Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов"

На правах рукописи

САПОЖНИКОВ ЕВГЕНИЙ ВИССАРИОНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ РЕМОНТНЫХ СЕКЦИЙ В ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ ТРУБОПРОВОДОВ

25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 2003г.

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом

университете

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ

Иванов Вадим Андреевич

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ Кушнир Семен Яковлевич

кандидат технических наук Дорофеев Михаил Сергеевич

Ведущая организация: ООО «Сургутгазпром»

Защита состоится июля 2003 года в ¡4 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу:

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета

Автореферат разослан июня 2003г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

С. И. Челомбитко

£.00? - А

1 ©488

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На сегодняшний день трубопроводный транспорт остается одним из наиболее развитых видов транспорта жидких и газообразных углеводородов. Трубопроводная сеть России является сложной протяженной системой, безопасная эксплуатация которой зависит от множества факторов, основным из которых является своевременное и качественное проведение текущих ремонтов. Магистральный трубопровод на всем протяжении пересекает множество естественных и искусственных препятствий, переходы через которые являются экологически опасными объектами. Следовательно, своевременное и качественное проведение ре-монтно-восстановительных работ подводных переходов - одна из главных задач обеспечения надежной их работы.

Существующие традиционные технологии предусматривают проведения большого объема земляных и демонтажно-монтажных работ, что значительно увеличивает сроки выполнения и их стоимость. Технико-экономические показатели проведения ремонтов подводных переходов ещё более ухудшаются в зимний период, особенно в условиях Западной Сибири.

В последние годы зарубежными и отечественными фирмами разрабатываются качественно новые технологии восстановления изношенных коммуникаций без вскрышных работ по всей длине ремонтируемого подводного перехода. При этом использование высокопрочных и долговечных строительных материалов позволяет увеличить срок эксплуатации восстановленной конструкции до 50 лет.

Оснащение трубопровода вставками является одним из наиболее перспективных методов внутритрубного ремонта. В качестве ремонтных элементов могут использоваться стальные или полиэтиленовые вставки,

которые при последовательном наращивании не имеют ограничений по длине ремонтируемого участка.

Известен ряд способов внутритрубного капитального ремонта, использующих современные технические решения по дистанционному соединению полиэтиленовых труб. При этом обеспечивается их герметичное соединение в зоне дефектного участка, значительно удаленного от места вскрышных работ и камер пуска - приема средств очистки и диагностики.

Данная работа посвящена актуальному исследованию процесса транспортировки вставок к месту монтажа и определению основных параметров внутритрубных ремонтных элементов.

Цель и задачи исследований. Совершенствование методов внутритрубного ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов на основе исследования процесса транспортировки длинномерных внутритрубных ремонтных вставок к месту монтажа.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести сравнительный анализ существующих методов ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов;

- разработать и исследовать динамическую модель транспортировки ремонтных вставок к месту их монтажа, получить расчетные зависимости с учетом геометрических параметров и конструкционных свойств материала вставки;

- получить аналитические зависимости и разработать програм-ное обеспечение на основе упрощенных моделей, позволяющих вести расчеты и управление параметрами движения в реальном масштабе времени;

- обосновать модели профилей подводных переходов, основанных на аппроксимации рядом аналитических функций. Провести анализ движения ремонтной вставки.

- разработать конструкцию длинномерной полиэтиленовой ремонтной вставки. Получить аналитические зависимости для расчета ее конструктивных и технологических параметров.

Объектами исследования являлись разработка методов ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов.

Научная новизна. На основании выполненных исследований получены следующие результаты:

1. Впервые разработана и исследована динамическая модель длинномерной внутритрубной вставки с учетом ее основных геометрических параметров и физико-механических свойств материала. Получены точное и приближенное решения уравнения движения. Предложен эффективный метод численного решения уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом подводном переходе.

2. Впервые выявлены закономерности движения длинномерных внутритрубных вставок, движущихся внутри трубопровода по профилю переменной кривизны. Показано, что движение на участках аппроксимированных монотонными функциями имеет неравномерный скачкообразный характер, что особенно проявляется на восходящих участках подводного перехода.

3. Разработана методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций. Дана оценка степени сходимости результатов расчетов скорости и положения вставки в зависимости от кривизны участка и общей длины перехода.

Практическая ценность. Результаты проведенных автором исследований явились основой создания новой методики определения основных параметров движения длинномерных внутритрубных ремонтных элементов и соответствующего програмного обеспечения, позволяющего проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления их движением при транспортировке к месту монтажа. Получены аналитические зависимости и даны практические рекомендации для определения основных геометрических параметров ремонтных элементов.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были представлены на: научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» в 2001г., научно-практическом семинаре «Транспортный комплекс-2002» в 2002г., расширенном заседании кафедра «СиРНГО» в 2003г., научно-техническом совете Института Транспорта в 2003г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и 5 приложений. Работа изложена на 138 страницах и содержит 2 таблицы, 43 рисунка и список литературы из 59 наименований.

Содержание работы:

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность выполненных исследований.

В первой главе проведен анализ:

- фактического состояния систем трубопроводного транспорта;

- обзор традиционных методов ремонта подводных переходов; обзор внутритрубных методов ремонта подводных переходов;

В настоящее время в России протяженность магистральных трубопроводов составляет более 217 тыс. км, в том числе газопроводных магистралей и газопродуктопроводов - более 151 тыс. км, магистральных нефтепроводов более 48 тыс. км, нефтепродуктопроводов - 19,3 тыс. км

Большая часть трубопроводов построена в 60-80 годах. Магистральные трубопроводы в настоящее время имеют значительный срок эксплуатации: 25% трубопроводов эксплуатируются уже более 20 лет, 38% - 10-20 лет, а 5% преодолели планку нормативного срока эксплуатации — 33 года.

На всем протяжении магистральные трубопроводы пересекают различные природные и искусственные препятствия (реки, болота, дороги и т.д.). Длина таких переходов колеблется от нескольких метров до нескольких километров. Такие переходы несут особую опасность. Возникновение чрезвычайных ситуаций приводит к необратимым последствиям.

Вследствие значительного срока эксплуатации большинства подводных переходов, встает вопрос о проведении капитального ремонта.

На сегодняшний день различают два основных направления в технологии капитального ремонта подводных переходов:

(рис.1)

19,3тыс.км

Более Штыс.км

Рис.1. Протяженность магистральных трубопроводов.

А. Ремонт с заменой дефектного участка или полностью трубопровода осуществляется с помощью следующих методов:

- ремонт методом протаскивания;

- ремонт методом свободного погружения трубопровода;

- ремонт методом укладки с плавучих опор;

- ремонт с помощью микротонелирования;

- ремонт методом наклонно-направленного бурения.

Б. На основе использования методов внутритрубного ремонта трубопроводов.

- монтаж внутритрубного ремонтного элемента на площадке с

последующим протаскиванием (тросами или штангами) или проталкиванием в ремонтируемый трубопровод;

- монтаж внутритрубного ремонтного элемента внутри ремонтируемого трубопровода методом последовательного наращивания.

Во второй главе проведен анализ сил и выведено уравнение движения длинномерной полиэтиленовой ремонтной вставки внутри изогнутого стального трубопровода. Полученное уравнение решено методом конечных разностей, а так же методом Галеркина.

Выявлен характер движения ремонтной вставки на различных участках трубопровода.

При движении на прямолинейном участке (рис.2) уравнение имеет

вид:

Рис. 2.Силы, действующие на вставку при движении на прямолинейном участке.

Р, Q - силы веса и реакции, действующие ремонтную вставку; - сила трения ; Г)вп, с1т - внутренние диаметры трубопровода и ремонтной вставки соответственно.

Определены начальные

и(х,0) = 0, дф,0) (2) д1

и граничные условия:

дз (3)

дз в

Полученное уравнение является неоднородным линейным дифференциальным уравнением 2-го порядка гиперболического типа. Оно описывает поступательное движение и продольные колебания вставки.

Рассмотрено движение ремонтной вставки на криволинейном участке трубопровода. Будем считать, что ось трубопровода лежит в вертикальной плоскости, а ремонтная вставка во всех точках касается внешнего стального трубопровода. Радиус кривизны оси трубопровода /? > Лт,п, где Дгот- минимальный допустимый радиус упругого изгиба трубопровода,

определенный из условия, что а„ < ат. Движение ремонтной вставки происходит под действием давления воздуха, который подаётся из нагнетательной станции или ресивера.

Рис.3. Силы, действующие на элемент ремонтной вставки при движении на криволинейном участке.

/, к — орты декартовой системы координат Х02; Т, п - единичные векторы, направленные по касательной и по нормали к оси трубы в сторону вогнутости; - силы, действующие в сечениях А и В трубы, причем = Гг + Ып; Т и N - тангенциальная и перерезывающая силы, соответственно; МА, Мв - изгибающие моменты в сечении А и В\Р, Q - силы веса и реакции, действующие на рассматриваемый элемент; Фг, Фл - силы инерции; Р'тр - сила трения.

В результате учета факторов, оказывающих первостепенное влияние на процесс движения ремонтной вставки (рис. 3), получено нелинейное дифференциальное уравнение в частных производных:

О

х

т

Начальные и граничные условия для рассматриваемой задачи имеют

вид:

«(s,0)=0, v(s,0) = О,

■7t0,/)=^?|« = 0, (5)

OS

Т(1,1)=ЕА^\$Ы=ТВ

Аналитическое решение задачи (4) и (5) не представляется возможным, поэтому для решения был применен метод конечных разностей. Наибольший практический интерес представляет определение пройденного ремонтной вставкой расстояния в зависимости от времени и расхода воздуха. Изменяя расход, можно эффективно управлять движением ремонтной вставки. Но для этого необходимо иметь возможность получать решение в реальном масштабе времени. Время решения полученного дифференциального уравнения методом конечных разностей на ПК Pentium 4 с приемлемой точностью для километрового участка составляет около 30 минут, а расчетное время его прохождения составляет примерно 7 минут при требуемой средней скорости 2-3 м/с.

Для сокращения времени решения получено упрощенное решение уравнения методом Галеркина. Время решения уравнения данным методом для аналогичного примера ~5 секунд, т.е. время расчета, сокращается примерно в 100 раз.

При сравнении результатов решения уравнения различными методами расхождение не превышает 5-10%, что говорит о возможности применения метода Галеркина для решения уравнений (4) и (5).

Проведен анализ характера движения ремонтной вставки на различных участках подводного перехода. Для этого подводный переход разделен натри участка L,, L2, L3 (рис.6). Участки L,,L3 характеризуются пе-

репадом высотных отметок и отличаются восходящим и нисходящим характером соответственно. Участок Ь2 - прямолинейный горизонтальный участок подводного перехода. На рисунках 5 и 6 показан характер изменения параметров движения по участкам подводного перехода.

0,6 36,6 72,6 106,6 144,6 180,6 216,6 262,6 288,6 324,6 360,6 396,6

Ь,

исек.

и и

Рис.4. Изменение скорости движения.

Р,кПа.

0,6 36,6 72,6 108,6 144,6 180,6 216,6 252,6 288,6 324,6 360,6 396,6

"2Г

^сек.

ь, и

Рис.5. Характер изменения давления по времени. Из представленных графиков видно, что характер движения на участках , ¿2, ¿з различный.

В третьей главе представлены параметры подводного перехода и приведена их классификация, дана методика расчета минимального ра-

диуса упругого изгиба, проведена аппроксимация профиля подводного перехода различными аналитическими функциями и сравнительный анализ параметров движения при различной аппроксимации.

К подводным следует относить трубопроводы, уложенные по дну или ниже отметок дна водоема (рис.6).

Рис.6. Участки подводного перехода.

Граничная длина подводного перехода определяется из следующих факторов:

- для многониточных переходов - участок, ограниченный камерами пуска приёма средств очистки и диагностики, установленных на берегах;

- для однониточных переходов - участок, ограниченный запорной арматурой и уровнем вод не ниже отметок 10 % обеспеченности.

В период интенсивного строительства магистральных трубопроводов по существующим в то время технологиям на участки с большим перепадом высотных отметок устанавливались изогнутые вставки. При этом упрощалась конструкция и сокращалось время монтажа. Поэтому большое количество подводных переходов при значительном перепаде высотных отметок имеют изогнутые вставки. Ремонт таких подводных переходов производится по традиционной технологии, т.е. с заменой участка либо перехода полностью. В данной работе рассматриваются переходы, в кото-

рых трубопровод находится в упругоизогнутом состоянии с радиусом изгиба, не превьппающим минимальный, рассчитанный по пределу текучести материала трубы.

Для получения уравнения, описывающего движение, а в конечном случае - для определения основных параметров движения ремонтной вставки внутри ремонтируемого трубопровода, необходимо ввести основные геометрические характеристики профиля подводного перехода. Проанализированы возможные модели профилей и проведена аппроксимация их рядом аналитических функций в зависимости от глубины, длины подводного перехода и других параметров трубопровода.

Для сравнения рассмотрены три варианта аппроксимации профиля подводного перехода: синусоида, сопряженные окружности и кубический полином. Для каждого варианта проведен расчет. Результаты расчета представлены на рис.7,8.

Наибольшее расхождение скорости движения ремонтной вставки получается на восходящем участке (рис.7).

Ьсм

Рис.7. Изменение скорости движения ремонтной вставки.

Р.кПа 8

ПОЛИНОМ

О | | I I-1—1-1—1-1-111111111

0,6 4«,6 96,6 144,6 192,6 240,6 286,6 336,6 384,6 432,6 480,6 528,6 576,6 624,6

и«

Рис. 8. Изменение давления по времени.

Из рисунков видно, что на участках Ц, Ь2 небольшое расхождение результатов. Следовательно, профиль подводного перехода можно представить любой аналитической функцией, так как это оказывает минимальное влияние на динамику движение ремонтной вставки.

В четвертой главе приведены конструктивные особенности ремонтной вставки, геометрические параметры и расчет уплотняющей диафрагмы.

Внутритрубная ремонтная вставка представляет собой трубу из полиэтилена низкого давления.

В передней части полость вставки герметизирована по всему контуру гибкой диафрагмой. Диафрагма, воспринимая давление нагнетаемого воздуха, создает силу для движения вставки.

Передний и задний концы вставки отцентрированы относительно оси трубопровода с помощью центраторов, это необходимо при монтаже нескольких вставок друг за другом. Центраторы конструктивно отличаются друг от друга тем, что передний кроме всего прочего выполняет роль герметизирующей прокладки, которая исключает перетек воздуха через за-

зор между внутренней стенкой трубопровода и наружной стенкой ремонтной вставки.

Наружный диаметр ремонтной вставки подбирается исходя из внутреннего диаметра ремонтируемого трубопровода согласно сортамента труб из полиэтилена низкого давления, в соответствии с ГОСТ 18599-83.

Максимальная длина ремонтной вставки определяется графически исходя из номограмм. На рис.9 представлена номограмма для определения максимальной длины ремонтной вставки при аппроксимации профиля подводного перехода синусоидой.

Герметизирующая диафрагма представляет собой гибкую оболочку, которая в напряженном состоянии образует сферическую поверхность без складок радиуса Яд, закрепленную по контуру на торце ремонтной вставки.

Толщина диафрагмы определяется из уравнения:

(6)

4<тт вта

где оу- предел текучести материала, 77- коэффициент запаса прочности.

Получены зависимости и даны рекомендации по определению геометрических параметров ремонтной вставки.

Рис.9. Номограмма для определения максимальной длины ремонтной вставки при аппроксимации пойменной части подводного перехода синусоидой.

Основные выводы по работе:

1. Впервые разработана и исследована динамическая модель, описывающая движение длинномерной внутритрубной ремонтной вставки по профилю переменной кривизны с учетом конструктивных свойств и геометрических параметров системы. Получены уравнения движения и их решения методом конечных разностей с помощью разработанных автором программ.

2. Проведенные исследования показали, что скорость движения ремонтной вставки, даже на участках подводных переходов аппроксимируемых монотонными функциями, имеет ярко выраженный неравномерный характер. Количество экстремумов и характер изменения функции скорости особенно нестабильны на восходящем участке подводного перехода.

3. Получены приближенные уравнения движения внутритрубной ремонтной вставки. Показано, что в отличие от уравнений, описывающих динамику движения материальной точки, влияние геометрических характеристик вставки учитываются в данных уравнениях в неявном виде через силовые факторы. Предложен эффективный метод численного решения приближенных уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом участке подводного перехода.

4. Предложена и обоснована методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций, позволяющих получать решения динамических уравнений движения ремонтных вставок, в том числе и в режиме управления.

5. Показано, что наибольшее расхождение численных значений скорости движения ремонтных вставок при расчетах подводных переходов, моделируемых различными аналитическими функциями, наблюдается

на восходящих участках переходов. На нисходящих и горизонтальных участках отклонения не значительны и практически не зависят от выбора аппроксимирующей функции.

6. Предложены конструктивные решения и обоснованы основные характеристики внутритрубных ремонтных элементов. Получены аналитические зависимости для расчета их технологических и конструктивных параметров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Транспортировка внутренних полиэтиленовых вставок к месту монтажа.// Известия ВУЗов, сер. Нефть и газ. - Тюмень: ТюмГНГУ, №1,2003г. С.71-75.

2. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Приближенное решение уравнения движения полиэтиленовой трубы внутри трубопровода.// Известия ВУЗов, сер. Нефть и газ. - Тюмень: ТюмГНГУ, №3, 2003г. С.49-53.

3. Салтанов Д.В., Торопов С.Ю., Бердышев В.В., Сапожников Е.В. Расчет сил трения при движении в пространственно искривленных трубопроводах / Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Тез. докл. науч. — прак. конф. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - С. 87-93.

4. Торопов С.Ю., Сапожников Е.В., Сапожникова A.B. Управление движением внутритрубных элементов при ремонте подводных переходов магистральных трубопроводов / Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Тез. докл. науч. - прак. конф. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. -С.114-117.

5. Шевнин A.A., Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В., Сапожникова A.B. Исследование динамики движения политиленовой

йооЗ -А

20 ■-7-

» 10488

вставки в ремонтируемом трубопроводе / Транспортный комплекс-2002: Тез. докл. науч. - прак. семин.

- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - С. 219-224. 6. Сапожников Е.В., Торопов С.Ю., Дорофеев С.М. Некоторые решения уравнения движения внутритрубных вставок / Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири. Сб.науч.труд. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - С. 43-49.

Подписано к печати.?. 0$. ОЬг. Бум. нисч. № 1

Заказ № % < уч. . изд. л. п

Формат 60x84 1/16 усл. печ. л.

Отпечатано на ШО СЖ 3750 Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сапожников, Евгений Виссарионович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ.

1.1. Обзор состояния трубопроводных систем.

1.2. Анализ методов капитального ремонта подводных переходов.

1.2.1. Традиционные методы ремонта.

1.2.2. Внутритрубные методы ремонта.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование динамики движения ремонтных секций в подводных переходах трубопроводов"

Актуальность проблемы. На сегодняшний день трубопроводный транспорт остается одним из наиболее развитых видов транспорта жидких и газообразных углеводородов. Трубопроводная сеть России является сложной протяженной системой, безопасная эксплуатация которой зависит от множества факторов, основным из которых является своевременное и качественное проведение текущих ремонтов. Магистральный трубопровод, на всем протяжении, пересекает множество естественных и искусственных препятствий, которые являются экологически опасными. Следовательно своевременное и качественное проведение ремонтно-восстановительных работ подводных переходов одна из главных задач обеспечения надежной их работы.

Существующие традиционные технологии предусматривают проведения больших объемов земляных и демонтажно-монтажных работ, что значительно увеличивает сроки выполнения и их стоимость. Технико-экономические показатели проведения ремонтов подводных переходов, ещё более ухудшаются в зимний период особенно в условиях Западной Сибири.

В последние годы зарубежными и отечественными фирмами разрабатываются принципиально новые технологии восстановления изношенных коммуникаций без вскрышных работ по всей длине ремонтируемого подводного перехода. При этом использование высокопрочных и долговечных строительных материалов, позволяет увеличить срок эксплуатации восстановленной конструкции до 50 лет.

Оснащение трубопровода вставками является одним из наиболее перспективных методов внутритрубного ремонта. В качестве ремонтных элементов могут использоваться стальные или полиэтиленовые вставки которые при последовательном наращивании не имеют ограничений по длине ремонтируемого участка.

Известен ряд способов внутритрубного капитального ремонта, использующих современные технические решения по дистанционному соединению полиэтиленовых труб. При этом обеспечивается их герметичное соединение в зоне дефектного участка, значительно удаленного от места вскрышных работ и камер пуска — приема средств очистки и диагностики.

Даная работа посвящена исследованию процесса транспортировки вставок к месту монтажа и определению основных параметров внутритруб-ных ремонтных элементов.

Цель и задачи исследований. Совершенствование методов внутри-трубного ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов на основе исследования процесса транспортировки длинномерных внутритрубных ремонтных вставок к месту монтажа.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести сравнительный анализ существующих методов ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов;

- разработать и исследовать динамическую модель транспортировки ремонтных вставок к месту их монтажа, получить расчетные зависимости, с учетом геометрических параметров и конструкционных свойств материала вставки;

- получить аналитические зависимости и разработать программное обеспечение на основе упрощенных моделей, позволяющих вести расчеты и управление параметрами движения в реальном масштабе времени;

- обосновать модели профилей подводных переходов, основанных на аппроксимации рядом аналитических функций. Провести анализ движения ремонтной вставки.

- разработать конструкцию длинномерной полиэтиленовой ремонтной вставки. Получить аналитические зависимости для расчета ее конструктивных и технологических параметров.

Объектами исследования являлись разработка методов ремонта подводных переходов магистральных и промысловых газонефтепроводов и водоводов.

Научная новизна. На основании выполненных исследований получены следующие результаты:

1. Впервые разработана и исследована динамическая модель длинномерной внутритрубной вставки, с учетом ее основных геометрических параметров и физико-механических свойств материала. Получены точное и приближенное решения уравнения движения. Предложен эффективный метод численного решения уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом подводном переходе.

2. Впервые выявлены закономерности движения длинномерных внут-ритрубных вставок, движущихся внутри трубопровода по профилю переменной кривизны. Показано, что движение на участках аппроксимированных монотонными функциями имеет неравномерный скачкообразный характер, что особенно проявляется на восходящих участках подводного перехода.

3. Разработана методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций. Дана оценка степени сходимости результатов расчетов скорости и положения вставки в зависимости от кривизны участка и общей длины перехода.

Практическая ценность. Результаты проведенных автором исследований явились основой создания новой методики определения основных параметров движения длинномерных внутритрубных ремонтных элементов и соответствующего программного обеспечения, позволяющего проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления их движением при транспортировке к месту монтажа. Получены аналитические зависимости и даны практические рекомендации для определения основных геометрических параметров ремонтных элементов.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были представлены на: научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» в 2001г., научно-практическом семинаре «Транспортный комплекс-2002» в 2002г., расширенном заседании кафедра «СиРНГО» в 2003г., научно-техническом совете Института Транспорта в 2003г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и 5 приложений. Работа изложена на 141 странице и содержит 2 таблицы, 44 рисунка и список литературы из 59 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Сапожников, Евгений Виссарионович

Основные выводы по работе:

1. Впервые разработана и исследована динамическая модель, описывающая движение длинномерной внутритрубной ремонтной вставки по профилю переменной кривизны с учетом конструктивных свойств и геометрических параметров системы. Получены уравнения движения и их решения методом конечных разностей с помощью разработанных автором программ.

2. Проведенные исследования показали, что скорость движения ремонтной вставки, даже на участках подводных переходов аппроксимируемых монотонными функциями, имеет ярко выраженный неравномерный характер. Количество экстремумов и характер изменения функции скорости особенно нестабильны на восходящем участке подводного перехода.

3. Получены приближенные уравнения движения внутритрубной ремонтной вставки. Показано, что в отличие от уравнений, описывающих динамику движения материальной точки, влияние геометрических характеристик вставки учитываются в данных уравнениях в неявном виде через силовые факторы. Предложен эффективный метод численного решения приближенных уравнений, позволяющий проводить расчеты в реальном масштабе времени, с целью управления движением вставки на ремонтируемом участке подводного перехода.

4. Предложена и обоснована методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций, позволяющих получать решения динамических уравнений движения ремонтных вставок, в том числе и в режиме управления.

5. Показано, что наибольшее расхождение численных значений скорости движения ремонтных вставок при расчетах подводных переходов, моделируемых различными аналитическими функциями, наблюдается на восходящих участках переходов. На нисходящих и горизонтальных участках отклонения не значительны и практически не зависят от выбора аппроксимирующей функции.

6. Предложены конструктивные решения и обоснованы основные характеристики внутритрубных ремонтных элементов. Получены аналитические зависимости для расчета их технологических и конструктивных параметров.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сапожников, Евгений Виссарионович, Тюмень

1. Абсолямова В.Ф., Нефедова Н.Ф., Мугаллимов Ф.М. Руководящий документ «Проектирование и строительство подводных переходов нефтепромысловых трубопроводов» // Нефтяное хозяйство. 1999. - № 8. -С.46 -47.

2. Блох JI.C. Практическая номография. — М.: Высшая школа, 1971. 328 с.

3. Бородавкин П.П., Березин B.JI. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1977. - 407с.

4. Бородавкин П.П., Березин B.JL, Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. — М.: Недра, 1997.-415 с.

5. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. — М.: Наука, 1985.-325 с.

6. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972.-219 с.

7. Гертц Е.В. Пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1969. - 269 с.

8. Гибадулин Н.З., Юмашев Р.Х., Самигуллин В.Х. и др. «Строительство переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом направленного бурения» // ТТН. 1999. - № 9. — С.21 -23.

9. Глаголев Н.А. Курс номографии. — М.: Высшая школа, 1961. — 269 с.

10. Ю.Гуськов А.Н., Кершенбаум Н.Я. Современное состояние проблемытрубопроводного пневмоконтейнерного транспорта грузов. М.: Информнефтегазстрой, 1982. - 35 с.

11. П.Дмитриева В.Ф., Прокофьев B.J1. Основы физики.: Учеб. пос. для студ. ВУЗов. — М.: Высшая школа, 2001. — 527 с.

12. Дунчевский А.В. Геофизический мониторинг подводных переходов трубопроводов: Дис. . к.т.н: 04.00.12 / МГГА. 2000. - 104 с.

13. З.Иванов В.А., Карнаухов Н.Н., Новоселов В.В. и др. Устройство и эксплуатация технологических вдольтрассовых дорог промысловых имагистральных трубопроводов: курс лекций. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2000.- 100 с.

14. Инженерная геология: Учеб. для строит. Спец.вузов / Ананьев В.П., Потапов А.Д. -2-е изд., перераб. И доп. М.: Высш. Шк., 2002. - 511 с.

15. Ким Д.П., Кислов А.И., Скибо В.И. Региональные учения по ликвидации аварий и их последствий на подводных переходах нефтепроводов через Енисей // ТТН. 1996. - №9. - С.21 - 24.

16. Климовский Е.М. Очистка полости и испытания магистральных и промысловых трубопроводов. М.: Недра, 1972. — 255 с.

17. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. - 355 с.

18. Кузин Ф.А. Диссертация: Методика написания. Правила оформления. Порядок защиты. Практическое пособие для докторантов, аспирантов и магистрантов. 2-е изд.,доп. - М.: Ось - 89, 2001. - 320 с.

19. Курочкин В.В., Овчинников Н.Т., Безверхое А.А. «Бестраншейные методы прокладки нефтепроводов» // ТТН. — 2000. №5. - С.25 - 30.

20. Левин С.И. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1970. - 288 с.

21. Левин С.И. Предупреждение аварий и ремонт подводных трубопроводов.- М.: Гостоптехиздат, 1963. 182 с. .

22. Лурье М.В. Динамика движения в пневмоконтейнерных трубопроводах: Дис. . д.т.н.: 05.15.07 / Московский Ордена Трудового Красного Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина.- 1979.-355 с.

23. Лышенко Л.З., Бисярина О.М. Технические средства ремонта подводных нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ, 1986. - 45 с.

24. Магистральные трубопроводы: СНиП 2.05.06 85*: с изм. № 1, № 2 Утв. Пост. Госстроя СССР от 08.01.87., с изм. № 3: Утв. Пост. Минстроя России от 10.11.96 № 18-78: взамен СНиП II - 45 - 75: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 60 с.

25. Магистральные трубопроводы: СНиП III 42 — 80*: переизд. с изм. Утв. Пост. Госстроя СССР (Минстроя России) № 18 - 79 от 10.11.96: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 74 с.

26. Минаев В.И. Машины для строительства магистральных трубопроводов. — М.: Недра, 1973.-432 с.

27. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. М.: Наука, 1970.-432 с.

28. Николаев В. И., Брук В. М. Системотехника: Методы и приложения. М.: Машиностроение, 1985. 197 с.

29. Полянский Р.П., Пастернак В.И. Трубы для нефтяной и газовой промышленности за рубежом. М.: Недра, 1979. — 215 с.

30. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учеб. М.: Высш. шк., 2001. - 367 с.

31. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов: РД 39-30-114-78 // Недра. М., 1979. - 94 с.

32. Прокофьев В.В., Богатенков Ю.В., Фомичев С.И. и др. Метод локализации и ликвидации аварийных разливов нефти на подводных переходах нефтепроводов» // ТТН. 1999. -№11.- с.22 - 25.

33. Расчет на прочность стальных трубопроводов: СНиП 2.04.12 86: взамен СН 373 - 67: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002. - 12 с.

34. Ростов Б.М. Экспериментальные исследования параметров движения контейнеров по трубопроводу: Дис. . к.т.н: 05.483 / Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта имени академика В.Н. Образцова. Ленинград, 1969. — 128 с.

35. Самойлов Б.В., Ким Б.И., Зоненко В.И., Кленин В.И. Сооружение подводных трубопроводов. М.: Недра, 1995. — 304 с. .

36. Сапожников Е.В., Торопов С.Ю., Дорофеев С.М. Некоторые решения уравнения движения внутритрубных вставок / Вопросы состояния и перспективы развития нефтегазовых объектов Западной Сибири. Статья. Сб.науч.труд. Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - С. 43-49.

37. Скибо В.И., Фридлянд Я.М., Козин И.В. и др. Региональные учения по ликвидации аварий и их последствий на подводных переходах магистральных нефтепроводов в зимний период» // ТТН. 1998. — № 9. — С.27 - 30.

38. Смолдырев А.Е. Пневмотранспорт штучных грузов. М.: Недра, 1967. -267 с.

39. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. М.: Недра, 1970. - 220 с.

40. Сопротивление материалов: Учеб. / Феодосьев В.И. Вильнюс: Гос. типография «Вайздас», 1962. - 536 с.

41. Справочник по машиностроительному черчению / Чермарев А.А., Осипов В.К. -2-е изд., перераб. М.: Высш. шк.; Изд. Центр «Академия», 2001. - 493 с.

42. Теоретическая механика. Учеб. для вузов / Поляков Н.Н., Зегжда С.А., Юшков М.П. / Под ред. Товстика. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш.шк., 2000. - 592 с.

43. Технологическое оборудование и технические трубопроводы: СНиП 3.05.05 84: взамен III - 31 - 78*: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2002.-31 с.

44. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Приближенное решение уравнения движения полиэтиленовой трубы внутри трубопровода.// Нефть и газ, 2003г, №3, С.49-53.

45. Торопов С.Ю., Дорофеев С.М., Сапожников Е.В. Транспортировка внутренних полиэтиленовых вставок к месту монтажа. Нефть и газ,: 2003г, №1. С.71-75.

46. Тоут А.И. Технологические процессы и методы расчета параметров очистки полости строящихся магистральных трубопроводов: Дис. . к.т.н.: 05.15.07 / ВНИИСТ. 1983. - 199 с.

47. Трубопроводный транспорт нефти / Г.Г. Васильев, Г.Е. Коробков, А.А. Коршак и др.; Под ред. С.М. Вайнштока: Учеб. для вузов: В 2 т. М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2002. - Т. 1. - 407 с.

48. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии: ГОСТ Р 51164 98: Утв. Пост. Госстроя СССР от 30.08.85 № 137: Госстрой России // ГУП ЦПП. - М., 2000. - 65 с.

49. Тюриков П. Ф., Аринчин С. А. Пневмотранспортный поток как объект управления. Ростов на Дону, 1985. 197 с.

50. Физические величины: Справочник / Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М и др.; Под. Ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.; Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

51. Хрусталев Б.М. Пневматический транспорт: Дис. . д.т.н: Московский Государственный Строительный университет. Москва, 1998. - 51 с.

52. Шаммазов A.M., Мугаллимов Ф.М., Нефедова Н.Ф. Подводные переходы магистральных нефтепроводов. М.: ООО «Недра — Бизнесцентр», 2000. -237 с.