Способ выявления геодинамических зон, пересекающих магистральные трубопроводы
Владельцы патента RU 2666387:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к эксплуатации магистральных газопроводов (МГ), в частности к магистральным газопроводам, пересекающим геодинамические зоны (ГДЗ), к которым можно отнести: разломы разного характера, движения земных блоков, надвигов (горных ударов), карсты и т.п. Целью изобретения является прямой способ выявления ГДЗ, пересекающих магистральные газопроводы. Указанная цель достигается следующим образом. После окончания строительства или при плановой диагностике средствами ВТД, проводится контрольное обследование участка МГ пропуском снарядов ВТД, оснащенного устройством для прямого измерения радиусов упругого и упругопластического изгиба. Это позволяет определить фактические радиусы кривизны и построить их в плоскости изгиба, зафиксировав направление изгиба. По данным повторных пропусков снарядов ВТД выявляют участки, где заметна устойчивая тенденция уменьшения радиуса изгиба. При этом радиусы изгиба определяют для каждого из сопрягаемых участков с противоположными направлениями изгиба трубопровода, по обе стороны предполагаемой границы геодинамической зоны. Точка сопряжения двух участков с противоположными направлениями изгиба является предполагаемой границей геодинамической зоны. Изобретение позволяет, без проведения сложного комплекса аэрокосмических, геолого-геофизических исследований, средствами ВТД, по динамике изменения радиусов изгиба трубопровода выявлять ГДЗ, пересекающие МГ. 5 ил.
Изобретение относится к эксплуатации магистральных газопроводов (МГ), в частности выявлению геодинамических зон (ГДЗ), к которым можно отнести: разломы разного характера, движения земных блоков, надвигов (горных ударов), карсты и т.п.
Если допустить, что положение МГ изменяется под влиянием перемещений блоков в ГДЗ, то напряжения стенки трубы должны изменяться пропорционально смещению трубопровода.
Пояснения по ГДЗ. По направлению движения земных блоков, изменение рельефа ГДЗ можно разделить на 4 группы:
- левый и правый блоки идут вверх в одном направлении с разными скоростями;
- левый и правый блоки идут вниз в одном направлении с разными скоростями;
- блоки движутся с одинаковыми скоростями: оба поднимаются, оба опускаются;
- блоки движутся в противоположных направлениях ([1] Давлетов М.И. Исходные параметры для расшифровки геологических факторов аварий трубопроводов на территории Башкортостана. V Российский энергетический форум. Энергоэффективность. Проблемы и решения: 2005. - С. 232-237).
Аналогом изобретения является способ, предложенный в ([2] Фигаров Э.Н. Оценка напряженного состояния подземного трубопровода, пересекающего зоны активных тектонических разломов // Трубопроводный транспорт: теория и практика. - 2012. - №6 (34). - С. 39-42). В качестве расчетной схемы для оценки напряженно-деформированного состояния трубопровода в зонах активных тектонических разломов (АТР) (ГДЗ - более общее определение) приняты смещающиеся друг относительно друга в вертикальной плоскости на величину δ, две тектонические плиты (полубесконечные пространства), которые вовлекают в движение находящийся в зоне АТР трубопровод.
На фиг. 1 показана модель трубопровода в исходном, прямолинейном состоянии, например, на период окончания его строительства. На фиг. 2 показана модель трубопровода находящегося в эксплуатации длительное время после смещения, в результате воздействия АТР. На фиг. 1, 2 показаны позиции 1 - поверхность земли, 2 - ось трубопровода, 3 - ось разлома.
Приведенная на фиг. 2 схема соответствует приведенному в [1] случаю, когда блоки движутся в противоположных направлениях. Принимается, что на достаточно большом удалении от оси разлома концы рассматриваемого участка трубопровода смещаются вместе на ту же величину.
Недостатком аналога является то, что он отражает механизм силового воздействия ГДЗ (АТР) на МГ, но не показывает как и какими средствами выявлять ГДЗ, пересекающие МГ.
Наиболее близким техническим решением является ([3] Аскаров P.M., Мазитов Д.Г., Чучкалов М.В., Кукушкин А.Н. Выявление и оценка напряженно-деформированного состояния магистральных газопроводов, пересекающих геодинамические зоны // Газовая промышленность. - 2015. -№11. - С. 47-49), где на примере ГДЗ, выявленного традиционными методами приводится технология выявления потенциально опасных участков (ПОУ) средствами внутритрубной дефектоскопии (ВТД), которая подтвердила наличие ГДЗ.
Пояснение «по традиционной технологии», под которой подразумевается поэтапное выявление ГДЗ ([4] Аскаров P.M., Мазитов Д.Г., Рафиков С.К. Прогноз напряженно-деформированного состояния участков газопроводов, пересекающих геодинамические зоны //Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2015, №1 - С. 66-73.). ГДЗ выявлялось и обследовалось в два основных этапа:
- по результатам изучения опубликованной и архивной литературы, полевых рекогносцировочных работ, анализа космо- и аэрофотоснимков разных масштабов на район исследований, с учетом данных микросейсмической карты, выбраны участки разломов, тектонически активных или геодинамических зон;
- в качестве метода научного исследования выбранных участков использовано геолого-геофизическое обследование коридора газопроводов сейсморазведкой, методом сейсмических преломленных волн и электроразведкой методом вертикального электрического зондирования.
Пояснение по технологии выявления ПОУ средствами ВТД, под которой подразумевается выявление потенциально опасных участков по ([5] Пат. №2602327 РФ. Способ определения потенциально опасных участков трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния. / P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Р.В. Закирьянов (РФ). Заявлено 08.04.2015; Опубл. 20.11.2016, Бюл. №32), который позволяет определить фактические радиусы изгиба по всей трассе.
На фиг. 3 приведена схема ГДЗ, пересекающего МГ, полученная традиционным методом. По обе стороны границы ГДЗ земные блоки поднимаются вверх, в середине - земной блок опускается вниз. Пояснения к схеме (фиг. 3): ось магистрального трубопровода - 2, где 4 и 6 - места шурфовок, пересекает ручей (овраг) - 5. Длина ГДЗ составляет 250 м. Границы ГДЗ: южная - 7 и северная - 8. Скорость смещения северного и южного блоков V1 вверх составляет около + 1,0 мм/год. Скорость опускания ГДЗ в центре Von ГДЗ вниз около - 0,9 мм/год. Прослеживается связь схемы фиг. 3 со схемой фиг. 2: северный - I и южный III блоки поднимаются вверх, центр II опускается вниз.
На фиг. 4 приводится график радиусов кривизны МГ, пересекающего ГДЗ (фиг. 3), полученный средствами ВТД. Способ позволяет определить фактический радиус изгиба МГ и его направление, например, выявлен непроектный радиус изгиба на трубе №8103, выпуклый вниз - 9 [3] ([6] Отчет по внутритрубной дефектоскопии газопровода Уренгой-Петровск (КС Алмазная - КС Поляна), НПО «Спецнефтегаз», 2015. - 974 с.).
При наложении графика радиусов кривизны (фиг. 4), на схему ГДЗ, (фиг. 3), показано, что на границах ГДЗ (линейные координаты 89490 м и 89740 м) радиусы изгиба максимальны, а по обеим сторонам - сопрягаемые радиусы изгиба имеют противоположные направления. Таким образом, подтверждается наличие ГДЗ и ее границ, выявленной по традиционной технологии ([3] Аскаров P.M., Мазитов Д.Г., Чучкалов М.В., Кукушкин А.Н. Выявление и оценка напряженно-деформированного состояния магистральных газопроводов, пересекающих геодинамические зоны // Газовая промышленность. - 2015. - №11. - С. 47-49).
Кроме того, следует отметить вероятностный характер полученных результатов, пояснения ([4] Аскаров P.M., Мазитов Д.Г., Рафиков С.К. Прогноз напряженно-деформированного состояния участков газопроводов, пересекающих геодинамические зоны // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2015, №1 - С. 66-73.) проводился с использованием ряда допущений, заключающихся в том что:
- с достаточной точностью определены направление и скорость смещения земных блоков;
- трубопровод смещается в полном соответствии с смещением земных блоков;
- измерение НДС проводилось в точке максимальных напряжений;
- удовлетворительная точность измерения НДС и т.п.
К недостаткам прототипа можно отнести сложность, многоэтапность выявления собственно ГДЗ и определения его границ, а также вероятностный характер результатов.
Целью изобретения является прямой способ выявления ГДЗ, пересекающих магистральные газопроводы. Способ распространяется на магистральные газопроводы, приспособленные для пропуска снарядов ВТД.
Указанная цель достигается тем, что в способе выявления геодинамических зон, пересекающих магистральные газопроводы, когда смещающиеся относительно друг друга блоки геодинамических зон, вовлекают в движение магистральный газопровод, который смещается в направлении движения блоков, заключающемся в измерении средствами внутритрубной дефектоскопии образовавшихся радиусов изгиба магистрального газопровода, согласно изобретению, осуществляют повторные запуски снарядов ВТД, измеряют образовавшиеся радиусы изгиба магистрального газопровода, по данным повторных пропусков снарядов внутритрубной диагностики выявляют участки с устойчивой тенденцией уменьшения радиуса изгиба, что свидетельствует о силовом воздействии на магистральные газопроводы, характерном для геодинамических зон.
При этом уменьшающиеся с каждым пропуском снаряда, радиусы изгиба определяют для каждого из сопрягаемых участков с противоположными направлениями изгиба трубопровода. Точка сопряжения двух сопрягаемых участков с противоположными направлениями изгиба является предполагаемой границей геодинамической зоны.
Способ осуществляется следующим образом.
После окончания строительства или при плановой диагностике средствами ВТД, проводят контрольное обследование участка МГ пропуском снаряда ВТД, оснащенного устройством для прямого измерения радиусов упругого и упруго-пластического изгиба ([5] Пат. №2602327 РФ. Способ определения потенциально опасных участков трубопровода с непроектным уровнем напряженно-деформированного состояния. / P.P. Усманов, М.В. Чучкалов, P.M. Аскаров, Р.В. Закирьянов. Заявлено 08.04.2015; Опубл. 20.11.2016, Бюл. №32). Это позволяет определить фактические радиусы изгиба каждого обследуемого участка (трубы), как это нашло отражение на фиг. 4. Таким образом, фиксируют исходное состояние магистрального газопровода, прямолинейное или радиусом ρ и направление его изгиба.
При последующих пропусках снарядов ВТД (один раз в 2-3 года) для каждого участка МГ определяют радиусы изгиба участков МГ и фиксируют тенденцию изменения радиуса. Если выявлена устойчивая тенденция: для прямолинейных участков - появление радиуса; для участков с имеющимся радиусом - уменьшение радиуса, то это служит прямым подтверждением смещения трубопровода, увлекаемого блоками в плоскости изгиба. При этом радиусы изгиба определяются для каждого из сопрягаемых участков с противоположными направлениями изгиба трубопровода, по обе стороны предполагаемой границы геодинамической зоны. Точка сопряжения двух соседних участков с противоположными направлениями изгиба является предполагаемой границей геодинамической зоны.
Для наглядности, на фиг. 5 приводится схема уменьшения радиусов изгиба с ρ - IV на ρn - V под воздействием смещающихся относительно друг друга блоков ГДЗ. На фиг. 5 показаны позиции: 2 - ось трубопровода, 10 - граница ГДЗ.
Изобретение позволяет, без проведения сложного комплекса аэрокосмических, геолого-геофизических исследований (технологий), средствами ВТД, по динамике изменения радиусов изгиба трубопровода выявлять ГДЗ, пересекающие МГ.
Способ выявления геодинамических зон, пересекающих магистральные газопроводы, заключающийся в измерении средствами внутритрубной дефектоскопии образовавшихся радиусов изгиба магистрального газопровода, отличающийся тем, что при каждом повторном пропуске снаряда внутритрубной диагностики измеряют радиусы изгиба магистрального газопровода, выявляют участки с устойчивым и закономерным изменением радиуса изгиба, определяют точку сопряжения двух соседних участков с противоположными направлениями изгиба и эту точку принимают за точку пересечения границы геодинамических зон с осью газопровода.
