1 стр. из 1

В процессе строительства и эксплуатации трубопроводных геотехнических систем (ГТС) происходит вживление их техногенных элементов в естественную природную среду. Часто это случается с нарушением динамического равновесия и сопровождается активизацией опасных природных процессов, оказывающих существенное негативное влияние на техническое состояние трубопроводов и приводящих нередко к аварийным ситуациям.

Натурные исследования на Ямбурге

Работы по диагностике холодного газопровода на участке УКПГ-1в-ГКС Ямбургского месторождения начались в 1998 г.

В сезоны 1998–1999 гг.: Выполнен анализ фондовых материалов.
Проведена аэрофотосъемка малоформатным аппаратом РА-39 с вертолета Ми-8. Работы производились с целью составления ландшафтной карты и выявления количественных изменений (сравнение АФС залетов 1993 и 1999 гг.) для обеспечения наземных работ.

Осуществлены маршрутные исследования.
Проведены геодезические измерения пространственного положения деформированных участков.
Подготовлено попикетное описание технического состояния трассы и трубопроводов, составлены таблицы технического состояния и природных условий по территории трасы.
Выполнен отбор образцов и лабораторные исследования грунтов. Собран практический материал для проведения модельных расчетов и получения нового фактического материала о литологическом и криогенном строении и льдистости грунтов обратной засыпки и обваловки, сопоставления температуры воздуха и транспортируемого газа.

По результатам работ 1998–1999 гг. выявлены потенциально опасные участки при эксплуатации газопровода и типичные для 1В-ГКС. Сравнение в 2000–2003 гг. натурных данных с материалами ЮжНИИГИПРОГА за 1997 г. показало, что размеры потенциально-опасных (из-за выпучивания труб, термокарста, эрозии и др.) участков существенно изменились. Появились новые участки поднятия трубы над поверхностью земли.

По проекту, трубопровод УКПГ1В-ГКС должен эксплуатироваться с отрицательной температурой, но летом 2000 г. длительное время температура сбрасываемого газа была слабо положительной (среднемесячная температура повысилась от 1,2º С в июне до 2,6º С в июле). В связи с этим вокруг трубопровода образовался ореол оттаивания, что подтверждается исследованными разрезами, где граница СТС находится ниже нижней образующей трубы. В результате этого в течение 2–3 месяцев вдоль трассы трубопровода интенсивно развивались опасные криогенные процессы.

Были выбраны четыре ключевых участка, на которых проведены измерения, включая нивелировку, проходку шурфов, определение сезонного оттаивания. Построены мерзлотно-геологические разрезы. Выполнен отбор образцов грунта для лабораторных анализов.

В марте 1999 г. впервые проведено измерение параметров напряженно-деформированного состояния магнитным методом с использованием магнитной памяти металла прибором ИМНМ-1Ф
В сентябре-октябре 2000 г. вышеназванный магнитный метод использовался на всех ключевых участках.

Контроль выполнялся в соответствии с РД 51-1-98 «Методика оперативной компьютерной диагностики локальных участков газопроводов с использованием магнитной памяти металла».

В результате контроля отдельных участков газопроводов выявлены зоны максимальной концентрации напряжений. В этих зонах установлены тензодатчики. Установку привариваемых тензодатчиков производила команда ЦАГИ им. Жуковского.

В качестве первичных преобразователей были использованы самотермокомпенсированные привариваемые тензорезисторы. Для их монтажа на трубе использовался аппарат точечной электросварки типа АСТ-2. Перед монтажом тензорезисторов в выбранных сечениях МК снималась изоляция, место установки зачищалось до металлического блеска, поверхность обезвоживалась и обезжиривалась. Приварка выполнялась в соответствии со специально разработанной методикой.

Поскольку трубопровод находился в сложном напряженном состоянии, и измерение носило режимно-диагностический характер, во всех контролируемых точках по сечению устанавливались трехкомпонентные розетки. По окончании монтажа всех тензорезисторов в сечении проверялось и сопротивление изоляции, затем все датчики сечения с помощью связи с одним контактным разъемом подключались к измерительному прибору, показания заносились в журнал. Тензорозетки герметизировались с помощью герметика ВГО-1 (ВИАМ). В качестве вторичных измерительных приборов использовался ЦТИ.

Таким образом, участки были исследованы многими аппаратурными методами: в том числе и методом компьютерной диагностики участков газопроводов с использованием магнитной памяти металла, а также впервые на Ямбургском газоконденсатном месторождении использовался геолокатор, а в 2004 г. — комплект 5.01 магнитной анизотропии. В результате полевого обследования выявлены многочисленные деформации газопроводов (отклонения от проектных решений), вызванные всплытием на переходах через акватории (озера, болота). При этом обычно всплытие усиливалось криогенными процессами (формированием ореола оттаивания мерзлого грунта вокруг газопровода и морозным выпучиванием его в период сезонного промерзания этого ореола).

Наибольшая крутизна изгиба обнаружена на участке перехода газопровода через старичное озеро. На этом участке экспедицией выполнены наземное ландшафтное обследование, проходка шурфов с отбором образцов для определения гранулометрического и минералогического состава, влажности и плотности грунтов, измерение глубины сезонно-талого слоя и ореолов оттаивания вокруг газопроводов, электроразведка методом ВЭЗ, оценка напряженно-деформированного состояния.

Пойма реки Нгарка-Пойлова-Яха, на которой расположен участок, по рельефу представляет собой пологую поверхность с небольшим (3–4º) уклоном в сторону реки, осложненную береговыми валами, старичными озерами и заболоченными понижениями с абсолютными отметками 22–24 м. Уровень воды в реке, по данным инженерных изысканий ЮЖНИИГИПРОГАЗа, выполненных в 1987 г., на момент изысканий (меженный уровень) составил около 21 м, с обеспеченностью 10% — 23,3 м, с обеспеченностью 1% — 23,8 м.

Уровень воды в старичном озере в месте перехода на момент изысканий (28.07.87) был равен 21,74 м, глубина воды в центральной части озера — 2 м. Таким образом, большая часть поймы со старичными озерами в половодье заливается водой.

Поверхность поймы большей частью покрыта кустарничково-мохово-лишайниковой растительностью. Кустарничковый ярус высотой 20–40 см представлен карликовой березкой, полярной ивой, багульником, голубикой. На заболоченных понижениях и по берегам озер развиты осока и пушица. Встречаются угнетенные кривоствольные березки и лиственницы. По берегам озер распространены заросли ольхи.
Верхняя часть разреза пойменных отложений представлена песком пылеватым, нередко оторфованным. В мерзлом состоянии песок имеет массивную криогенную текстуру с суммарной влажностью 0,23–0,24 д. е. и плотностью 1,8–1,85 г/куб. см. Глубина сезонного оттаивания в не нарушенных техногенезом условиях колеблется от 1,2 до 1,6 м .  Под старичными озерами предполагались несквозные талики.

Судя по материалам проектирования, газопровод на переходе через озеро был уложен в толще воды на глубине около 1 м, а по берегам для предотвращения всплытия пригружен утяжелителями на берегах и мелководной части озера.
При обследовании этого участка в 2000 г.

оказалось, что труба всплыла и сбросила почти все утяжелители. В центре озера верхняя образующая газопровода была поднята над урезом воды на 2/3 своего диаметра (около 70 см). При обследовании этого участка в 2003 г. максимальное поднятие нижней образующей над урезом воды составило 30 см.

Таким образом, за 3 года поднятие трубы увеличилось на 60 см.
Проведенные наблюдения показали, что на характер деформации трубопровода существенное влияние оказал процесс пучения грунта, в первую очередь в левой прибрежной зоне. Береговой обрыв озера оттаивает летом как сверху, так и сбоку. При зимнем промерзании этого талого слоя грунт смерзается с трубой и распучивается. Фиксируемая скорость вертикального перемещения 20 см/год сопоставима с величиной пучения грунта при наличии близко расположенного водоносного горизонта, обеспечивающего интенсивную миграцию влаги к фронту промерзания в зимний период.

Проведенные измерения с помощью тензометрии и магнитометрии указывают на значительные продольные сжимающие напряжения, фиксируемые в верхней части трубы. Процесс выпучивания в зимний период привел к различной вертикальной деформации трубы и утяжелителей. Этот процесс, а также осадка грунта под утяжелителями привели к разрушению хомутов между ними.

Потеря устойчивости участка трубы может произойти из-за действия:
а) сжимающих усилий вспучивающегося грунта;
б) изгибающей силы;
в) перерезающей силы.
Как показали расчетные оценки по пункту «а», возникающие напряжения не превысят величину предела текучести материала трубы, составляющую не менее 440 МПа (диаметр трубы из стали 10ГСФБ — 1020 мм, толщина стенки 14 мм, давление в трубопроводе 56 атм).

По пунктам «б» и «в» наиболее опасным является сечение в левой прибрежной зоне на участке с утяжелителями. Значения максимальных напряжений в этом сечении пока меньше предела текучести материала трубы, однако прогрессирующий характер деформаций трубы и потенциальная опасность всплытия при крупных паводках могут привести к потере эксплуатационной устойчивости МПК на этом участке. Выявленные значительные деформации газопровода и напряжения в металле указывают на необходимость ремонта этого участка. Для устранения негативных воздействий акватории и береговых эффектов (силы пучения) предлагается надземный вариант прокладки при переходе через озеро. Предлагается установить две опоры на мелководье у берегов, обеспечивающие длину пролета 40 м (ширина озера 54 м).

Проведены теплофизические и механические расчеты с целью приближенного определения объема работ (глубина погружения свай, количество и длина термостабилизаторов и др.).

Такие процессы следует ожидать на Ямале при переходах через реки и старицы. Всего по трассе от Бованенково до Байдарацкой губы свыше сотни таких переходов.

На линейной части трассы, проходящей через тундру, выявлено большое количество выпученных участков, в районе 10-го км произошла авария на участке перехода через болото. Состояние исследованного холодного трубопровода на 60% длины не соответствует проектному.

В целом, надо отметить, что фактические данные и результаты моделирования не были учтены, и представленный проект газопровода на Ямале по своим конструктивным решениям не полностью соответствует природным условиям.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!