Введение к работе
з
Актуальность работы Повышение надежности и безопасности эксплуатации трубопроводов является одной из наиболее актуальных технических задач Известно, что срок эксплуатации значительной части трубопроводов превысил или близок к нормативному Поддержание работоспособного состояния трубопроводов невозможно без проведения ремонтно-восстановительных работ Выполнение этой задачи сопряжено с большими капиталовложениями, а в сложных условиях прокладки и со значительными техническими трудностями
Одним из перспективных направлений, позволяющих поддержать необходимый уровень надежности и снизить общие эксплуатационные затраты, является применение внутритрубных методов ремонта. При этом минимизируются земляные работы, сокращается время поиска зоны дефекта, а в ряде случаев применение этих методов является единственно возможным способом восстановления трубопровода
Внедрение новых способов строительства, в частности наклонно-направленного бурения, при которых значительно снижается доступность к поврежденному участку трубопровода, еще больше повышает актуальность работ в этом направлении, особенно при ремонте переходов через водные преграды глубокого заложения Принимая во внимание важность проблемы и рост числа потенциальных объектов, в настоящее время активно разрабатываются внутри-трубные методы, ориентированные на профилактические ремонтные работы, позволяющие снизить влияние вредных факторов и увеличить сроки эксплуатации трубопроводов
Вместе с тем, до сих пор не решен комплекс задач по разработке основных требований к конструктивным решениям ремонтных элементов, методам их расчета и способам доставки в зону ремонта, приведении имеющихся знаний в единый комплекс
Все это свидетельствует об актуальности темы исследований, как с теоретической, так и с практической точек зрения
Цель работы состоит в обосновании и разработке теоретических положений и практических способов обеспечения работоспособного состояния подводных переходов трубопроводов, на основе применения внутритрубных ремонтных элементов
Объект исследования. Подводные переходы нефтепроводов и водоводов
Предмет исследования. Процессы восстановления исправного состояния подводных переходов трубопроводов с помощью внутритрубных ремонтных элементов
Основные задачи исследования.
В соответствии с поставленной целью, решались следующие основные задачи
-
Разработать общие принципы конструктивных решений внутритруб-ного ремонтного оборудования и назначить области допустимого изменения основных параметров,
-
Обосновать формы упругих ремонтных оболочек и найти соответствующие им схемы нагружения с учетом возможного появления зон пластической деформации,
-
Провести моделирование и экспериментальное исследование работы конструкций внутритрубных элементов использующих для собственной деформации эффект памяти формы,
-
Получить зависимости по определению положения ремонтных элементов во внутренней полости трубопровода при установке их на жесткой связи и оценить смещение при потере устойчивости штанг для различных компоновочных решений,
-
Разработать и исследовать модель процесса управления движением длинномерных упругих вставок во внутренней полости трубопровода в реальном масштабе времени,
-
Разработать технические решения и исследовать процессы соединения полимерных оболочек в полости трубы, найти зависимости прочностных характеристик от условий нагрева и геометрических параметров элементов
Научная новизна исследования.
1 Экспериментально исследована деформация симметрично нагруженных тонкостенных; оболочек под действием внешних нагрузок, равномерно распределенных по их образующим Получены и проанализированы данные о геометрии, распределении напряжений, и положении участков упругой и пластической деформации, что позволяет прогнозировать поведение ремонтной гильзы при снятии с нее нагрузок во время установки в рабочее положение и оценить остаточные деформации при разных схемах нагружения
-
Экспериментально оценены контактные давления при деформации образцов, имитирующих ремонтные гильзы, из СПФ на плоской модели трубопровода Установлено влияние начальной формы оболочки на распределение контактных давлений для различных форм гофрирования Разработана методика расчета замковых элементов для комбинированных гильз из СПФ
-
Получены аналитические зависимости для определения положения ремонтного оборудования по отношению к дефекту трубопровода и оценке возможного смещения при потере устойчивости штанги при различных конструктивных схемах Выявлены, оптимальные соотношения диаметров штанг, при которых их критическая длина имеет выраженный максимум, слабо зависящий от диаметра ремонтируемой трубы
-
Разработана математическая модель и получены численные решения для распределения температурных полей в многослойных гильзах с нелинейными теплофизическими характеристиками Выявлены особенности температурных режимов в зависимости от конструктивных параметров свариваемых элементов
-
Экспериментально изучены процессы соединения полиэтиленовых оболочек с помощью закладных элементов Получены зависимости прочностных характеристик от основных конструкционных параметров и предложены практические рекомендации по их использованию при создании внутритрубного ремонтного оборудования
-
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
-
Впервые выявлены закономерности движения длинномерных внутри-трубных 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
-
Разработана методика моделирования реальных профилей подводных переходов с помощью ряда аналитических функций Дана оценка степени схо-
димости результатов расчетов скорости и положения вставки в зависимости от кривизны участка и общей длины перехода
Достоверность результатов диссертации обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых методов и подходов, а также сопоставлением с соответствующими экспериментальными данными и известными результатами других авторов
Практическая значимость и реализация работы.
Практическая ценность работы заключается в разработке теоретических положений внутритрубных методов ремонта, ориентированных на профилактические работы, позволяющие снизить влияние внешних воздействий и увеличить сроки эксплуатации трубопроводов
в работе предложены конструкции ремонтных гильз для дистанционного ремонта внутренней полости трубопроводов из сплавов с памятью формы с покрытием из экзотермических порошков,
разработан новый способ соединения внутренних полиэтиленовых оболочек сваркой закладными элементами,
предложена технология ремонта подводных переходов гильзами из сплавов с памятью формы и обоснованы основные конструкционные решения ремонтного оборудования,
разработано программное обеспечение расчетов многослойных гильз с нелинейными теплофизическими параметрами,
предложен пакет программ по расчету движения длинномерных гибких оболочек по внутренней полости трубопровода в режиме пневмотранспорта,
созданы экспериментальные установки, позволяющие проводить исследования основных параметров внутритрубных ремонтных элементов
Результаты исследований использованы в практической деятельности ОАО «Гипротюменьнефтегаз»
Разработки автора используются в учебном процессе ТюмГНГУ при чтении курсов лекций «Ремонт нефтегазопроводов» и при переподготовке специалистов трубопроводного транспорта на факультете повышения квалификации при ТюмГНГУ
Апробация работы Результаты работы докладывались в 1997 - 2005 г г на международных, всероссийских и региональных конференциях посвященных проблемам трубопроводного транспорта, в том числе
научно-технической конференции «Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона», - Тюмень 1997,
всероссийской научно-технической конференции «Тюменская нефть вчера и сегодня», - Тюмень 1997,
всероссийской научно-техническая конференция «Нефть и газ Западной Сибири», - Тюмень 1998,
международной научно-практическая конференция «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях», -Тюмень 2001,
региональная научно-техническая конференция «Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли», - Тюмень 2001,
научно-технической конференции «Транспортный комгшекс-2002»,- Тюмень 2002,
региональной научно-технической конференции «Нефть и газ Проблемы недропользования добычи и транспортировки», - Тюмень- 2004;
международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2005», -Тюмень 2005,
региональной научно-технической конференции «Природные и техногенные системы в нефтегазовой отрасли», - Тюмень 2005
На защиту выносятся результаты теоретических обобщений, экспериментальных исследований и научно-обоснованные практические рекомендации по созданию методов внутритрубного ремонта трубопроводов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 печатных работ, в том числе монография
Структура работы Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов и приложения Работа содержит 293 листов машинописного текста, 119 рисунков, 22 таблиц, списка литературы из 152 наименования
