image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 12 2016

Эксплуатация и ремонт трубопроводов

01.12.2016 10:00 Оптимизация производства ремонтно-восстановительных работ в зонах природно-техногенных рисков
В статье обращено внимание на необходимость использования данных комплексной диагностики как состояния самой трубы, так и грунтов околотрубного пространства, особенно на потенциально опасных геодинамических участках, на которые могут оказывать влияние такие природно-техногенные риски, как оползни, карст, активные тектонические разломы, шахтные подработки и т. д. Такой подход дает возможность адресно направлять средства на ремонтно-восстановительные работы линейной части магистральных газопроводов (ЛЧ МГ). Предлагается принципиально новая радиоволновая технология диагностирования (РВД) грунтов, которая уже используется на ряде предприятий ПАО «Газпром». Применение технологии РВД позволяет более корректно планировать очередность объемов работ и приоритетный вывод потенциально опасных участков в ремонт.
Ключевые слова: риск, авария, геодинамическая безопасность, диагностирование грунтов, метод радиоволнового поля Земли, геотехнический мониторинг.
Ссылка для цитирования: Задериголова-ст. М.М. Оптимизация производства ремонтно-восстановительных работ в зонах природно-техногенных рисков // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 12. С. 94–99.
Открыть PDF


Приоритетными задачами в области эксплуатации газотранспортной системы (ГТС) на нынешнем этапе развития отрасли должны стать оптимизация ремонтных работ и объемов их финансирования на основе достоверных данных диагностики [1]. В то же время в системе комплексного решения вопросов качественного и своевременного обслуживания и ремонта
ЛЧ МГ важную роль играют результаты диагностики состояния не только самой трубы, но и грунтов околотрубного пространства.

Именно диагностирование состояния грунтов в зонах природно-техногенных рисков, таких как карст, оползни, горные подработки и пр., на потенциально опасных участках (ПОУ) дает возможность адресно направлять средства для восстановления целостности газопроводов.

Image_005.jpg
а) a)                                                   б) b)

Рис. 1. Провалы вблизи трассы МГ «Чусовой – Березники – Соликамск»:

а) 30 х 40 м (декабрь 2014 г.); б) 122 х 125 м (сентябрь 2015 г.)

Fig. 1. Collapses are close to highway Chusovoy – Berezniki – Solikamsk main gas pipeline:

a) 30 x 40 m (December 2014); b) 122 x 125 m (September 2015)

К сожалению, существующие нормы и правила не регламентируют необходимость учета геодинамических факторов риска при проектировании, строительстве и эксплуатации газопроводов. Взаимодействие ГТС и природной среды происходит как в нетронутом массиве (прокладка трубы в естественных условиях), так и в подработанном, нарушенном (устройство дренажей, срезка языковой части оползней, принудительное перемещение грунта, горные, шахтные подработки, термокарст и пр.). Диагностирование ГТС сводится, как правило, только к контролю технического состояния и целостности самого газопровода. Характер же работы системы «труба – грунт» в зонах влияния активных опасных геодинамических процессов (ОГП), т. е. в реальных зонах риска, детальному комплексному исследованию ранее не подвергался [2]. Критерии оценки влияния ОГП в действующих нормативных документах также не отражены [3], хотя многие специалисты отмечают, что ни один из методов диагностики трубопроводов (ВТД, ультразвук, ИВ-2, сканер-дефектоскопы и др.) не гарантирует безопасную работу ЛЧ МГ на проблемных геодинамических участках без использования эффективных методов контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтов. В первую очередь это относится к объектам ГТС, расположенным на ПОУ в аварийных зонах прохождения газопроводов, где смонтированы вставки ИВ-2. Так, ряд специалистов отмечают, что вставки ИВ-2 могут только определять подвижки грунта на последней стадии в момент, когда подвижка существенна и начинает действовать на состояние трубы, что резко уменьшает период времени для корректирующих действий.


Image_006.jpg

Рис. 2. Взрыв газовой ловушки в районе МГ «Бованенково – Ухта»

Fig. 2. The explosion of the gas flares in the area of Bovanenkovo – Ukhta main gas pipeline


Обратимся к фактам. Большие проблемы для надежного снабжения Пермского промузла представляют внезапные масштабные провалы вблизи трассы МГ «Чусовой – Березники – Соликамск» (рис. 1), взрывы газовых ловушек Ямала на газопроводе «Бованенково – Ухта» (рис. 2). Такие же аварийные ситуации наблюдаются и в карстовых провинциях и на активных тектонических разломах (АТР). Из-за отсутствия надежных методов диагностики и прогноза АТР оползневых явлений они, как правило, приводят к нарушениям и деформации целостности трубопровода (рис. 3, 4).

Например, большие объемы ремонтно-восстановительных работ могут вызвать внезапные непрогнозируемые оползни на склонах рек, в местах подводных переходов через реки Кама, Волга, Малая Сосьва и др., особенно если несколько ниток газопроводов идут в одном коридоре, как было раньше, например, на МГ «Уренгой – Помары – Ужгород», 1852 км.

Известно, что дефекты на участках ЛЧ МГ распределяются неравномерно. Одной из главных причин этого является негативное воздействие состояния грунтов околотрубного пространства, его НДС. На практике при ежегодном ремонте путем замены труб или методом переизоляции часто устраняют дефекты не только на опасных, аварийных участках, но и на соседних, неопасных, не требующих ремонта. При этом средства расходуются нерационально только потому, что отсутствуют достоверные данные диагностики об активизации ОГП, ранжировании ПОУ по степени опасности. Понятно, что если геодинамическое состояние ПОУ и его прогноз позволяют транспортировать заданные объемы газа потребителям, ремонтные работы на этих участках можно отложить на более поздний срок, перераспределив средства в пользу других участков ЛЧ МГ, с учетом, конечно, требований промышленной безопасности.

Image_007.jpg

Рис. 3. Модель воздействия деформирующих усилий в зонах разломов на трубопровод (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)

Fig. 3. Model of the influence of deforming forces on the pipeline in the fracture areas (Gazprom VNIIGAZ LLC)

Таким образом, неадекватная оценка степени опасности ОГП при принятии управленческих решений ведет к неэффективному использованию ремонтно-финансовых ресурсов.

Источником разрушений газопровода, например, могут быть также механические напряжения, превысившие предел прочности металла трубы, возникшие вследствие просадки грунта, в зоне подработки, карстовой воронки (рис. 5).

Очевидно, что обеспечить эффективность и оптимизировать проведение ремонтно-восстановительных работ можно путем контроля состояния не только самой трубы, но и грунтов околотрубного пространства.

Наш опыт подсказывает, что надежные достоверные данные можно получить за счет использования радиоволновой технологии диагностирования грунтов на ПОУ газопроводов со сложными геодинамическими процессами [4–6].

Следует отметить, что основа технологии, радиоволновой метод, входит в ч. VI обязательных положений и требований федерального нормативного документа [7]. Он эффективно используется на протяжении многих лет рядом подразделений ПАО «Газпром».

Представляется целесообразным обратить внимание читателей на еще один малоизученный аспект данной проблемы.

Установлено, что наиболее часто аварии происходят на трубопроводах, находящихся в зонах геодинамической и сейсмической активности, напряженного состояния недр, зонах разломов и участков активной эманации агрессивных глубинных газов [8]. Имеются сообщения [12, 13], что большое влияние на формирование стресс-коррозии оказывают газовые аномалии. При этом на отдельных участках линейных частей трубопроводов аварии происходят с разными временными интервалами (3–4 года, 10–12 лет, 15–20 лет). Но даже по истечении нормативного срока службы трубопроводов (33 года) имеются участки труб, практически не затронутые коррозией и другими механическими повреждениями, где не выявлено геодинамических зон (ГДЗ) [9].

Как видим, актуальность пристального внимания к геодинамическим факторам нарушения технического состояния и целостности газопроводов не вызывает сомнений.

В связи с этим представляется своевременным обсудить новые малоизученные в отрасли аспекты контроля таких процессов, являющихся, на наш взгляд, одной из первостепенных причин аварий на сухопутных участках газопроводов, расположенных в ГДЗ [9].

Image_009.jpg

Рис. 4. Оползневый разрыв газопровода (Кавказ)

Fig. 4. Landslide pipeline disruption (Caucasus)

Основным негативным фактором считаются движения по разрывным нарушениям, которые в большом количестве пересекают магистральные нефтегазопроводы и носят возвратно-поступательный характер. Установлено, что при механическом нагружении на металл увеличиваются размеры уже имеющихся дефектов, а также зарождаются и развиваются трещины около других дефектов. Кроме того, ГДЗ, имея различную глубину заложения, обладают различной степенью интенсивности и концентрации газовыделений СО2, СН4, Н2, Н2S, SO3, Н2F, CI, влияющих на процесс коррозии (газохимическое воздействие) [8]. По данным инструментальных наблюдений установлено, что периодические горизонтальные перемещения земной поверхности в тектонических зонах достигают 70 мм и более. Это значит, что трубопровод в пределах геодинамической зоны испытывает растягивающие и сжимающие усилия, способные вызвать гофр на трубе или разорвать кольцевой шов (рис. 4). Кроме того, металл сварочных швов, являющихся концентраторами напряжений, стареет и под влиянием механодинамических процессов грунтового основания из-за усталости металла утрачивает первоначальную прочность. В то же время геохимический газово-эманационный метод, который является в определенных условиях отличным геодинамическим маркером, успешно апробирован нами как способ картирования геодинамических зон, при котором контролируют радиоактивные (торон Tn, радон Rn) и углекислые (СО2) газы, а также метан (СН4). На практике газово-эманационный метод служит для заверки радиоаномалий, повышая их репрезентативность и доверительную вероятность.

Отметим, что наблюдать во времени динамику геологических процессов на ЛЧ МГ можно с помощью многих геофизических методов (сейсмо-, магнито-, электроразведка и др.) [7]. Но наиболее чувствительными и информативными являются радиоволновой [9, 10] и газово-эманационный методы (рис. 6).

1_1_3.jpg

Рис. 5. Контроль блока «труба – грунт» на подработанных участках (МГ «Чусовой – Березники – Соликамск»):
а) графики контроля при длине свободного пространства Lсв меньше критического значения Lкр (Lсв < Lкр); 
б) условный геологический разрез подработанного участка

Fig. 5. A control of a block «pipe – soil» in the elaborated section (Chusovoy – Berezniki – Solikamsk main pas pipeline):
a) control charts when the length of the free space Lсв is less than a critical value Lкр (Lсв < Lкр);
b) a conditional geological section of elaborated section

Такой комплекс был использован при обследовании в 2012 г. газопровода на Камчатке (рис. 7) УКГП-2 Нижнеквакчинского ГКМ-АГРС г. Петропавловска-Камчатского от камеры запуска (ПК-1,5 км) до перевала (ПК-268 км).

При картировании потенциально опасных аварийных участков применен метод РПЗ для маршрутного варианта выявления и оконтуривания проблемных участков ЛЧ МГ с последующей заверкой их геохимическими способами. При этом, как видим, была отмечена практически 100%-я корреляция данных радиоволнового и геохимических методов [11].

На ПК 217 км этой трассы был выявлен весьма активный очень опасный тектонический разлом (рис. 8).

1_1.jpg

Рис. 6. Сопоставление радиоволновых данных с данными эманационной съемки (217 км)

Fig. 6. Comparison of radiowave data with the data of emanation photographing (217 km)

По результатам комплексной диагностики грунтов околотрубного пространства построен план расположения ПОУ с ранжированием их по степени опасности в соответствии с вариантом «светофора» (аналогичный план для другого объекта представлен на рис. 10).

Второй пример, который также можно использовать при перераспределении (оптимизации) объемов финансирования ремонтных работ на ЛЧ МГ между ГТО с учетом фактического состояния [1] как газопроводов, так и грунтов, относится к результатам обследования подработанных участков на МГ «Чусовой – Березники – Соликамск».

Image_012.jpg

Рис. 7. Район обследования газопровода на Камчатке (2012)

Fig. 7. The survey area the gas pipeline in Kamchatka (2012)

Комплексное обследование всей трассы позволило выявить несколько особо опасных участков (рис. 10), на которых могут внезапно появиться обширные провалы.

Располагая такими данными и прогнозом активизации ОГП, на наш взгляд, можно более корректно планировать очередность объемов ремонтных работ и приоритетный вывод в ремонт потенциально опасных участков.

В данный момент нами разрабатывается вариант геомониторинга с установкой радиоволновых приборов на БПЛА (рис. 11). В случае успеха можно будет проводить прогнозный геомониторинг и в лесах, и в горах, на болотах, в других труднодоступных местах.

Image_013.jpg

Рис. 8. Активный тектонический разлом на ПК – 217 км

Fig. 8. The active tectonic fracture on the picket 217 km

Выводы

1. Оптимизацию ремонтных работ и объемов финансирования, их первоочередное планирование необходимо проводить на основе достоверных данных диагностики не только состояния самого газопровода, но и грунтов околотрубного пространства.

2. Комплексное радиоволновое и газово-эманационное диагностирование грунтов околотрубного пространства дает возможность адресно направлять средства на восстановление целостности газопроводов.


1_1_1.jpg
Рис. 9. График ранжирования опасных участков ОГП по маршрутам

Fig. 9. Section ranking chart of dangerous geodynamic processes on the routes

Image_015.jpg

Рис. 10. Потенциально опасные участки подработок на трассе МГ «Чусовой – Березники – Соликамск»

Fig. 10. Potentially dangerous sections on the Chusovoy – Berezniki – Solikamsk main gas pipeline


Image_016.jpg

Рис. 11. Радиоволновое устройство диагностирования грунтовых оснований газопроводов и мониторинга воздушного базирования (вариант)

Fig. 11. A radiowave device for diagnostics of pipeline soil bases and monitoring of air basing (version)



← Назад к списку


im - научные статьи.