WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

• термокарст, который образуется в связи с оттаиванием льдонасыщенных грунтов и вытаиванием подземных льдов, приводящий к проседанию поверхности земли, возникновению отрицательных форм рельефа и их заболачиванием.

Игнорирование объективных закономерностей развития ландшафтов криолитозоны, обусловленных геодинамическим или геотехническими факторами и наличием многолетнемерзлых пород (ММП), при строительстве газопроводов в условиях Крайнего Севера, неизбежно приводит к нарушению нормального функционирования возведенных на них инженерных сооружений уже в первые годы их эксплуатации, что чревато возникновением значительных аварий, последствиями которых являются значительные разрушения и гибель людей, огромные экономические потери и значительные масштабы экологических бедствий.

Основные потенциально опасные геотехнические процессы, требующие контроля при ГТМ объектов системы газопроводов на примере системы МГ "Заполярное-Уренгой" систематизированы в диссертации и представлены на рис. 2. На основании выполненной систематизации в диссертации показано, что в основе новой концепции строительства объектов газовой промышленности на Крайнем Севере должна быть положена смена принципа "контроль воздействия" на мерзлые ландшафты на принцип "предупреждение воздействия".

Поставленная цель достигается посредством создания системы комплексного геотехнического мониторинга (ГТМ) как линейной части газопроводов, так и площадок КС и объектов инфраструктуры на этапах проектирования, строительства и эксплуатации. Система ГТМ позволяет осуществлять комплексную диагностику ГТС, своевременно выявлять отклонения от проектов, строительных норм и правил, которые могут повлечь за собой снижение эксплуатационной надежности строящихся объектов, возникновение аварийных ситуаций и нанести ущерб окружающей среде.

Для исследования и прогнозирования условий формирования геокриологической обстановки в зоне теплового влияния подземного газопровода Бованенково-Ухта на участке КС Байдарацкая-КС Ярынская (переход через Байдарацкую губу) были исследованы двухмерные математические модели нестационарного теплообмена в породах при наличии произвольного числа фронтов фазовых переходов в исследуемой области. Расчет температурных полей и пространственного перемещения фронтов промерзания-оттаивания осуществлялся по программе «Тепло», разработанной на кафедре геокриологии геологического факультета МГУ под руководством профессора Л.Н.Хрусталева. Была выполнена калибровка модели, включающую в себя проверку и коррекцию всех исходных параметров (граничных и начальных температурных условий) на соответствие результатов математического моделирования мерзлотно-температурной обстановки реальным геокриологическим условиям.

Для этого решалась серия упрощенных задач для различных участков выбранной расчетной области с использованием некоторого диапазона изменения набора входящих в модель параметров. В их числе: решение ряда одномерных задач для определения величины среднегодовой температуры пород и глубин их сезонного оттаивания или промерзания. На основе указанного предварительного моделирования при использовании в модели среднемноголетних данных по среднемесячным температурам воздуха проводился подбор Воздействие системы магистральных газопроводов на многолетнемерзлые породы В и д ы т е х н о г е н н о г о в о з д е й с т в и я Нарушение граничных условий на поверхности ММП Изменение геокриологических условий в массиве ММП Изменение Тепловое Механические Химическое Нарушение почвенно Изменение поверхностного и воздействие - растительного режима нагрузки загрязнение покрова снегонакоп- грунтового стока ления И с т о ч н и к и в о з д е й с т в и я (т е х н о л о г и ч е с к и е п р о ц е с с ы, о б ъ е к т ы) • Разработка карьеров грунта • Автодороги • Подземные трубопроводы • Разливы ГСМ • Планировка поверхности • Площадные отсыпки • Аппараты охлаждения газа • Аварийные сбросы • Сооружение отсыпок • Линейные сооружения • Сезонноохлаждающие уст-ва технологических жидкостей • Прокладка газопровода • Выемки грунта • Фундаменты зданий и сооружений • Промышленные и жилые застройки • Насосное оборудование • Наземные сооружения • Газоперекачивающие агрегаты П о с л е д с т в и я в о з д е й с т в и я Активизация криогенных процессов и явлений Потеря несущей способности мерзлых оснований Угроза безаварийной эксплуатации объектов транспорта газа Рис.2. Систематизация техногенных воздействий на ММП при строительстве системы МГ “Заполярное – Уренгой” теплоизоляционных свойств напочвенных покровов, при которых расчетная геокриологическая обстановка хорошо соответствует реально наблюдающимся условиям на площади участков береговых переходов. Такое соответствие достигнуто при средне зимнем значении термического сопротивления снежного покрова порядка 0,9-1,1 м2час град/ккал (что соответствует средне зимней мощности снежного покрова порядка 0,25-0,35 м) и термических сопротивлениях относительно маломощного напочвенного растительного покрова 0,1-0,2 м2час град/ккал.

Расчетная область математической двухмерной модели представляет собой вертикальную полуплоскость, перпендикулярную оси трубы, ограниченную сверху поверхностью земли. В силу симметричности тепловой задачи относительно вертикальной плоскости симметрии, проходящей через осевую линию трубы, расчетная область составляет половину полупространства грунтового массива.

Общее количество внутренних блоков составляло в разных вариантах модели 800-1100.

Точность геометрического соответствия модели в пределах трубы и ближней ее окрестности составляет 0,1-0,2 м. В каждом блоке задаются свои теплофизические характеристики (5 параметров) и начальная температура пород. В случае засоленных грунтов в каждом блоке задается также важная шестая теплофизическая характеристика – температура фазового перехода влаги в порах пород. В граничных блоках назначаются переменные по времени (по месяцам) или постоянные граничные условия I, II или III рода. Ноль вертикальной и горизонтальной осей координат выбран на поверхности земли над осевой частью трубы.

Моделирование сценария развития геокриологических условий выполнялось для трех наиболее сложных на исследуемой территории вариантов природной обстановки Ямальского берегового участка с температурой на стенке трубы +8,00С, т. к. на Уральском участке (температура газа +0,2-+0,40С) условия формирования ореолов оттаивания несравненно менее благоприятны. Результаты моделирования для участка суши в пределах морской террасы, сложенной на глубине заложения трубы незасоленными и слабозасоленными песками, приведены в диссертации. В результате моделирования получены весьма важные выводы. Вопервых, в рассматриваемых достаточно суровых природных условиях весьма быстро наступает стабилизация теплообмена в грунтах в окрестностях греющей трубы. Практически температурное поле пород уже на 3-й год работы объекта стало стабильным и практически не отличается от такового на момент 50 лет (конец счета). Во вторых, при заданных теплофизических параметрах теплоизоляции трубы (толщина изоляции 0,05 м, коэффициент теплопроводности 0,26 ккал/(м*час*град)), формирования многолетнего ореола оттаивания не происходит. Даже сезонное оттаивание под трубой практически отсутствует, имеет место лишь небольшое сезонное боковое оттаивание на уровне оси трубы, достигающее 0,4 м в конце декабря. В период с середины февраля по середину июня породы вокруг трубы находятся полностью в мерзлом состоянии.

В районах сплошного распространения многолетнемерзлых грунтов – на полуострове Ямал - принята концепция круглогодичной транспортировки газа с отрицательной температурой, главной целью которой является минимальное воздействие на окружающую среду, предотвращение неконтролируемых деформаций местности и самого газопровода в процессе его эксплуатации. Температура газа минус 2,00С зимой и не выше минус 5,00С летом не меняет мерзлотных условий основания (рис. 3). Без устройства над верхней образующей газопровода теплозащитного экрана глубина сезонного оттаивания над трубой составляет 0,2 м. Устройство теплозащитного экрана над верхней образующей газопровода способствует увеличению глубины сезонного оттаивания над газопроводом с 0,2м до 0,4м0,8м, что в свою очередь обеспечивает пропуск сезонно-талых вод и является мероприятием инженерной защиты территории от подтопления (рис. 4). Глубина сезонного оттаивания при транспортировке газа с температурой минус 2,00С зимой и минус 2,00С летом без теплозащитного экрана сопоставима с режимом минус 2,00С зимой и минус 5,00С минус 7,00С летом с устройством теплозащитного экрана.

Рис. 3. Температурное поле в основании газопровода без теплозащитного экрана на сливающихся ВМГ 1-го участка при транспортировке газа минус 2С-зимой, минус 7С-летом.

10 год эксплуатации Однако, при температуре транспортируемого газа минус 2,0С зимой и минус 2,0С летом, температура грунтов основания газопровода повышается с минус 2,5 °С до минус 1,5°С.

Учитывая, что грунты участка засолены и температура начала замерзания глинистых грунтов составляет минус 1,3 минус 2,5°С, такая температура транспортировки ведет к изменению мерзлотных условий грунтов основания – растеплению мерзлой толщи, и, как следствие, к возможному нарушению устойчивости газопровода.

Рис.4. Температурное поле в основании газопровода с теплозащитным экраном на сливающихся ВМГ 1-го участка при транспортировке газа минус 2С-зимой, минус 7С-летом.

10 год эксплуатации В пониженных местах и водотоках предусматривается теплоизоляция верхней половины газопровода сегментами "Пеноплэкс", чем достигается ограничение приноса холода из газопровода в направлении дневной поверхности и, следовательно, не будет создаваться препятствие из обмерзшего грунта для дренирования грунтовых вод в слое сезонноталого грунта в теплое время года.

В третьей главе рассматривалась проблема оптимизации технологических параметров газа для его транспорта без образования гидратов. Требования к качеству подготовки газа (точки росы газа по воде и углеводородам) для его дальнейшей транспортировки по магистральному газопроводу в особо сложных геологических условиях, являются определяющими при выборе технологии промысловой подготовки газа на Бованенковском ГКМ.

Промысловая подготовка газа к транспорту по МГ должна обеспечить выполнение следующих требований:

1. Точка росы по воде – не выше минус 200С, а по углеводородам – не выше минус 100С (ОСТ 51.40-93).

2. Способ транспортирования газа по МГ – в однофазном состоянии, исключающим выделение жидкой фазы в полости газопровода. При этом наихудшие термобарические условия транспортирования с точки зрения образования жидкой фазы составляют минус 170С и 5,2 МПа.

3. Температура газа на входе в МГ – от минус 20С зимой до минус 70С летом. В период максимально высоких температур атмосферного воздуха (выше 150С) допустимо повысить температуру на входе в МГ до минус 200С.

4. Давление газа на входе в МГ – 7,45 МПа и 11,8 МПа.

5. Объём добычи газа на одном условном ГП – 30 млрд.м3/год (82 млн.м3/сут).

6. Номинальная производительность одной технологической линии принята равной 10 млн.

м3/сут, что определяет количество рабочих линий равное 8. Производительность одной технологической линии в зимний период принята равной 10,17 млн. м3/сут, а летом – 9,млн. м3/сут.

7. Средневзвешенный КФ пластовых газов составит около 2,5 г/м3.

Рис. 5. Термобарические параметры НТС, обеспечивающие однофазный транспорт газа по МГ для различных давлений газа в МГ -Область параметров НТС, не обеспечивающих однофазный транспорт газа по МГ -Рмг=7,45–5,2МПа Тмг = -15ОС -Рмг=11,8–8,3МПа Тмг =-20ОС --Область параметров -НТС, обеспечивающих однофазный транспорт газа по МГ --2 3 4 5 6 7 8 9 Давление НТС, МПа Технолого-математическое моделирование системы "установка НТС – МГ" позволило выявить поле термобарических параметров НТС, обеспечивающих однофазное О Температура НТС, С транспортирование газа по МГ для рассматриваемых давлений транспортирования газа по МГ:

от 7,45 МПА в начале газопровода до 5,2 МПа в конце и от 11,8 до 8,3 МПа.

Результаты исследований системы углеводороды–метанол–вода для уноса равного 5 мг/м3 приведены на рисунке 5.

Согласно рисунку, любое сочетание термобарических параметров, определяющее точку ниже граничной линии, гарантирует однофазное транспортирование газа по МГ.

Из графика, в частности, следует, что при давлении НТС выше 6,4 МПа обеспечить однофазное транспортирование газа по МГ под давлением 7,45–5,2 МПа невозможно даже при самых низких температурах НТС (ниже минус 30...350С).

На рисунке 6 приведена зависимость абсолютной точки росы газа низкотемпературной сепарации (Рнтс=6 МПа и Тнтс= -250С) от давления (в МГ) и уноса. Из рисунка видно, что при давлении ниже Рнтс точка росы резко возрастает, что объяснимо явлением ретроградной конденсации углеводородов. При давлении выше Рнтс наблюдается обратная картина: точка росы снижается, т.к. здесь доминирует водная фаза (ВМР), и, в первую очередь, метанол (его содержание в газе сепарации на два порядка выше, чем воды). С повышением давления растворимость метанола и воды в газе возрастает, и газ сепарации оказывается во всё более ненасыщенном состоянии.

Рмг=7,45–5,2 МПа -Рмг=11,8–8,3 МПа ---Унос, мг/м3:

-Параметры НТС:

-Р=6МПа;

Т=–250С --6 7 8 9 10 Давление в МГ, МПа Рис. 6. Зависимость точки росы транспортируемого газа от давления и уноса из низкотемпературного сепаратора Описанные закономерности позволяют сделать важный вывод: транспортирование газа по МГ под высоким (11,8 МПа) давлением исключает негативное явление ретроградной Точка росы транспортируемого газа, С конденсации и снижает требования к температуре НТС и величине уноса из концевого низкотемпературного сепаратора.

На рисунке 6 выделены области термобарических параметров транспортирования газа для двух вариантов: Рмг=7,45–5,2 МПа и Рмг=11,8–8,3 МПа.

Для подготовки апт-сеноманского газа Бованенковского и Харасавэйского месторождений низкотемпературной сепарацией в 2002 году была разработана технология НТС переменного давления (НТС ПД) и две её модификации: с использованием ТДА и парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ), которые оказались технологически особенно эффективны в случае транспортирования газа по МГ под высоким начальным давлением (свыше 7,45 МПа).

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.