Введение к работе
Актуальность работы
При эксплуатации промысловых и магистральных продуктопроводов одной из актуальных проблем является обеспечение безопасной эксплуатации линейной части, которая решается, главным образом, за счет своевременного проведения восстановительных и ремонтных работ на основе данных диагностики. Однако проводимые мероприятия не могут полностью исключить возможность возникновения аварийных ситуаций. Тяжесть последствий аварий зависит от оперативности принятия мер по локализации и ликвидации разлившихся нефтепродуктов, а также готовности эксплуатирующей организации к таким авариям. Для этих целей осуществляется прогноз масштабов возможных аварийных ситуаций, их последствий для социальной сферы и окружающей среды.
Существующие модели и методики позволяют оценить последствия от уже произошедших аварий или, применительно к проливам нефтепродуктов, дать примерные характеристики геометрии, площади разлива и объемов загрязненных грунтов. В настоящее время отсутствует доступный инженерный метод моделирования разлива жидких углеводородов при истечении нефтепродуктов из подземных трубопроводов через дефектные отверстия максимальными линейными размерами до 0,75 от диаметра трубопровода. При нарушении целостности заглубленного трубопровода существенно затруднена количественная оценка ареала распространения нефтепродукта в грунте, поскольку данный вид аварий характеризуется продолжительностью во времени от момента начала утечки до момента ее обнаружения и остановки транспортировки.
Указанные обстоятельства подтверждают необходимость разработки метода прогноза и оценки последствий аварийных утечек из магистральных и промысловых продуктопроводов с точки зрения пожарной и промышленной безопасности, позволяющего учитывать свойства грунта и физико-химические свойства нефтепродукта при подземном порыве.
Цель работы - обеспечение пожарной и промышленной безопасности трубопроводного транспорта путем разработки метода прогнозирования объемного загрязнения почвогрунтов при аварийном истечении жидких углеводородов из подземных продуктопроводов с учетом фильтрационных свойств грунтов и поверхностного слоя в коридоре прокладки продуктопровода.
Основные задачи работы:
сбор и систематизация характеристик аварий, анализ существующих методов и подходов к оценке объемов загрязненных почвогрунтов и методов расчета массового расхода жидких углеводородов из типичных дефектных отверстий в теле трубопроводов при аварийном истечении;
адаптация методов, описывающих фильтрационное движение жидкостей в толще грунта, к задаче определения параметров распространения нефтяного загрязнения для типичных почвогрунтов западной части Оренбургской области;
разработка метода оценки последствий аварий с точки зрения пожарной и промышленной безопасности на основе данных, полученных при моделировании аварийного истечения нефтепродуктов через дефектные отверстия из подземных продуктопроводов, построение алгоритма программного средства для реализации модели;
проверка адекватности разработанного метода на примере реально произошедших аварий.
Методы решения поставленных задач
Применялись методы аналитической оценки движения жидких углеводородов в пористой среде, скорости их фильтрации и действительной скорости движения жидкости в грунте; линейный закон Дарси; методы определения фильтрационных параметров пористых сред - коэффициентов фильтрации и проницаемости; методы построения объективных зависимостей между емкостными и фильтрационными параметрами пористых сред (между коэффициентами пористости и проницаемости); математические методы моделирования процессов фильтрации и процессов формирования опасных факторов техногенных аварий, а также численное решение комплексов математических уравнений и их практическая проверка на основе материалов реализованных аварий.
Научная новизна результатов работы:
выявлены закономерности движения жидких углеводородов в зависимости от их свойств, свойств грунта и расположения отверстия на теле трубопровода;
определены условия перехода подземного истечения на стадию поверхностного истечения;
разработана математическая модель, описывающая процесс фильтрации нефтепродуктов в грунте при аварийном истечении жидких углеводородов через дефектные отверстия из подземного трубопровода;
разработаны метод и реализующий его алгоритм программный комплекс на основе оценки последствий аварий исходя из данных, полученных при моделировании аварийного истечения нефтепродуктов через дефектные отверстия из подземных продуктопроводов.
На защиту выносятся:
усовершенствованная теоретическая модель подземного фильтрационного движения жидких нефтепродуктов в месте прокладки продуктопроводов;
модель подземного истечения жидких углеводородов из продуктопроводов, разработанная с учетом закономерностей строения и особенностей грунтов в районе их прокладки;
метод оценки последствий аварийных истечений нефтепродуктов через дефектные отверстия максимальными линейными размерами до 0,75 от диаметра трубы;
формализованный алгоритм компьютерной модели истечения жидких углеводородов из заглубленных трубопроводов.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Метод может быть использован при оценке рисков объектов трубопроводного транспорта нефтепродуктов и адекватном прогнозировании потенциального ущерба, нанесенного социальной сфере и окружающей природной среде, при проектировании объектов нефтегазового комплекса. Метод опробован при разработке Деклараций промышленной безопасности к проектам обустройства Филипповской и Среднекаменноугольной залежей Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения ООО «Газпром добыча Оренбург».
Результаты оценки последствий распространения нефтепродуктов в толще грунта позволили уточнить масштабы возможных загрязнений почвогрунтов, разработать эффективные Планы локализации и ликвидации аварийных разливов нефти (ПЛАРН), обосновать состав сил и средств для проведения работ по локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов для нефтегазодобывающих предприятий.
Апробация результатов работы
Основные научные положения и практические результаты работы неоднократно доложены, обсуждены, одобрены и рекомендованы к применению на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах, включая VI Всероссийскую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2008); VIII Всероссийскую научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященную 80-летию Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина (Москва, 2010); III и IV научно-технические конференции с международным участием «Основные проблемы освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения» (Оренбург, 2009, 2010).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных трудах, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 104 наименования, и 2 приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 41 рисунок.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам отдела промышленной и экологической безопасности ООО «ВолгоУралНИПИгаз»: зав. сектором Даньшиной О.А., зав. сектором Донецковой А.А.
