ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СООРУЖЕНИЯ ГАЗОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Введение 5
1 Общая часть 8
1.1 Общие сведения о криолитозоне и описание местности Крайнего Севера 8
1.2 Состояние ресурсов углеводородного сырья 12
1.3 Особенности строительства газопроводов в условиях Крайнего Севера 13
1.4 Опасные геокриологические процессы. 15
2 Исследование грунтовых оснований почвенной среды крайнего севера 20
2.1. Анализ способов прокладки газопроводов. Грунты и фундаменты. 20
2.2 Конструктивно-технологические особенности прокладки газопроводов 24
2.2.1 Подземная прокладка на непротяженных участках мерзлых грунтов 33
2.3 Научно-техническое обоснование и оптимизация способов строительства трубопровода в сложных геокриологических условиях. Нефтепровод «Заполярье-Пур-Пе» как комплекс инновационных решений строительства. 38
2.3.1 Обеспечение прокладки подземного трубопровода на заболоченных и обводненных участках 41
2.3.2 Обоснование применения компенсационных блоков, расчет их опти-мальных характеристик 44
2.3.3 Базовые методы балластировки газопроводов 50
3 Основные технические решения по опорам трубопровода 58
3.1 Анализ существующих отечественных и зарубежных аналогов 58
3.2 Обеспечение несущей способности свайных фундаментов в сложных гео-логических условиях 62
3.3 Обеспечение несущей способности грунтов и предотвращение развития негативных геокриологических процессов 63
3.4 Технические решения по конструкциям свай для опор трубопровода, высоковольтных линий электропередач, зданий и сооружений при строительстве на ММГ, особенности и преимущества применяемых свай 68
4 Обоснование решений по термостабилизации грунтов оснований фундаментов опор для участков надземной прокладки 72
4.1 Физические основы применения термостабилизаторов и их классификация 72
4.2 Эффективность работы термостабилизаторов и ее оценка 73
4.3 Стендовые сравнительные испытания 78
Заключение 85
Список использованных источников 87
Приложение A (обязательное) Перечень иллюстрационно-графического материала ВКР 95

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность исследования. Развитие нефтегазового освоения северных регионов России существенно зависит от сроков возведения и надежной эксплуатации трубопроводных систем с учётом мерзлотно-грунтовых, экологических условий осваиваемых районов. С учетом требований к строительству трубопроводных систем используются подземный, наземный и преимущественно надземный типы прокладки трубопроводов. Анализ применения традиционных конструкций газопроводов 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 многолетнемерзлых грунтах (ММГ). Увеличение риска аварий и отказов при эксплуатации магистральных нефтегазопроводов в криолитозоне объективно связана с проблемой обеспечения надёжности и безопасности трубопроводного транспорта. Строительство нефтегазопроводов в условиях Крайнего севера, где широко распространены ММГ, характеризуется значительными экономическими затратами. Поэтому реше-ние этой проблемы заключается в правильном выборе способа и методах прокладки линейной части магистральных трубопроводов.
Для трубопроводных конструкций характерен ряд особенностей, отличающий их от иных сооружений. Одной из особенностей трубопроводного транспорта нефти и газа является их большая протяженность, а также прохождения через различные климатические и геологические зоны.
На данный момент в России эксплуатируется 171,2 тыс. км магистральных газопроводов диаметром до 1420 мм, имеющих в основном подземный способ прокладки, при рабочих давлениях 5,4–7,5 МПа. Важными особенностями являются превышающий 30–летний период эксплуатации большинства газопроводов и широкий диапазон природно–климатических условий в местах строительства. Условия представлены участками болот, участками вечной мерзлоты, непроходимыми таежными зонами с постоянно изменяющейся температурой от –60 до +40 ?С.
Это также наличие криогенных процессов, речные переходы, которые создают нестабильное напряженно- деформированное состояние трубопровода, которое определяется характеристиками воздействующих на него нагрузок. Эти нагрузки изменяются в зависимости от характеристик окружающей среды, параметров перекачиваемого продукта и т.д.
Таким образом, проблема обеспечения устойчивости газопровода на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации является важной задачей.
Цель данной работы состоит в комплексном исследовании методов сооруже-ния и технологий эксплуатации трубопроводов в условиях Крайнего Севера с при-сущими грунтами.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
- исследовать особенности строительства газопроводов в условиях Крайнего Севера;
- провести анализ специфических природно–климатических и рельефных условий;
- изучить конструктивно-технологические особенности газопроводов при прокладке на ММГ;
- изучить опыт строительства нефтепровода «Заполярье-Пур-Пе», как образца для возможных вариантов сооружения магистральных трубопроводов на ММГ;
- выбрать и обосновать наиболее оптимальный способ прокладки газопрово-дов в условиях Крайнего Севера;
- исследовать технологии сооружения свайных фундаментов и методы темпе-ратурной стабилизации грунта, выбрать наиболее эффективные.
Исследование способов сооружения газопроводов в условиях Крайнего Севера в настоящей работе будет проведено на примере Камчатского Края, поскольку строительство газопроводов на территории Камчатского Края требует значительных затрат. В то же время, в качестве примера, отметим, что традиционные 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 газопроводов [15]. Данные недостатки приводят к дополнительным затратам на ремонт, ликвидацию на трубопроводах инцидентов и аварийных ситуаций. В связи с этим настоящее исследование является целесообразным в целях совершенствования технологий строительства трубопроводов, обеспечивающих их продолжительную, без аварийную эксплуатацию в условиях Крайнего Севера, а именно в Камчатском Крае [20].

Весь текст будет доступен после покупки

1 Общая часть

1.1 Общие сведения о криолитозоне и описание местности Крайнего
Севера

Проектирование, строительство, эксплуатация газопроводов на Севере России осуществляются с учётом природно-климатических особенностей, наличия и месторасположения природных ресурсов, уровня развития промышленной инфраструктуры осваиваемого региона, требований к промышленно-экологической безопасности объектов нефтегазового комплекса.
Значительное распространение в Северном полушарии имеет криолитозона – верхний слой земной коры, который можно охарактеризовать отрицательной температурой пород и наличием подземных льдов. Основным породообразующим минералом в ней является лед (в виде жил, пластов), а также лед (лед–цемент) соединяющий рыхлые осадочные породы [6].
Геоэкологические последствия нарушения теплового режима при строитель-стве и эксплуатации трубопроводов в криолитозоне во много определяются антро-погенными факторами (экологические факторы, обусловленные различными фор-мами влияния деятельности человека на природу). В первую очередь к антропогенному фактору можно отнести нарушение или полное уничтожение растительного покрова, перераспределение снежного покрова, активизацию геокриологических процессов и их новообразование. Вследствие усиливается энергообмен в создаваемых и существующих природно-технических системах, выводящий многолетнемерзлые породы из динамического равновесия, которое возникает на разных этапах естественного развития.
Степень активизации зависит от строения мерзлых грунтов, их теплового со-стояния и их состава, от характера техногенных воздействий и особенностей ланд-шафтной обстановки.

Весь текст будет доступен после покупки

1. СП 25.13330.2020 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. / Росстандарт. –М.: ФАУ "ФЦС" 2020 -115с.
2. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*. – М.: Росстандарт, 2012. – 81 с.
3. СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. / Росстандарт. –М.: ФАУ "ФЦС" 2017, -145 с.
4. ГОСТ 16037-80. Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры (с Изменением N 1). -
Введ. 24.04.1980 – М.: Стандартинформ, 2005 – 24 с.
5. Варфоломеев, Ю.А. Опыт строительства и эксплуатации временных зимних дорог в Ненецком автономном округе. «Охрана окружающей среды и рацио-нальное использование природных ресурсов» / Ю.А. Варфоломеев, А.В. Ко-нюхов, С.В. Ходырев.: Сб. н. тр. - Вып. VHL - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2013. С 26- 32.
6. Васильев, В.И. Тепломассоперенос в промерзающих и протаивающих грунтах. / В.И. Васильев, А.М. Максимов, Е.Е. Петров, Г.Г. Цыпкин - М.: Наука. Физматлит, 2014. -224 с.
7. Вахаев, В.Г. Анализ типов фундамента для нефтяных резервуаров Варандей-ского терминала с целью снижения воздействия на многолетнемерзлые поро-ды. Сб. н. тр. Пробле мы освоения нефтегазовых месторождений Европейского Севера России / В.Г. Вахаев. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2017. Вып. 2. - 252 с.
8. Гаррис, Н.А. О возможности предотвращении порывов трубопровода вслед-ствие морозного пучения грунтов (в порядке обсуждения). «Нефть и газ» Межвуз. сб. научн. трудов. УГНТУ. / Н.А. Гаррис - Уфа, 2014. - Вып. 1. - С. 168-170.
9. Гаррис, Н.А. Ограничение ореола протаивания вокруг подземного трубопро-вода // НТС «Проблемы нефти и газа Тюмени». / Н.А. Гаррис - Тюмень, 2013. - Вып. 60. - С. 45-47.
10. Гаррис, Н.А., Глазырина В.М., Брот Р.А. и др. Экспериментальное обоснование возможности предотвращения прогрессирующего протаивания грунта под трубопроводом // Актуальные вопросы технической эксплуатации магистральных нефтепроводов (Сб. науч. тр. ВНИИСПТнефть). / Н.А. Гаррис - Уфа, 2014. - С. 25-28.
11. Гаррис, Н.А., Максимова С.А. Регламент эксплуатации магистрального тру-бопровода при условии сохранности окружающей среды / Н.А. Гаррис. Нефтяное хозяйство. - 2014. - № 1. - С. 63-64.
12. Гишкелюк, И.А. Прогнозирование оттаивания многолетнемерзлых грунтов вокруг подземного трубопровода большой протяженности / И.А. Гишкелюк, Ю.В. Станиловаская, Д.В. Евланов. Технологии транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов – 2015. – № 17. – С. 20 – 25.
13. Голиков, Н.И. Прочность сварных соединений резервуаров и трубопроводов, эксплуатирующихся в условиях Севера / Н.И. Голиков. – Якутск: Изд-во СВФУ, 2014. – 100 с.
14. Гречищев, С.Е., Чистотинов Л.В., Петрова Р.П. Геокриологические и гидро-логические проблемы освоения Тимано-Печорской нефтегазоносной провин-ции / С.Е. Гречищев, Р.П. Чистотинов, Р.П. Петрова - М: Геоинформаркет, 2015. - 58 с.
15. Гречищев, С.Е., Чистотинов Л.В., Петрова Р.П. Геокриологические и гидро-логические проблемы освоения Тимано-Печорской нефтегазоносной провин-ции / С.Е. Гречищев, Р.П. Чистотинов, Р.П. Петрова - М: Геоинформаркет, 2015. - 58
16. Губайдуллин, М.Г. Ресурсная база и перспективы освоения нефтяных место-рождений севера Тимано-Печорской провинции / М.Г. Губайдуллин. Нефтя-ное хозяйство 2013. №4. С.85-87.
17. Губайдуллин, М.Г. Комбинированный способ прокладки трубопровода // Сб. реф. информации ученых АГТУ о результатах НИР и НИОКР, рекомендованных к практическому использованию. / М.Г. Губайдуллин, А.В. Калашников, А.А. Худякова. - Архангельск: АГТУ, 2014. - С. 71-72.
18. Даниэлян, Ю.С. Прогнозирование процессов промерзания и оттаивания мерзлых грунтов при проектировании обустройства месторождений / Ю.С. Даниэлян. Нефтяное хозяйство, 2013. - № 1. - С.44-46.
19. Дейнеко, С.В. Оценка надежности газонефтепроводов. Задачи с решениями / С.В. Дейнеко. – М.: Изд-во «Техника», 2016. – 80 с.
20. Димов, Л.А. Строительство нефтепроводов на многолетнемерзлых грунтах в южной части кри- олитзоны Центральной и Восточной Сибири / Л.А. Димов. Трубопроводный транспорт нефти. - 2016. - № 2. - С. 104-106.
21. Колоколова, Н.А. Экспериментальная установка для изучения процесса теп-лообмена наземного трубопровода в условиях вечной мерзлоты // Трубопро-водный транс- порт–2016: материалы VI Международной учебно- научно-практической конференции / Н.А. Колоколова, Н.А. Гаррис - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2015. - 340 с., С. 64-66.
22. Комаров, И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мёрзлых породах. / И.А. Комаров - М.: Научный мир, 2013. - 607 с.
23. Конюхов, А.В. Инженерные изыскания и оптимизация прокладки нефтепро-водов на вечномерзлых грунтах / А.В. Конюхов. - Архангельск, АГТУ, 2014. - 60 с.
24. Коробов, В.Б. Оценка масштабов возможного воздействия на окружающую среду при освоении нефтяных месторождений в Ненецком автономном округе / В.Б. Коробов. Экологическая экспертиза, 2013. №5. - С. 13-19.
25. Кудрявцев, В.А. Управление радиационно- тепловым балансом - основа охраны природы в области вечной мерзлоты / В.А. Кудрявцев. Сб. Мерзлотные исследования. - М.: Изд. МГУ, 1979. - Вып. Х1Х. - С. 3-6.
26. Кутвицкая, Н.Б. Некоторые особенности теплового влияния внутрипромыс-ловых газопроводов подземной и наземной прокладки на многолетнемерзлые грунты в условиях Заполярного ГНКМ / Кутвицкая Н.Б. /http://www. fundamnt.ru/publications/pub028.html.
27. Мазур, И.И. Экология строительства объектов нефтяной и газовой промыш-ленности / И.И. Мазур. - М.: Недра, 2015. - 278 с.
28. Мухаметдинов, Х.К. Почему газопроводы всплывают / Х.К. Мухаметдинов. Газовая промышленность. – 2016. ? № 8. – С. 20?22.
29. Невзоров, А.Л. Структурная модель грунта // Мат. междунар. науч.-техн. конф. Опыт строительства и реконструкции зданий, сооружений на слабых грунтах / А.Л. Невзоров. - Архангельск: АГТУ, 2013. - С.99-104.
30. Пендин, В.В. Овсянникова О.С., Дубина Т.П. К вопросу о необходимости инженерно - геологического обследования магистральных нефтепроводов в процессе эксплуатации / В.В. Пендин. Трубопроводный транспорт нефти. М.: Транс Пресс, 2016. № 7. - с . 14-16.
31. Рафиков, С.К. Разработка укрепления насыпей при наземной прокладке се-верных газопроводов / С.К. Рафиков. Нефть и газ. - 2013. - № 5. - С. 77-79.
32. Рудаченко, А.В. Эксплуатационная надежность трубопроводных систем / А.В. Рудаченко. – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – 118 с.
33. Селезнёв, B.C., Алёшин В.В., Прялов С.Н. Основы численного моделирова-ния магистральных трубопроводов / В.С. Селезнёв, В.В. Алёшин, С.Н. Прялов. - М.: Ком. книга, 2015. - 492 с.
34. Снакин, В.В. Биопродуктивность как фактор устойчивости ландшафта / В.В. Снакин. В.Р. Хрисанов. Использование и охрана природных ресурсов в Рос-сии, 2014. №10.-с.60-67.
35. Толкачев, В.Ф. Дорога к нефти / В.Ф. Толкачев. - Архангельск: Правда Севера, 2015. - 608 с.
36. Тоскунина, В.Э. Освоение нового нефтегазового региона в современных экономических условиях (теоретические основы и практические подходы к формированию программы развития Ненецкого автономного округа) / В.Э. Тоскунина. - Екатеринбург: ин-т экономики УрО РАН, 2014. - 281 с.
37. Тугунов, П.И., Новосёлов В.Ф., Коршак А.А., Шаммазов A.M. Типовые расчёты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов / П.И. Тугунов, В.Ф. Новосёлов, А.А. Коршак, А.М. Шаммазов. - Уфа: Дизайн Полиграфсервис, 2013. - 656 с.
38. Харионовский, В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов / В.В. Харионовский. – М.: ОАО «Издательство «Недра», 2016. – 467 с.
39. Харионовский, В.В. Надежность магистральных газопроводов: современное состояние / В.В. Харионовский. Наука и техника в газовой промышленности. – 2016. ? № 3. – С. 4?13.
40. Харионовский, В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях. / В.В. Хариновский. - Л.: Недра, 2015. - 180 с.
41. Хренов, Н. Н. Сооружение северных трубопроводов. Взаимодействие с многолетнемерзлыми грунтами в макетах и на трассе / Н.Н. Хренов. Нефть Газ Промышленность. - 3 (39). Режим доступа: http:// www.oilgasindustry.ru
42. Хрусталев, Л.Н., Никифоров В.В. Стабилизация вечномерзлых грунтов в основании здания / Л.Н. Хрусталев, В.В. Никифоров, - Новосибирск: Наука, 2015. - 137 с.
43. Худякова, А.А. Охрана окружающей среды при возведении линейных сооружений на Крайнем Севере / А.А. Худякова. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Сб. научн. тр. / АГТУ. — 2017.-Вып. 73.-С. 257-261.
44. Шаммазов, A.M. Основы трубопроводного транспорта нефти / А.М. Шаммазов, А.А. Коршак, Г.Б. Коробков, Н.Ф. Султанов. - УФА: ГИНТЛ «Реактив», 2016. - 152 с.
45. Шарыгин, В.М. Прокладка и балластировка газопроводов в сложных условиях / В.М. Шарыгин. – М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2013. – 228 с.
46. Юдахин, Ф.Н. Экологические проблемы освоения нефтегазовых месторождений севера Тимано- Печорской провинции / Ф.Н. Юдахин, М.Г. Губайдуллин, В.Б. Коробов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2014. - 314 с.
47. Яковлев, А.Я. Перспективные конструктивно- технологические решения по прокладке и балластировке газопроводов / А.Я. Яковлев, А.И. Филиппов, В.М. Шарыгин. Газовая промышленность. – 2014. ? №10. – С. 18?21.
48. Ellwood, J. R. Observationsof soiland ground ice in pipeline trench excavations in the South Yukon / J.R. Ellwood, J.F. Nicon. Permafrost: 4-th int. conf. proc., jul. 17-22, 2013. - Washington, 2013. - P. 278-282.
49. Stenley, I.M. Investigations and implications of subsurfase conditions beneath the Transalaska pipe in Atigun pass / I.M. Stenley. Permafrost: 4-th int. conf. proc., jul. 17-22, 2014. - Washington, 2014. - P. 1188-1193.
50. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Мето-дика выполнения расчётов на прочность трубопровода с учётом дополнительных напряжений, возникающих при осадке торфяного основания [Текст]: РД
РД-23.040.00-КТН-039-14: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 13.04.2014: ввод. в действие с 01.09.2014. – М.: ЭНАС, 2014. – 54 с.
51. Анисимов В.В., Криницын М.И. Строительство магистральных трубопроводов в районах вечной мерзлоты. М.: Госстройиздат. 1963. С.147.
52. Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве.
М.: «Недра». 1976. С.224.
53. Володченкова О.Ю. Проектирование «теплых» магистральных трубопроводов в зонах вечной мерзлоты // Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт.
М.: РГУ им. И.М. Губкина. 2005. №2. С. 26-30.
54. Володченкова О.Ю. Обеспечение проектного положения подземных маги-стральных нефтепроводов в зонах вечной мерзлоты. Диссертация к.т.н. Москва. 2007. С.148.
55. Димов Л.А., Богушевская Е.М. Магистральные трубопроводы в условиях болот и обводнённой местности. М.: «Горная книга». 2010. С.392.
56. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Мето-дика выполнения расчётов на прочность трубопровода с учётом дополнительных напряжений, возникающих при осадке оттаивающих многолетнемерзлых грунтов [Текст]: РД-23.040.00-КТН-058-14: утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 01.03.2014: ввод. в действие с 01.11.2001. – М.: ЭНАС, 2014. – 114 с.
57. РД-23.040.00-КТН-110-07 Магистральные нефтепроводы. Нормы проектирования. Петров И.П., Спиридонов В.В. Надземная прокладка трубопроводов.
М.: Недра. 1965. С.447.
58. СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты /Госстроя СССР. -М.: ФГУП ЦПП, 2006, 141 с.
59. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах /
Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2005. - 52 с.
60. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия3. Многолетние данные. Части 1-6. Выпуск 17, Л.: Гидрометеоиздат, 1996, с.703.
61. Материалы международной научно-практической конференции по инженер-ному мерзлотоведению, посвященной XX-летию ООО НПО «Фундамент-стройаркос». Тюмень: ООО «Сити-Пресс». 2011. С.456.
62. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа. 1967. С.599.
63. Инженерная геокриология. Справочное пособие. / Под ред.
Э.Д. Ершова. М.: Недра. 1991. С.440.
64. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука. 1989. С.616.
65. Израилев Ю.Л. Конечно-разностный метод решения трехмерной задачи нестационарной теплопроводности. // Численные методы решения задач термопрочности в энергетике. М.: Энергия. 1981. С.110.
66. Хрусталев Л.Н. Температурный режим вечномерзлых грунтов на застроенной территории. М.: Наука. 1971. С.168.
67. Voller V.R. Accurate solutions of the moving boundary problems using the enthalpy method.// Int. J. Heat and Mass Transfer.1981. Vol.24. No.3. P.545-556.
68. Основы геокриологии. Ч. 5. Инженерная геокриология. М.: Изд-во МГУ. 1999. С.526.
69. ГОСТ 25358-2020 Грунты. Метод полевого определения температуры. - М.: Стандартинформ, 01.07.2013. 11 с.
70. rp5.ru сайт: «Расписание погоды».
71. Лисин Ю.В., Сощенко А.Е., Павлов В.В., Коргин А.В., Суриков В.И. Технические решения по температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов оснований объектов трубопроводной системы «Заполярье – НПС «Пур-Пе» // Промышленное и гражданское строительство. 2014. №1.

Весь текст будет доступен после покупки