Спосіб проведення моніторингу нафтогазопроводу

Винахід стосується будівництва нафто - газопроводів в активних сейсмічних зонах та може бути використаний при проектуванні, будівництві та експлуатації трубопроводів. Відомим є спосіб будівництва сейсмостійкого нафтового тр убопроводу, при якому на ділянках тр уби споруджують рухомі пристрої - гармоніки на опорах ковзання для мінімізації впливу тектонічних рухів (зсувів, землетрусів тощо) на стійкість та надійність експлуатації трубопроводу [1]. Відомий спосіб не фіксує ділянки трубопроводу, при яких орієнтація головних напружень в земній корі діє найбільш деструктивно. Відомим є також спосіб визначення напружень в земній корі, що ґрунтується на використанні даних структурної геології, геоморфології та сейсмічності. В способі передбачено використання різних типів тектонічних порушень (тріщин, розломів з дзеркалами ковзання) та застосування GPS (Global Position System) - методу при спорудженні інженерних комунікацій та будівництві гірничих ша хт, свердловин, тунелів тощо [2]. Недоліком способу є низька надійність експлуатації трубопроводів внаслідок неврахування взаємодії полів напружень в трубопровідному транспорті та в оточуючому середовищі (земній корі). Найближчим за технічною суттю до способу, що заявляється, є відомий спосіб, який обрано за прототип [3], що заключається в індикації молодих вертикальних тектонічних рухів в земній корі, та має наступні ознаки, спільні з ознаками пропонованого технічного рішення, а саме: - проведення на території спорудження нафтогазопроводу польових та лабораторних літогеохімічних опробувань ґрунтів; - проведення геофізичних та геодезичних досліджень, наприклад, з використанням GPS - методу; - визначення молодих тектонічних порушень та/або зон розвитку порід з підвищеною тріщинуватістю; - виявлення та оконтурення приповерхневих ділянок, змінених під впливом тектонічних рухів, в тому числі, за аномальними температурними значеннями; - визначення амплітуди переміщень ділянок земної кори. В основу винаходу поставлено задачу підвищити надійність та ефективність експлуатації нафто газопроводу за рахунок підвищення якості прогнозування найбільш небезпечних ділянок при спорудженні та експлуатації тр убопроводу. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому та найбільш близькому за технічною суттю до пропонованого способі, при якому на території спорудження нафтогазопроводу проводять польові та лабораторні літогеохімічні опробування ґрунтів, геофізичні та геодезичні дослідження з використанням GPS - методу, а також визначають молоді тектонічні порушення та/або зони розвитку порід з підвищеною тріщинува тістю, виявляють і оконтурюють приповерхневі ділянки, в тому числі, за аномальними температурними значеннями, визначають амплітуди переміщень ділянок земної кори, згідно з винаходом, одночасно з індикацією молодих вертикальних тектонічних рухів визначають положення осей напружень в земній корі, враховуючи палеонапруження, на ділянці, що безпосередньо контактує з нафтогазопроводом, при цьому визначають положення осей напружень в елементах нафтогазопроводу, моделюють граничні умови напружень в них, на основі чого визначають вектор дії напружень в земній корі відносно осі нафтогазопроводу, а також визначають напруження в трубопроводі, після чого оцінюють його найбільш небезпечні ділянки на основі накладання визначених векторів напружень. Причинно-наслідковий зв'язок між відрізняючими ознаками винаходу і технічним результатом полягає в тому, що: - визначення положення осей напружень в земній корі одночасно з індикацією молодих вертикальних рухів, враховуючи палеонапруження, дає змогу з більшою точністю визначити ступінь деформованості ландшафту та спрогнозувати його розвиток; - одночасне визначення векторів напружень в елементах нафтогазопроводу та в земній корі, що безпосередньо контактує з ним, дозволяє виявити найбільш небезпечні ділянки при його експлуатацій, а також на стадії проектування; - застосування методу моделювання граничних умов напружень в елементах трубопроводу та в земній корі та визначення вектору напруження в земній корі відносно осі трубопроводу дає можливість змоделювати дію результуючих накладених напружень на певній дільниці трубопроводу; - оцінка (моніторинг) найбільш небезпечних ділянок трубопроводу на основі накладання попередньо визначених напружень як в земній корі, так і в тр убопроводі, дозволяє ефективно оконтурити дані ділянки та прийняти правильні технічні рішення при будівництві та експлуатації трубопроводу, підвищуючи його надійність. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено вищенаведені нові ознаки способу, що заявляється, отже, можна стверджувати, що пропонований спосіб для проведення моніторингу нафтогазопроводу відповідає критерію "новизна". Таким чином, пропоновані ознаки нового способу та послідовність їх здійснення є суттєвими для його реалізації, достатніми для досягнення технічного результату, а також забезпечують технічну перевагу пропонованого способу перед прототипом, тобто направлені на підвищення надійності та ефективності експлуатації нафтогазопроводу. Отже, ознаки нового способу, що заявляються і відрізняють його від прототипу, надаючи способу нових властивостей, є суттєвими для використання способу та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідають критерію "суттєві відзнаки". Техніко-економічними перевагами пропонованого способу є те, що при впровадженні способу покращують ефективність експлуатації нафтогазопроводу, а також підвищується прогнозування найбільш небезпечних ділянок нафтогазопроводу. В результаті зменшується аварійність споруди, витрати на ремонтно - відновлювальні роботи та зменшується те хногенне навантаження на довкілля. Спосіб реалізують наступним чином. На території, якою проходить нафтогазопровід проводять його моніторинг з метою визначення найбільш небезпечних ділянок, що впливають на стійкість та надійність експлуатації. Спочатку здійснюють польові та лабораторні літогеохімічні опробування ґрунтів, при цьому визначають геохімічні аномалії в ґрунтах, приповерхневих вода х з аналізом елементного та газового факторів. Після лабораторного визначення складають карти геохімічних аномалій для ділянок, через які проходить трубопровід. Наприклад, встановили аномальний вміст гелію в ґрунті та аномальний вміст газу глибинного походження аргону. Отримані результати дають першу інформацію про наявність в земній корі зон порушень та тріщинува тості, які розглядають як ймовірні шляхи міграції флюїдів глибинного походження. Визначені та оконтурені аномальні ділянки підлягають подальшим геофізичним та геодезичним дослідженням. Для цього заміряють величини електромагнітного, магнітного полів, в тому числі, заміряють температуру приповерхневих шарів ґрунту, встановлюючи в пробурені на глибину до 2м діаметром 0,08м отвори, в які встановлюють п'єзодавачі. При геофізичних дослідженнях встановили також відхилення величин вказаних полів в сторону збільшення в порівняні з фоновими, при цьому оконтурили ділянки, які на 90% співпали з оконтуреними ділянками, що були визначені на попередньому етапі робіт при літохімічному опробуванні ґрунтів. Заміри величин температурного поля в межах проходження трубопроводу також дають змогу визначити аномальні ділянки (наприклад, було зафіксовано перевищення фонових значень на 1,21,6°С). Такі ділянки також зображують на інформаційно - моніторинговій карті та аналізують визначені аномальні ділянки в межах трубопроводу. Одночасно проводять геодезичні дослідження, при цьому виявляють деформації та амплітуди переміщень приповерхневих ділянок земної кори з використанням GPS - методу. Отримані результати наносять також на карту. Вищенаведений моніторинг території, через яку проходить трубопровід, дозволяє провести індикацію молодих вертикальних тектонічних рухів. Для підвищення надійності та ефективності експлуатації трубопроводу за рахунок підвищення якості прогнозування найбільш небезпечних ділянок одночасно з проведенням моніторингу території визначають положення осей напружень в земній корі, враховуючи палеонапруження. Сучасні напрямки осей напружень в земній корі визначають одним із відомих методів, наприклад, за допомогою тензометрів та/або на підставі натурних замірів, проведених в природних або техногенних виходах земної кори на поверхню. Таких замірів згідно розроблених методик має бути від 30 до 100 на площі розміром, наприклад, 30´70м, після чого визначають вектор дії напружень для даної ділянки відносно осі трубопроводу. При цьому отримують положення в просторі головних осей напружень. Отримані результати визначень векторів напружень земної кори наносять на створену на попередніх етапах карту. Визначення орієнтації напружень в земній корі одночасно з індикацією молодих вертикальних рухів, враховуючи палеонапруження, дає змогу з більшою точністю визначити ступінь деформованості ландшафту та спрогнозувати його розвиток. Одночасно визначають орієнтацію осей напружень в трубопроводі. Отримані результати визначення положення осей напружень земної кори на інформаційно - моніторинговій карті накладають на вектори напружень в трубопроводі. Дані по напруженнях в трубопроводі встановлюють на підставі моделювання її напруженого стану методом скінчених елементів. Це моделювання дає тільки теоретично можливі орієнтацію векторів напружень в трубі при заданих умовах експлуатації труби. На стан труби, крім природних факторів, впливають також її орієнтація в просторі, матеріал, з якого вона виготовлена, термін експлуатації, властивості флюїдів, що транспортуються, їх температура тощо. Співставлення полів напружень земної кори і нафтогазопроводу дає змогу виявити найбільш небезпечні ділянки на яких міцність труби наближається до критичної. Наприклад, при горизонтальному положенні нафтогазопроводу при визначеному куті дії вектора максимальної осі напружень до осі труби під кутом 90° створюється найбільш небезпечна ситуація при експлуатації нафтогазопроводу внаслідок виникнення максимальних значень напружень в металі. Зменшення кута дії напружень земної кори призводить до послаблення такої, тобто в останньому випадку ділянка, що підлягає моніторингу, є менш небезпечна. Таким чином, ділянки труби (враховуючи інші фактори, наприклад, корозія) з найбільшими кутами (наближених до 90°) дії векторів напружень земної кори відносно осі труби підлягають ретельному моніторингу. На встановлені ділянки труби інсталюють відповідні давачі для діагностики стану труби. Діагностика може бути як дистанційною, так і безпосередньою із застосуванням комп'ютерної обробки отриманих даних. Таким чином, згідно з пропонованим способом підвищується ефективність експлуатації нафтогазопроводу, а також проводиться прогнозування найбільш небезпечних ділянок нафтогазопроводу. Джерела інформації: 1. Патент Росії №2015251 С1 МПК E02D27/35. Сейсмостойкий нефтепровод. Опубл. 30.06.1994. 2. Angelier J. Fault slip analysis and paleostress reconstruction. Chapter 4. in Continental deformation. Edited by Paul L. Hancock, Pergamon press. - 1994 - pp.53-100. 3. Деклараційний патент України №59566 А, МПК 7 G01P13/00. Спосіб індикації молодих вертикальних тектонічних р ухів. // Опубл. 15.09.2003 . Бюл. Пром. власн. - №9 прототип.