопровода дополнительно определены напряжения, уровень которых не превысил 15% от предела текучести.

Натурные исследования и расчеты позволили определить технологию ремонтов. Осуществляется постоянный контроль за динамикой растепления многолетнемерзлых пород и образования ореолов протаивания, и при выявлении участков, угрожающих целостности трубопровода, осуществляют их обваливание местными грунтами на высоту (в объеме), определяемую на основании действующих нормативных документов, достаточную для предотвращения всплытия трубопровода и дальнейшего протаивания многолетнемерзлых пород, т.е. речь идет о том, что на участках трубопровода со среднегодовой положительной температурой транспортируемого газа в местах ореолов протаивания многолетнемерзлых грунтов под трубой трубопровода не более 1 м, угрожающих целостности трубопровода, производят обваловку грунтом.

Практика показала возможность осуществления изобретения и существенный экономический результат от его внедрения.