Журналов:     Статей:        

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017; : 100-106

О постановке задач регулирования ореола протаивания вокруг трубопровода в районах распространения мерзлоты

Гаррис Н. А., Закирова Э. А.

Аннотация

Строительство оснований и фундаментов нефтегазовых объектов и транспортных линий как по принципу I, так и по принципу II использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания сооружений далеко не всегда бывает успешным. Опыт эксплуатации трубопроводов в районах мерзлоты и исследования теплового взаимодействия оснований сооружений с оттаивающими и промерзающими грунтами показывает, что наилучшей конструкцией линейной части трубопровода будет та, которая позволит сохранить массив грунта в естественном состоянии на протяжении всего периода эксплуатации трубопроводов. Это возможно при ограничении теплового и механического воздействия на грунт и использовании принципа сохранения мерзлого грунта в естественном состоянии, который можно назвать III принципом проектирования. Необходимым требованием является обеспечение нулевого годового теплооборота на поверхности Земли. Достаточным условием можно считать сохранность подстилающих мерзлых грунтов в естественном состоянии, их структуры, механических свойств и т. д. В целях минимизации теплового воздействия на подстилающие мерзлые грунты решается задача теплообмена подземного и наземного нефтепровода с «остановленной» границей протаивания. Предложенное в статье решение универсально, учитывает тепло фазовых превращений на границе протаи-вания-промерзания вокруг трубопровода, соответствует требованиям нормативной документации, апробировано в условиях физического эксперимента и может использоваться при постановке и решении различных технико-экономических задач, с учетом экологического аспекта и в соответствии с заданным температурным регламентом. С использованием предложенной методики с учетом регулирования ореолов протаивания могут быть определены рациональная степень заглубления оси трубопровода при наземной прокладке трубопровода, толщина теплозащитного экрана при условии сохранения несущей способности основания (мерзлого грунта под трубой), решен вопрос совершенствования конструкции наземного трубопровода и др.
Список литературы

1. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88. М.: Минрегион России, 2012. 116 с.

2. Закирова Э.А., Гаррис Н.А. Как избежать выпучивания опор надземных трубопроводов в районах пучинистых грунтов // Нефтегазовое дело. 2016. Т. 14. № 2. С. 85-92.

3. Гаррис Н.А., Закирова Э.А., Кутлыева З.Р. Третий принцип проектирования трубопроводов на мерзлых грунтах // Материалы XI Международной учеб.-науч.-практ. конф. «Трубопроводный транспорт - 2016». Уфа, 2016. С. 401-402.

4. Харионовский В.В. Повышение прочности газопроводов в сложных условиях. Л.: Недра, 1990. 180 с.

5. Димов Л.А. Строительство нефтепроводов на многолетнемерзлых грунтах в южной части криолитозоны Центральной и Восточной Сибири // Нефтяное хозяйство. 2008. № 2. С. 104-106.

6. Кушнир С.Я. Трубопроводный транспорт в условиях мерзлых грунтов // Материалы Международной науч.-практ. конф. по инженерному мерзлотоведению, посвященной 20-летию ООО НПО «Фундаментстройаркос». Тюмень, 2011. С. 18-23.

7. Хренов Н.Н. Сооружение северных трубопроводов. Взаимодействие с многолетнемерзлыми грунтами в макетах и на трассе // Нефть. Газ. Промышленность. 2008. № 3. [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://neftegaz.ru/science/view/610 (Дата обращения: 24.01.2017.)

8. Карасевич А.М., Исмаилов Т.И. Промерзание и пучение грунта вдоль трассы газопровода, транспортирующего газ с отрицательной температурой // Нефть, газ и бизнес. 2006. № 6. С. 59-61.

9. Выпуклые бугры пучения многолетнемерзлых торфяных массивов / Ю.К. Васильчук, А.К. Васильчук, Н.А. Буданцева, Ю.Н. Чижова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2008. 571 с.

10. СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*. М.: Госстрой, ФАУ «ФЦС», 2013. 83 с.

11. Гаррис Н.А., Колоколова Н.А. О выборе способа прокладки трубопроводов в районах вечной мерзлоты // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. № 1. С. 13-17.

12. Гаррис Н.А. Эксплуатация нефтепродуктопроводов в различных температурных режимах и загрузках при условии сохранности экологической среды: автореф. дис.. д-ра техн. наук. Уфа, 1998. 48 с.

13. Гаррис Н.А. О возможности предотвращения порывов трубопровода вследствие морозного пучения грунтов (в порядке обсуждения) // Межвуз. сб. научн. тр. УГНТУ. Нефть и газ. Уфа. Т. 1. 1997. С. 168-170.

14. Гаррис Н.А., Максимова С.А. Регламент эксплуатации магистрального трубопровода при условии сохранности окружающей среды // Нефтяное хозяйство. 1990. № 1. С. 63-64.

15. Соколов С.М. Теоретические основы новых методов сооружения нефтепромысловых трубопроводов в условиях Западной Сибири: автореф. дис.. д-ра техн. наук. Тюмень, 2009. 38 с.

16. Кудрявцев С.А. Расчетно-теоретическое обоснование проектирования и строительства сооружений в условиях промерзающих пучинистых грунтов: автореф. дис.. д-ра техн. наук. СПб., 2004. 43 с.

17. Соколов С.М. Многолетнемерзлые грунты в качестве основания промысловых трубопроводов // Нефтяное хозяйство. 2008. № 10. С. 126-127.

18. Соколов С.М. Проектирование и строительство нефтепромысловых трубопроводов в сложных инженерно-гидрогеологических условиях Западной Сибири // Нефтяное хозяйство. 2004. № 3. С. 88-92.

19. Колоколова Н.А., Гаррис Н.А. О выборе способа прокладки трубопроводов в районах вечной мерзлоты // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. № 1. С. 13-17.

20. Аронс А.А., Кутателадзе С.С. Исследование теплопередачи от подземных трубопроводов методом моделирования // Журнал технической физики. Т. 5. № 9. 1935. С. 1638-1650.

21. Ястребов А.Л. Инженерные коммуникации на вечномерзлых грунтах. Л.: Стройиздат, Лен. отд., 1972. 176 с.

22. СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. М.: ОАО «Газпром», 2006. 205 с.

23. Велли Ю.Я., Докучаева В.В. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Л.: Стройиздат, Лен. отд., 1977. 551 с.

24. Яблонский В.С., Белоусов В.Д. Проектирование нефтегазопроводов. М.: Гостоптехиздат, 1959. 292 с.

25. СП 34-116-97. Инструкция по проектированию, строительству и реконструкции промысловых нефтегазопроводов. М.: Минтопэнерго России, 1997. 206 с.

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2017; : 100-106

The Problems Statement Of Thawing Halo Regulation Around Pipelines In Areas Of Permafrost Expansion

Garris N. A., Zakirova E. A.

Abstract

Construction of oil and gas facilities and transport lines foundations based on both the I and II principles of usage of permafrost soils as facilities foundation is not always successful. Experience in pipelines operating in permafrost areas and studies of thermal interaction between the facilities foundations and thawing and freezing soils show that the best design of the linear pipeline will be the one that will keep the mass of soil in its native state throughout the period of operation. This can be acquired by limiting the thermal and mechanical influence on the soil and the adherence of preserving frozen soil in its native state, which can be called principle III. An essential requirement is to provide a zero annual heat exchange on the Earth surface. A sufficient condition can be regarded as preservation of the underlying frozen soils in the native state, as well as their structure, mechanical properties, etc. The formula proposed in the article is universal and easy to use, it considers the heat of phase transformations on the thawing-freezing border around the pipeline, corresponds the requirements of normative documentation, it is approved in a physical experiment and can be used in setting and solving various technical and economic problems, considering the requirements of environmental integrity and specified temperature regulation. The following problems can be solved effective considering the thawing halo control: problem of determining rational burial depth of the above ground pipeline axis; problem of determining the thickness of the heat shield considering the maintaining of foundation bearing capacity (frozen soil under the pipeline); problem of improving the design of above ground pipeline, etc.
References

1. SP 25.13330.2012. Osnovaniya i fundamenty na vechnomerzlykh gruntakh. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.02.04-88. M.: Minregion Rossii, 2012. 116 s.

2. Zakirova E.A., Garris N.A. Kak izbezhat' vypuchivaniya opor nadzemnykh truboprovodov v raionakh puchinistykh gruntov // Neftegazovoe delo. 2016. T. 14. № 2. S. 85-92.

3. Garris N.A., Zakirova E.A., Kutlyeva Z.R. Tretii printsip proektirovaniya truboprovodov na merzlykh gruntakh // Materialy XI Mezhdunarodnoi ucheb.-nauch.-prakt. konf. «Truboprovodnyi transport - 2016». Ufa, 2016. S. 401-402.

4. Kharionovskii V.V. Povyshenie prochnosti gazoprovodov v slozhnykh usloviyakh. L.: Nedra, 1990. 180 s.

5. Dimov L.A. Stroitel'stvo nefteprovodov na mnogoletnemerzlykh gruntakh v yuzhnoi chasti kriolitozony Tsentral'noi i Vostochnoi Sibiri // Neftyanoe khozyaistvo. 2008. № 2. S. 104-106.

6. Kushnir S.Ya. Truboprovodnyi transport v usloviyakh merzlykh gruntov // Materialy Mezhdunarodnoi nauch.-prakt. konf. po inzhenernomu merzlotovedeniyu, posvyashchennoi 20-letiyu OOO NPO «Fundamentstroiarkos». Tyumen', 2011. S. 18-23.

7. Khrenov N.N. Sooruzhenie severnykh truboprovodov. Vzaimodeistvie s mnogoletnemerzlymi gruntami v maketakh i na trasse // Neft'. Gaz. Promyshlennost'. 2008. № 3. [Elektronnyi resurs.] Rezhim dostupa: http://neftegaz.ru/science/view/610 (Data obrashcheniya: 24.01.2017.)

8. Karasevich A.M., Ismailov T.I. Promerzanie i puchenie grunta vdol' trassy gazoprovoda, transportiruyushchego gaz s otritsatel'noi temperaturoi // Neft', gaz i biznes. 2006. № 6. S. 59-61.

9. Vypuklye bugry pucheniya mnogoletnemerzlykh torfyanykh massivov / Yu.K. Vasil'chuk, A.K. Vasil'chuk, N.A. Budantseva, Yu.N. Chizhova. M.: Izd-vo Mosk. un-ta, 2008. 571 s.

10. SP 36.13330.2012 Magistral'nye truboprovody. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.05.06-85*. M.: Gosstroi, FAU «FTsS», 2013. 83 s.

11. Garris N.A., Kolokolova N.A. O vybore sposoba prokladki truboprovodov v raionakh vechnoi merzloty // Transport i khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya. 2013. № 1. S. 13-17.

12. Garris N.A. Ekspluatatsiya nefteproduktoprovodov v razlichnykh temperaturnykh rezhimakh i zagruzkakh pri uslovii sokhrannosti ekologicheskoi sredy: avtoref. dis.. d-ra tekhn. nauk. Ufa, 1998. 48 s.

13. Garris N.A. O vozmozhnosti predotvrashcheniya poryvov truboprovoda vsledstvie moroznogo pucheniya gruntov (v poryadke obsuzhdeniya) // Mezhvuz. sb. nauchn. tr. UGNTU. Neft' i gaz. Ufa. T. 1. 1997. S. 168-170.

14. Garris N.A., Maksimova S.A. Reglament ekspluatatsii magistral'nogo truboprovoda pri uslovii sokhrannosti okruzhayushchei sredy // Neftyanoe khozyaistvo. 1990. № 1. S. 63-64.

15. Sokolov S.M. Teoreticheskie osnovy novykh metodov sooruzheniya neftepromyslovykh truboprovodov v usloviyakh Zapadnoi Sibiri: avtoref. dis.. d-ra tekhn. nauk. Tyumen', 2009. 38 s.

16. Kudryavtsev S.A. Raschetno-teoreticheskoe obosnovanie proektirovaniya i stroitel'stva sooruzhenii v usloviyakh promerzayushchikh puchinistykh gruntov: avtoref. dis.. d-ra tekhn. nauk. SPb., 2004. 43 s.

17. Sokolov S.M. Mnogoletnemerzlye grunty v kachestve osnovaniya promyslovykh truboprovodov // Neftyanoe khozyaistvo. 2008. № 10. S. 126-127.

18. Sokolov S.M. Proektirovanie i stroitel'stvo neftepromyslovykh truboprovodov v slozhnykh inzhenerno-gidrogeologicheskikh usloviyakh Zapadnoi Sibiri // Neftyanoe khozyaistvo. 2004. № 3. S. 88-92.

19. Kolokolova N.A., Garris N.A. O vybore sposoba prokladki truboprovodov v raionakh vechnoi merzloty // Transport i khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya. 2013. № 1. S. 13-17.

20. Arons A.A., Kutateladze S.S. Issledovanie teploperedachi ot podzemnykh truboprovodov metodom modelirovaniya // Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. T. 5. № 9. 1935. S. 1638-1650.

21. Yastrebov A.L. Inzhenernye kommunikatsii na vechnomerzlykh gruntakh. L.: Stroiizdat, Len. otd., 1972. 176 s.

22. STO Gazprom 2-3.5-051-2006. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya magistral'nykh gazoprovodov. M.: OAO «Gazprom», 2006. 205 s.

23. Velli Yu.Ya., Dokuchaeva V.V. Spravochnik po stroitel'stvu na vechnomerzlykh gruntakh. L.: Stroiizdat, Len. otd., 1977. 551 s.

24. Yablonskii V.S., Belousov V.D. Proektirovanie neftegazoprovodov. M.: Gostoptekhizdat, 1959. 292 s.

25. SP 34-116-97. Instruktsiya po proektirovaniyu, stroitel'stvu i rekonstruktsii promyslovykh neftegazoprovodov. M.: Mintopenergo Rossii, 1997. 206 s.