Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Методика оценки пространственного положения трубопровода в условиях пучинистых грунтов

Диссертация: Методика оценки пространственного положения трубопровода в условиях пучинистых грунтов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на научно-технических семинарах кафедры «Проектирование и эксплуатация нефтегазопроводов и хранилищ» ТюмГНГУ (2008;2009 гг.) — на научно-техническом совете ОАО «Институт «Нефтегазпроект» (2009 г.) — на 2-ой Международной конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири» (ТюмГНГУ, Тюмень… Читать ещё >

Содержание

  • Раздел 1. Грунты как определяющий фактор пространственного 8 положения трубопроводов в условиях пучинистых грунтов
    • 1. 1. Влияние грунтового фактора на пространственное положе- 8 ние трубопровода
    • 1. 2. Анализ грунтовых условий прокладки магистральных тру- 12 бопроводов в условиях Западной Сибири
    • 1. 3. Анализ аварийности и отказов магистральных трубопрово- 29 дов в условиях Западной Сибири
  • Выводы по разделу
  • Раздел 2. Изученность морозной пучинистости грунтов
    • 2. 1. Факторы, условия и критерии оценки морозного пучения 35 грунтов
    • 2. 2. Основные закономерности морозного пучения дисперсных 43 грунтов
    • 2. 3. Натурные наблюдения за изменением высотного положения 56 трубопровода при воздействии морозного пучения грунтов
  • Выводы по разделу
  • Раздел 3. Исследования влияния теплового режима и давления на 66 пространственное положение конденсатопровода
    • 3. 1. Общие положения
    • 3. 2. Теплообмен подземного трубопровода с окружающим грун- 69 том в отсутствие фазовых переходов
    • 3. 3. Тепловое влияние одиночного подземного трубопровода на 78 сезонные процессы промерзания-оттаивания грунтов

    3.4. Применение метода конечных элементов при расчетах тем- 82 пературы транспортируемого продукта по длине трубопровода и температурного поля грунта при его сезонном промерзании (оттаивании).—."ттттггг.~"

    3.5. Результаты численных расчетов тепловых режимов конденсатопровода и газопровода.

    Выводы по разделу 3.

    Раздел 4. Методика геодезических наблюдений за пространствен- 97 ным положением конденсатопровода и разработка методики их расшифровки.

    4.1. Геодезические наблюдения.

    4.1.1. Общие положения.

    4.1.2. Общая характеристика МК «Уренгой-Сургут».

    4.1.3. Инженерно-геологические и грунтовые условия трасы кон- 100 денсатопровода.

    4.1.4. Методика проведения работ.

    4.2. Разработка методики расшифровки результатов геодезиче- 109 ских наблюдений с помощью регуляризирующих методов.

    4.3. Расчет продольных и поперечных перемещений конденса- 120 топровода с учетом его пространственного положения

    4.3.1. Продольное перемещение конденсатопровода.

    4.3.2. Поперечные перемещения конденсатопровода.

    Выводы по разделу 4.

Методика оценки пространственного положения трубопровода в условиях пучинистых грунтов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Критерием оценки эксплутационной надежности нефтегазопроводов (а значит и их остаточного ресурса) являются эквивалентные напряжения в стенке трубопроводов. Среди факторов, формирующих это напряженное состояние, взаимодействие трубопроводов с промерзающими грунтами, является наименее изученным.

Напряжения, возникающие в грунтах при пучении, смещают трубопроводы, изменяя их плановое и высотное положение. Такие деформации характерны для районов глубокого сезонного промерзания и распространения веч-номерзлых грунтов.

Решение проблемы особенно актуально для Тюменского нефтегазового региона, где вечномерзлые грунты занимают площадь около 1 млн. км2, а грунты с глубоким сезонным промерзанием составляют более 70% талых грунтов.

Несмотря на широкое территориальное распространение явления пучения в России, действующие в настоящее время СНиП и другие нормативные документы не дают достаточно обоснованных характеристик и методов инженерного прогнозирования морозного пучения грунтов. Не позволяют уверенно прогнозировать и оценивать надежность линейных частей трубопроводов и широко применяемые ныне при эксплуатации магистральных трубовопроводов (МГ) методы диагностики. Довольно часто имеют место случаи, когда по результатам диагностики дефектов трубопровода не обнаружено, а через 2−3 месяца на этом участке происходит до трех аварий. Причиной такого положения, по нашему мнению, является недостаточный учет существующими методами диагностики и прогноза одного из основных факторов, определяющих плановое и высотное положение трубопровода при подземной прокладке — взаимодействие трубопровода с грунтом. В тоже время многосторонняя и сложная функциональная зависимость процесса пучения от совокупности факторов не позволяет установить с достаточной степенью точности методы прогноза пучения грунтов.

Существующие методы прогноза высотно-планового положения трубопровода недостаточно, по-нашему мнению, учитывают процесс взаимодействия трубопровода с грунтами. Выполненные нами исследования силового взаимодействия трубопровода с грунтами показали, что влиянием талых грунтов на напряженно-деформированное состояние (НДС) стенки трубопровода в зоне изменения литологического разреза грунтов можно пренебречь. Иначе говоря, в указанной зоне, названной нами активной, не наблюдается значительного изменения радиуса изгиба трубопровода.

При промерзании грунтов степень их влияния на высотное положение трубопровода в активной зоне резко возрастает. Это обусловлено возможным действием сил морозного пучения в активной зоне и резким изменением свойства мерзлых грунтов по сравнению с талыми.

Анализ многочисленных работ отечественных и зарубежных авторов [3,4,10,11,15,20] свидетельствует о том, что в настоящее время прогнозирование деформаций от сил морозного пучения значительно затруднено. Это связано с отсутствием единых теоретических представлений, базирующихся на инженерно-физических основах морозного пучения грунтов.

Учет изменений свойств мерзлых грунтов в пучинистых грунтах при расчете напряженно-деформированного состояния стенки трубопровода является актуальной научной проблемой и сложной инженерной задачей.

Целью диссертационной работы является установление степени влияния грунтового фактора на пространственное положение подземного трубопровода и разработка методики расшифровки результатов геодезических наблюдений за изменением его пространственным положением в условиях пучинистых грунтов.

Основные задачи исследования.

1. Выявить степень влияния грунтового фактора на формирование НДС стенки подземного трубопровода в условиях пучинистых грунтов.

2. Разработать методику определения реального высотного положения подземного трубопровода~и организ’овать~геодезические^наблюдения^за~его~изг менением от действия сил морозного пучения грунтов.

3. Разработать методику расшифровки НДС стенки подземного трубопровода на основе данных геодезических наблюдений с помощью регуляризи-рующих методов.

4. Оценить остаточный ресурс подземного трубопровода.

Научная новизна — разработана методика расшифровки НДС стенки подземного трубопровода на основе данных геодезических наблюдений с помощью регуляризирующих методов.

Впервые установлена степень влияния грунтового фактора на пространственное положение подземного трубопровода. Установлено, что степень влияния грунтов возрастает в случаях пучинистых и мерзлых грунтов.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика позволяет по результатам геодезических наблюдений уже на стадии проектирования, строительства и эксплуатации прогнозировать изменения пространственного положения трубопровода по отношению к проектному.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректным применением методов механики грунтов, теплофизики, регуляризирующих методов, сопоставлением результатов с известными теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов и использованием данных проведенного мониторинга.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования степени влияния грунтового фактора на пространственное положение и НДС подземного трубопровода в условиях морозного пучения грунтов.

2. Результаты численных расчетов тепловых режимов конденсатопрово-да и газопровода.

3. Результаты геодезических наблюдений за пространственным перемещением подземного трубопровода в условиях пучинистых грунтов.

4. Методика расшифровки НДС степени трубопровода на основе результатов геодезических наблюдений с помощью регуляризирующих методов.

5. Расчеты продольных и поперечных перемещений конденсатопровода с учетом его пространственного положения.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на научно-технических семинарах кафедры «Проектирование и эксплуатация нефтегазопроводов и хранилищ» ТюмГНГУ (2008;2009 гг.) — на научно-техническом совете ОАО «Институт «Нефтегазпроект» (2009 г.) — на 2-ой Международной конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири» (ТюмГНГУ, Тюмень, 2008 г.) — на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (ГУЛ «ИП-ТЭР», Уфа, 2008, 2009 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей, в том числе 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х разделов, общих выводов по работе и списка использованной литературы, включающего 81 наименование. Диссертация изложена на 144 страницах, содержит 55 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Впервые установлена степень влияния грунтового фактора на пространственное положение подземного трубопровода. При этом установлено, что степень этого влияния возрастает в случаях пучинистых и мерзлых грунтов.

2. Учитывая, что единственным методом контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода является контроль прогиба его оси, разработана методика определения реального высотного положения подземного трубопровода от действия сил морозного пучения.

3. Разработана методика оценки состояния трубопровода по результатам геодезических наблюдений, позволяющая на стадии проектирования, строительства и эксплуатации прогнозировать изменения пространственного положения трубопровода по отношению к проектному.

4. Предложенная методика позволяет оценить остаточный ресурс подземного трубопровода по эквивалентным напряжениям, действующим в его стенке.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Р.Ш. Лабораторные исследования морозного пучения / Основания, фундаменты и механика грунтов, 1982, № 5.
  2. А.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. М.: Недра, 1991. —287 с.
  3. A.A. Перемещение влаги в мерзлых рыхлых горных породах под влиянием сил электрокосмоса // Коллоидный журнал.- 1952.- № 1.
  4. A.A. Волкова Е. В., Феоктистова О. Б. Оценка зависимости времени релаксации протонов воды в тонкодисперсных горных породах от влажности: В кн. Мерзлотные исследования.- вып. 13.-М.:Изд-во МГУ, 1973.
  5. O.A., Кошелев A.A., Кривошеин Б. Л. Влияние различных факторов на теплообмен подземных трубопроводов с окружающей средой //Нефть и газ.-№ 6, 1970.-С.81−87.
  6. П.П. Подземные магистральные трубопроводы. — М.: НедраД982. -384 с.
  7. П.П., Синюков A.M. Прочность магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1984. -245 с.
  8. Н.И., Каптерев П. Н. Вечная мерзлота и строительство на ней. — М.: Трансжелдориздат, 1940. -369 с.
  9. C.B. Расчет подземных трубопроводов на внешние нагрузки.-М.:Стройиздат, 1980.-152с.
  10. Е.А., Втюрин Б. И. Льдообразование в горных породах.- М.: Наука, 1970.
  11. М.Н. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании. — М.: Трансжелдориздат, 1948.-211 с.
  12. В.А., Даниэлян Ю. С. и др. Инструкция по определениютемпературного режима вечномерзлых и сезонномерзлых грунтов и прогнозирование последствий изменения тепловых условий на поверхности. Тюмень: Гипротюменнефтегаз, 1991. -47 с.
  13. А.И. Влияние сил морозного пучения на высотное положение трубопровода // Нефть и газ — 1999. № 3. — С.23.
  14. А.И. Исследование влияния сил морозного пучения грунтов на напряженно-деформированное состояние трубопровода. — Дис.. канд. техн. наук. Тюмень, 1999. — 115 с.
  15. А.И., Чикишев В. М. Взаимодействие трубопроводов с грунтами в условиях глубокого сезонного промерзания // Строительный вестник.-1998.-№ 3 (4).
  16. ГОСТ 25 100 95. Грунты. Классификация / МНТКС. — М.: Изд. стандартов, 1995.
  17. С.Е. К основам методики прогноза температурных напряжений и деформаций в мерзлых грунтах. — М.: ВСЕГИНГЕО, 1970.
  18. .И. Воздействие морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений. JL: Гостройиздат, 1957. — 58 с.
  19. .И. Условия моделирования процесса пучения водонасыщенного грунта.-В кн.: Вопросы механики грунтов. —JI.: Госстройиздат, 1958.
  20. .И., Ласточкин B.C. Устройство газопроводов в пучинистых грунтах. Д., Недра, 1978.
  21. Л.А., Соломатина Т. М. Совершенствование расчета подземных трубопроводов с позиции механики грунтов. // Стр-во трубопроводов. -1992.-№ 4- С. 13−14.
  22. М.М., Красовицкий Б. А. Теплообмен и механика взаимодействия трубопроводов и скважин с грунтами. — Новосибирск.: Наука, 1983. — 133 с.
  23. А.Э. Оценка работоспособности линейной части трубопровода с учетом его коррозии по критерию конструктивной надежности. — М.: Мысль, 1993.
  24. И.А., Антонова Е. О., Бахмат Г. В., Степанов O.A. Теплообмен при трубопроводном транспорте нефти и газа.-М.:Недра, 1999 г.-228с.
  25. И.А., Крамской В. Ф., Моисеев Б. В., Степанов O.A. Теплоэнергетика при эксплуатации транспортных средств в нефтегазодобывающих районах Западной Сибири.-М.:Недра, 1997 г.-269с.
  26. И.А., Михаленко C.B., Тимербулатов Г. Н., Лещенко В. Н. Практические результаты диагностики трубопроводной системы «Уренгой-Челябинск» // Тез.докл. десятой юбилейной междунар. деловой встречи «Диагностика». —Кипр.: ИРЦ «Газпром», 2000 г. С.98−100.
  27. М.Ф. Морозное пучение и мероприятия по уменьшению деформаций фундаментов на пучинистых грунтах. Труды НИИОСП, вып.52, М.: Госстройиздат, 1963.
  28. М.Ф. О пучинистости грунтов при промерзании. Труды НИИОСП, вып.26,М. Госстройиздат, 1955.
  29. А.Ф. Устойчивость магистральных трубопроводов в сложных условиях.-М.:Недра, 1985.-113с.
  30. .А., Стояков В. М., Тимербулатов Г. Н. Прочность и ремонт участков магистральных трубопроводов в Западной Сибири М. Машиностроение, 1994.-120с.
  31. Е.В. Исследование пучинистых свойств и набухание мореных грунтов Валдайской возвышенности. — Труды НИИОСП, вып. 76, М., 1981.
  32. .Л. Тепло физические расчеты газопроводов.-М.гНедра, 1982.
  33. Я.А. Противопучинная мелиорация глинистых грунтов Крайнего Севера в плотиностроении. Автореферат дисс.. канд. техн.наук.-М.ДТНИИСД970. 24 с.
  34. С.С. Основы теории теплообмена.-М.: Атомиздат, 1979.
  35. С.Я. Намывные грунты как основания зданий и сооружений. — Дисс.. докт. техн. наук. — Тюмень., 1985. 414 с.
  36. В.Я., Ганелес Л. Б. Рекомендации по определению морозной пучинистости грунтов оснований зданий и сооружений.-Свердловск, 1979.-34 с.
  37. H.A., Гаврилов М. Ю., Шоцкий С. А., Юрченко A.A. Анализ напряженно-деформированного состояния пригруженного подземного трубопровода в слабонесущих грунтах // Нефть и газ. 2009. — № 4. — С. 92
  38. З.А. Влияние обменных катионов на миграцию воды и пучение грунтов при промерзании. В кн.: Исследования по физике и механике мерзлых грунтов. — М.: Изд-во АН СССР, вып.4, 1961.415с.
  39. С.Я., Малюшин H.A., Юрченко A.A., Сенив Д.М.95.
  40. В.О., Дубнов Ю. Д., Меренков Н. Д. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений — Л.:Стройиздат, 1977.-184 с.
  41. Основы геокриологии. Часть 4: Динамическая геокриология / Под. ред. Ершова Э. Д. -М.: Изд. МГУ, 1999 .-688 с.
  42. A.B. Деформации зданий и сооружений в природных условиях Дальнего Востока. В кн.: Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. — Красноярск, 1962.
  43. Г. В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами.-М.: Наука, 1970.
  44. В.В. Качество строительства и надежность трубопроводов в условиях Севера. Обзорная информация ВНИИОЭНГ. Сер. Нефтепромысловое строительство. Вып. 4(18). — М.: ВНИИОЭНГ, 1982. -34 с.
  45. Проблемы инженерного мерзлотоведения в гидротехническом строительстве М.: Наука, 1986. — 205с.
  46. H.A. Теоретические основы расчета влагонакопления при промерзании грунта. — М.: Транспорт, 1965.-168 с.
  47. A.M. Строение и физико-механические свойства мерзлых грунтов.-М.:Наука, 1964.-258 с. 6.
  48. Рекомендации по снижению сил промерзания грунта к строительным конструкциям физико-химическими методами.-М.: Стройиздат, 1975.-15с.
  49. Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах.-М.:НИИ оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова, 1985.-60с.
  50. СНиП 2.02.01.-83* Основания зданий и сооружений/ Минстрой России. -М.:ГПЦПП, 1995.-48 с.
  51. СНиП 2.05.06.-85 Магистральные трубопроводы. М.: Госстрой СССР, 1985.56 с.
  52. СНиП 23−01−99. Строительная климатология. М., 2000.
  53. СП 50−10−101−2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: ФГУП ЦПП, 2005. —130 с.
  54. СП 107−34−96. Балластировка, обеспечение устойчивости положения газопровода на проектных отметках. М.: Госстрой России, 1996, 85 с.
  55. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. Под.ред. Ю. Я. Велли, В. И. Докучаева, Н. Ф. Федорова. Л., Стройиздат, Ленинг.отд., 1977,552с.
  56. М.И. Общее мерзлотоведение. М.: Изд-во АН СССР, 1952. -339 с.
  57. И.А. Миграция воды в грунтах. В кн. Исследования по физике и механике мерзлых грунтов. -М.: Изд-во АН СССР, вып.4, 1961.
  58. Указания по проектированию и строительству малонагруженных фундаментов на пучинистых грунтах.-М.: Госстройиздат, 1963.-27с.
  59. А.Е. Физико-механические процессы в грунтах при их замерзании и оттаивании.-М.: Трансжелдориздат, 1935.-587с.
  60. М.Е. Основы теоретической механики грунтов .-М.: Стройиздат, 1971.-319 с.
  61. Н.Я., Васильев Ю. М. Устойчивость и уплотнение грунтов дорожных насыпей. — М.: Автотрансиздат, 1964. 216 с.
  62. H.A. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973. -448 с.
  63. В.М. Исследование процесса силового взаимодействия линейной части трубопроводов с промерзающим грунтом. — Дис.. канд. техн. наук. Тюмень., 1999. — 142 с.
  64. С.А., Малюшин H.A., Гаврилов М. Ю., Юрченко A.A. Методика расчета на прочность и выбора оптимальной схемы пригрузки температурно-деформируемых подземных трубопроводов // Горныеведомости. 2009. — № 4. —. С. 68−72.
  65. A.A., Малюшин H.A. Фундаменты для наземных сооружений магистрального нефтепровода Восточная Сибирь — Тихий океан // Строительный вестник Тюм. обл. — 2008. — № 1. — С. 40−41.
  66. Bescov G. Svenska Vagintituted ,№ 25,1930.
  67. Blackwell, В. F., An Efficient Technique for the Numerical Solution of the One-Dimensional Inverse Problem of Heat Conduction, Numer. Heat Transfer 4, 229−239(1981).
  68. Bouyoucos G.I. Movement of soil moisture from smal 1 capillaries to the large capillaries of the soil upon freezing. «1. Agricultur Res.,"Washington, 1923, V, XXIV, № 5.
  69. Chiou Y.-J., Chis. A study on buckling of offshore pipelines. Исследование вспучивания подводных трубопроводов. //Trans. ASME. J. Offshore Mech. And Arct.Eng.-1996.-118, №l. Р.62−70.-Англ.
  70. Ducer A. Untersuchungen uber die frostgefahrlichen Eigenschaften nichtbindeger Boden, Berlin, 1939.
  71. Murio, D. A, The Mollification Method and the Numerical Solution of an Inverse Heat Conduction Problem, SIAM J. ScL Stat. Comput. 2,17−34(1981).
  72. Ruckli R. Gelivite des sols et fondation des routs. Ed. Soc.Bull. Tech. de la suisse Romande, hausanne, 1943.
  73. Schneider, P. J., Conduction Heat Transfer, Addison-Wesley, Reading, MA, 1955.
  74. Taber S. The Mechanics of frost having. -«I.Geol.», 1930. № 4.
  75. Zunardini J. Heat conduction with freezing or thawing. Hanover: CRELL, 1988.-330p.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!