Информационное обеспечение лабораторных исследований грунтов оснований объектов нефтегазовой отрасли Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Таким образом, разработанный специализированный программный продукт «Пневматический ударный механизм» позволил:

• провести виртуальное моделирование работы пневматического ударного механизма и установить характер изменения и численные значения давлений и температур в камерах пневматического ударного механизма;

• полученные в ходе виртуального моделирования работы пневматического ударного механизма данные позволили рассчитать энергию его удара;

• отсутствие необходимости физического моделирования работы механизма позволило существенно сократить время его проектирования.

Список литературы

1. Грузин А. В. Совершенствование обработки результатов лабораторных исследований грунтов оснований объектов нефтегазовой отрасли / А. В. Грузин, А. Д. Русанова, Л. Б. Антропова // Юность и знания - гарантия успеха: сб. науч. тр. Междунар. на-уч.-техн. конф., Курск, 17-18 дек. 2014 г. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2014. С.116-118.

2. Грузин А. В. Автоматизация обработки результатов определения гранулометрического состава грунтов оснований резервуаров для хранения жидких углеводородов / А. В. Грузин, А. Д. Сиротин, М. И. Гильдебрандт // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации : сб. науч. тр. XII Междунар. науч.-техн. конф., Курск, 19-20 мар. 2015 г. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2015. Т. 1. С.354-357.

3. Гильдебрандт М. И. Разработка программных продуктов для обработки результатов лабораторных исследований грунтов оснований нефтегазовых объектов / М. И. Гильдебрандт, А. Д. Сиротин, А. В. Грузин // Новые технологии - нефтегазовому региону : материалы Всерос. с межд. участ. науч.-практ. конф., Тюмень, 19-20 мая 2015 г. Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. Т. III. С.164-166.

4. Абраменков, Э. А. Пневматические механизмы машин ударного действия: справ. изд. / Э. А. Абраменков, Д. Э. Абраменков - Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 1993. - 430 с.

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Грузин Андрей Васильевич, к.т.н., доцент каф. НГД Гильдебрандт Маргарита Ивановна, студент 4 курса Ермаков Владимир Сергеевич, магистрант Омский государственный технический университет, Россия

На базе студенческой научно-исследовательской лаборатории «Основания и фундаменты объектов нефтегазовой отрасли» Омского государственного технического университета разработан комплект программных продуктов для обработки результатов лабораторных испытаний грунтов. Разработанные программные продукты позволяют снизить вероятность возникновения ошибки при выполнении расчётов и существенно сократить время обработки полученных результатов.

Освоение новых месторождений нефти и газа связано, как правило, с достаточно сложными геологическими и климатическими условиями. Практика проектных и изыскательских работ при разработке и освоении новых месторождений подтверждает необходимость обеспечения проектных и строительных организаций нефтегазовой отрасли достоверной информацией об инженерно-геологической обстановке на проектируемом или возводимом объекте. Стохастический характер залегания грунтов предполагает специальную методику как проведения лабораторных исследований механических и физических характеристик, так и определения их нормативных и расчётных значений. Обработка данных, полученных в ходе лабораторных исследований оснований резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, является достаточно сложным и трудоёмким процессом и требует большого количества однотипных вычислений.

На базе студенческой научно-исследовательской лаборатории «Основания и фундаменты объектов нефтегазовой отрасли» Омского государственного технического университета разработан комплект программных продуктов для обработки результатов лабораторных испытаний грунтов, которые позволяют автоматизировать обработку результатов лабораторных исследований грунтов [1].

Для расчёта нормативного и расчётных значений физических и механических характеристик грунта (плотность, влажности и др.) по результатам лабораторных исследований был разработан специальный программный продукт «Нормативные и расчётные характеристики грунта» (см. рисунок 1) [2]. К разрабатываемому программному продукту были предъявлены следующие требования:

• возможность расчёта нормативного и расчётных значений характеристик грунта в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84;

• возможность ввода значений исследуемых характеристик от 3 до 30 образцов грунта;

• возможность автоматического поиска и исключения из выборки данных с грубым отклонением от общей совокупности результатов частных значений исследуемых характеристик грунта.

Процесс определения нормативного и расчётных значений характеристик грунта состоит из следующих этапов:

• этап поиска и исключения из выборки данных с грубым отклонением от общей совокупности результатов частных значений исследуемой характеристики грунта;

• этап определения нормативного значения исследуемой характеристики грунта;

• этап определения расчётных (минимального и максимального) значений исследуемой характеристики грунта.

I Нормативное и расчётные значения параметра

Количество образцов

ш

Характеристика грунта Г" Влажность

Г" Плотность

{• Иное

Расчёт

Количество -

допущенных 11 ^

Нормативная ■

характеристика ] 0,476571428 параметра

Расчётные характеристики параметра

9,06086607228,1 11,8962767848

Номер ■йбразца

Параметр

№2 .N13 .№ 4

.№8 ¡И Э .№10 .№11 ЙЙЙ ¡ЙЯ

8,7 8,9 8,0 3.1 Ш 7ХГ

0,4

Н0®

Рисунок 1 - Рабочее окно программного продукта «Нормативные и расчётные характеристики грунта»

При обработке результатов испытаний влажность до 30 % вычисляется с точностью до 0,1%, влажность 30 % и выше вычисляется с точностью до 1 %. При обработке результатов испытаний плотность грунта вычисляется с точностью до 0,01 кг/м . При обработке результатов испытаний иных исследуемых характеристик грунта точность рассчитанных значений не лимитируется.

Для определения наименования песчаного грунта по результатам лабораторных исследований его гранулометрического состава был разработан специализированный программный продукт «Гранулометрический состав грунта» (см. рисунок 2) [3].

К разрабатываемому программному продукту были предъявлены следующие требования:

• возможность определения наименования песчаного грунта в соответствии с ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» по результатам лабораторных исследований его гранулометрического состава;

• возможность определения массовой доли фракций в составе исследуемого грунта;

• возможность автоматического учёта потерь грунта при обработке данных лабораторных исследований его гранулометрического состава.

1181 Гранулометрический состав грунта УаЫ

Масса тары, г |2.01 М асса навески с тарой, г jl 60.33 Расчёт

Масса навески, г >10 Размер частиц, мм фу "гь 1-2" до .:■<!,» Щ< ЙЩз

Масса Фракции с тарой, г |2,39 | |25.В ¡3-3.11 |11Ш |Ш§£ |li:-81 1' :!

Масса Фракции с учётом потерь, г J7.8 |23.36 ]31,13 |33,3 |18.76 113,83 |3.3 [137.58

|:,Ш* |3.43 |i,7 15.93 12,33 |2,88 Я Ii |28,7G

Истинная масса фракции, с 18,98 |26,54 135.83 |45,2; |21,59 ■I15.82 13,3 Ii 58,32

Массовая доля Фракции, % 15,67 |16,76 |22.63 |23.57 |13,В4 |'i'q.85 J2.4

Массовая доля Фракций ■- ■100

нарастающим итогом, 4 г "" Крупный песчаный груйх

Рисунок 2 - Рабочее окно программного продукта «Гранулометрический состав грунта»

Процесс определения наименования песчаного грунта с помощью программный продукт состоит из следующих этапов:

• ввод исходных данных: массы тары, в которой взвешивали навеску грунта и его отдельные фракции, массы навески грунта с тарой, массы отдельных фракций грунта с тарой;

• расчёт масс отдельных фракций с учётом потерь в результате просеивания через сита;

• определение суммарной массы потерь в результате просеивания через сита;

• определение масс потерь по отдельным фракциям;

• определение истинных значений масс отдельных фракций;

• определение массовых долей отдельных фракций в навеске грунта;

• определение наименования песчаного грунта по результатам лабораторного исследования гранулометрического состава.

Для расчёта глубины промерзания, глубины оттаивания и определения коэффициента тепловой устойчивости грунта по его теплофизическим характеристикам и климатическим данным анализируемой местности был разработан программный продукт «Коэффициент термической устойчивости массива мерзлого грунта» (см. рисунок 3) [4].

Коэффицие нт те п.

Информация |-

об объекте |РаЙ0М пеРе"»а чеРез Р- и

Объёмная мёрзлого грунта.

Температура, градусы Цельси?

не за мёрзшая

грунта, кг/куб.м грунта, кг/куб.м

на глубине годовых ,-ну левых амплитуд I' средняя грунта при промерзании

¡2600

Коэффициент Коэффициент Объемная

теплопроводности, температуре- теплоёмкость

ккал/(м"град*ч] провацности, кв.м/ч грунта, кк.ал/(к.уб.м"град)

[075 ' |2,Эе-3 [500

ю среднемесячным температурам

отрицательные

Сумма градусо-часов поверхности грунта ¡84456

¡53594.4

Температура, градусы Цельсия

средняя воздуха ле

И I12-2

Средняя температура месяца, градусы

Цельс

Январь -30,8

Февраль •26.3

% •13,6

Апрель 0,8

йй Э.8

Июнь 17

Июль 19.7

Август 16,6

Сентябрь!®"

Глубина промерзания, м ¡2,421 Глубина оттаивания, м Ь ^29

Расчёт

Коэффициент тепловой |д дду устойчивости

Запись

Рисунок 3 - Рабочее окно программного продукта «Коэффициент термической устойчивости массива мерзлого грунта»

Разработанный программный продукт позволяет оценить термическую устойчивость искусственных объектов [5] и обладает следующими функциональными возможностями:

• имеется возможность ввода физических и теплотехнических характеристик грунта;

• имеется возможность ввода данных, характеризующих климатические особенности местности;

• обеспечен выбор режима расчёта глубины промерзания, глубины оттаивания и коэффициента устойчивости по градусо-часам, по среднемесячным температурам и по городам;

• имеется возможность ввода поясняющей буквенно-цифровой информации об объекте;

• осуществляется запись исходных данных и результатов расчёта в файл.

Расчёт глубины промерзания, глубины оттаивания и определения коэффициента тепловой устойчивости грунта состоит из нескольких этапов:

• подготовительный этап, предназначенный для ввода исходных данных о физических и теплофизических характеристиках исследуемого грунта в мёрзлом и талом состоянии, климатических характеристик местности, а так же для выбора режима расчёта глубины промерзания, глубины оттаивания и коэффициента устойчивости по градусо-часам, по среднемесячным температурам или по городам;

• этап расчёта глубины промерзания, глубины оттаивания и определения коэффициента тепловой устойчивости грунта;

• заключительный этап, предназначенный для вывода результатов расчёта на экран и записи исходных данных и результатов расчёта в файл «Результаты расчёта КТУ.ёос».

Для моделирования взаимодействия рабочего органа квадратной формы (в плане) строительной машины с грунтовым массивом и определения пространственного распределения сжимающих напряжений был разработан специальный программный продукт «Удар 2-0 распределённой силой по упругому полупространству» (см. рисунок 4)._

® Удар 2-1) распределённой силой по упругому полупространству

Масса РО, кг I420-2

П лошадь РО, кв. м 1

0

Высота сброса РО, м Р-45 » • + j + +

. .—г—

Гм- ......

Модуль упругости,МПа I42 КоэФФ. Пуассона Р ^ 0,3

Напряжение 1, МПа Р 0,Б

Напряжение 2, МПа 1 7

Л \ШМ ...... о,э

Текущее время, с 10,0045 Заглубление Р0,м: 10.0518105605330 \ /

.....Считать.....| .....^¿Jf ¿Г..... 1,2

|Ч7 37РР?Ч Максимальное напряжение,МПа 1 Координаты: х |0-48872 г 10,00537

-0.Е1 -0.3 0 0.3 Q.Ei

Рисунок 4 - Рабочее окно программного продукта «Удар 2-0 распределённой силой по упругому полупространству»

К разрабатываемому программному продукту были предъявлены следующие требования:

• визуализация движения рабочего органа в грунтовом массиве с течением времени;

• визуализация движения частиц грунта под действием ударной нагрузки с течением времени;

• визуализация пространственного распределения вертикальных сжимающих, распирающих и интегральных напряжений в грунтовом массиве с течением времени;

• расчёт и отображение текущих значений заглубления рабочего органа в грунтовой массив;

• расчёт и отображение текущих значений максимального напряжения в грунтовом массиве.

Результаты моделирования выводятся в численной и графической форме.

Исследования грунтов лабораторными методами представляют собой комплекс работ по получению инженерно-геологической информации о составе и свойствах грунтов, в том числе и оснований объектов нефтегазовой отрасли. Обеспечение точности определения показателей получаемых лабораторией грунтов подразумевает не только исключение погрешностей, превышающих допустимую разницу между результатами параллельных анализов, но и корректность выполнения самих расчётов. При этом обработка результатов полученных в грунтовой лаборатории должна проводиться с сопоставлением полученных результатов нормативным и расчётным показателям. Практика использования программных продуктов, разработанных на базе студенческой научно-исследовательской лаборатории, при обработке результатов лабораторных исследований грунтов оснований объектов нефтегазовой отрасли подтвердила возможность обеспечения корректности результатов и сокращения временных затрат, необходимых для их получения.

Список литературы

1. Гильдебрандт М. И. Разработка программных продуктов для обработки результатов лабораторных исследований грунтов оснований нефтегазовых объектов / М. И. Гильдебрандт, А. Д. Сиротин, А. В. Грузин // Новые технологии - нефтегазовому региону : материалы Всерос. с межд. участ. науч.-практ. конф., Тюмень, 19-20 мая 2015 г. Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. Т. III. С.164-166.

2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014617850 «Программный продукт «Нормативные и расчётные характеристики грунта».

3. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2015614599 «Гранулометрический состав грунта».

4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618567 «Коэффициент термической устойчивости массива мёрзлого грунта».

5. Завьялов, М. А. Обеспечение термической устойчивости искусственных сооружений / М. А. Завьялов, А. М. Завьялов, А. В. Грузин, М. В. Кучеренко // Нефтяное хозяйство. - 2013. - №8. - С. 105-107.