Введение к работе
Актуальность работы
На современном этапе экономическая стабильность и развитие России обеспечиваются, в основном, нефтегазовой отраслью топливно-энергетического комплекса, поэтому одной из приоритетных задач страны является повышение ее доходности, что достигается не только повышением эффективности эксплуатации, вводом новых месторождений, но и обеспечением безопасности и надежности отрасли, для чего необходимы инновационные методы мониторинга, оценки, прогноза и оптимизации состояния магистральных нефтегазопроводов. Таким образом, тема исследований является актуальной для современного этапа развития топливно-энергетического комплекса.
Объектом исследования работы является область научных изысканий, в пределах которой исследуются процессы, влияющие на безопасность подземных магистральных нефтепроводов.
Предметом исследований являются методы повышения безопасности магистральных нефтепроводов на основании определения напряженно-деформированного состояния (НДС) по данным мониторинга пространственного положения линейной части.
Цель работы - повышение безопасности магистральных нефтепроводов на основе использования данных мониторинга пространственного положения линейной части, полученных с применением внутритрубного инспекционного прибора, трассоискателя, устройств определения высоты, геодезического оборудования и других средств.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:
1. Провести анализ существующих методов обеспечения безопасности магистральных нефтепроводов на базе данных пространственного положения линейной части;
2. Разработать метод определения пространственного положения протяженного подземного нефтепровода по результатам оценки планово-высотного положения (ПВП) линейной части в отдельных точках с учетом возможных погрешностей измерений и инженерно-геологических условий;
3. Провести натурные экспериментальные исследования по верификации метода определения пространственного положения нефтепровода;
4. Разработать программно-расчетный модуль (ПРМ) по определению напряженно-деформированного состояния с применением географических информационных систем (ГИС-технологий) и рекомендации по повышению безопасности нефтепроводов, исходя из данных мониторинга пространственного положения линейной части.
В диссертационной работе решена актуальная научная задача, состоящая в создании математической модели определения пространственного положения протяженного подземного нефтепровода и программных средств оценки напряженно-деформированного состояния нефтепровода с применением ГИС-технологий по данным измерений планово-высотного положения линейной части.
Методы решения поставленных задач
Исследования проводились в соответствии с этапами, включающими: анализ состояния области научных изысканий и методов повышения безопасности подземных магистральных нефтепроводов на основе мониторинга линейной части; создание модели; верификацию модели по натурным данным и разработку рекомендаций по повышению безопасности нефтепроводов.
Поставленные задачи решались с применением методов сопротивления материалов, теории упругости, механики грунтов, вычислительной математики, натурного моделирования, теории ошибок, сравнений и аналогий. Основой для решения научной задачи являлись работы отечественных ученых Азметова Х. А., Айнбиндера А. Б., Александрова А. А., Бабина Л. А., Бородавкина П. П., Быкова Л. И., Волохова В. Я., Гумерова А. Г., Гумерова К. М., Зарипова Р. М., Коробкова Г. Е., Коршака А. Р., Котляревского В. А., Матлашова И. А., Морозова Е. М., Чичелова В. А., Шаммазова А. М. и др.
Научная новизна результатов работы
1. Разработан метод определения пространственного положения протяженного подземного нефтепровода по результатам оценки планово-высотного положения линейной части в отдельных точках с учетом возможных погрешностей измерений и инженерно-геологических условий.
2. Разработан метод обоснования начального напряжения в нефтепроводе до врезки интеллектуальной вставки (ИВ).
3. Получены результаты экспериментальных исследований по верификации метода определения пространственного положения протяженного подземного нефтепровода по данным измерений координат в отдельных контрольных точках на основании сопоставления расчетных показателей напряженно-деформированного состояния трубы с данными интеллектуальной вставки.
4. Установлены зависимости расстояний между точками измерений ПВП нефтепровода, влияющих на погрешности расчета напряжений, от характера рельефа, диаметра трубопровода, толщины стенки трубы и типа грунтов.
На защиту выносятся:
метод определения пространственного положения протяженного подземного нефтепровода по результатам измерений планово-высотного положения линейной части в отдельных точках;
результаты экспериментальных исследований по верификации метода определения пространственного положения нефтепровода;
метод определения оптимальных расстояний между точками измерения планово-высотного положения трубопровода;
рекомендации по повышению безопасности нефтепровода на основе сопоставления расчетных оценок прочности труб, полученных в различных сечениях с применением созданного программно-расчетного модуля, с прочностными свойствами металла.
Практическая ценность результатов работы
1. Разработаны математическая модель и программно-расчетный модуль с применением ГИС-технологий по определению напряженно-деформированного состояния нефтепровода на базе результатов измерений в контрольных точках пространственного положения линейной части.
2. Разработанные автором математическая модель и программно-расчетный модуль позволяют повысить эффективность проведения мониторинга нефтепровода в сложных геологических условиях.
3. Разработаны рекомендации по повышению безопасности нефтепровода на основе мониторинга ПВП линейной части.
Реализация результатов работы
Результаты проведенных исследований были использованы при разработке системы мониторинга магистрального нефтепровода ВСТО-1.
Достоверность и обоснованность результатов исследований
Достоверность результатов исследований подтверждена верификацией математической модели с данными натурных исследований.
Обоснованность результатов работы обеспечивается междисциплинарными подходами к изучению предмета и комплексными исследованиями решаемых задач.
Апробация результатов работы
Результаты исследований апробированы по данным измерений ПВП с применением трассоискателя, внутритрубного инспекционного прибора, геодезического оборудования и использованы при создании системы мониторинга подземного магистрального нефтепровода.
Основные материалы диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2013 г.) и на XVII Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 2013 г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы
в 8 научных трудах, в том числе в 5 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 108 наименований, трех приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 37 рисунков, 21 таблицу.
