CC BY
10ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ
УДК 622.691.24
М.М. Задериголова-ст.1, e-mail: [email protected] 1 ООО «Альтумгео» (Москва, Россия).
Оптимизация производства ремонтно-восстановительных работ в зонах природно-техногенных рисков
В статье обращено внимание на необходимость использования данных комплексной диагностики как состояния самой трубы, так и грунтов околотрубного пространства, особенно на потенциально опасных геодинамических участках, на которые могут оказывать влияние такие природно-техногенные риски, как оползни, карст, активные тектонические разломы, шахтные подработки и т. д. Такой подход дает возможность адресно направлять средства на ремонтно-восстановительные работы линейной части магистральных газопроводов (ЛЧ МГ). Предлагается принципиально новая радиоволновая технология диагностирования (РВД) грунтов, которая уже используется на ряде предприятий ПАО «Газпром». Применение технологии РВД позволяет более корректно планировать очередность объемов работ и приоритетный вывод потенциально опасных участков в ремонт.
Ключевые слова: риск, авария, геодинамическая безопасность, диагностирование грунтов, метод радиоволнового поля Земли, геотехнический мониторинг.
M.M. Zaderigolova-sen.1, e-mail: [email protected]
1 Altumgeo LLC (Moscow, Russia).
The Optimization Of The Production Of The Repair And Rehabilitation Works In The Areas Of Natural-Technogenic Risks
The article pays attention to the necessity of using comprehensive diagnostic data both of the state of the pipe and the soil in the area near pipe, especially of potentially hazardous geodynamic areas. These areas may be influenced by such natural-technogenic risks, as landslides, karst, tectonic fractures, mine works etc. This approach allows addressing the funds for the repair and rehabilitation works of the linear part of main gas pipelines (LP MG).
A new radiowave diagnostics technology (RDT) of soil is offered, which is already used in a number of enterprises of Gazprom PJSC. The application of the RDT technology allows planning the order of the volume of work and the priority output of potentially hazardous areas for repairing more correctly.
Keywords: risk, accident, geodynamic safety, soils diagnostic, method of the RF field of the Earth, geotechnical monitoring.
Приоритетными задачами в области эксплуатации газотранспортной системы (ГТС) на нынешнем этапе развития отрасли должны стать оптимизация ремонтных работ и объемов их финансирования на основе достоверных данных диагностики [1]. В то же время в системе комплексного решения вопросов качественного и своевременного обслуживания и ремонта ЛЧ МГ важную роль играют результаты диагностики состояния не только самой трубы, но и грунтов околотрубного пространства.
Именно диагностирование состояния грунтов в зонах природно-техногенных рисков, таких как карст, оползни, горные подработки и пр., на потенциально опасных участках (ПОУ) дает возможность адресно направлять средства для восстановления целостности газопроводов.
К сожалению, существующие нормы и правила не регламентируют необходимость учета геодинамических факторов риска при проектировании, строительстве и эксплуатации газопроводов.Взаимодействие ГТС и природной среды
происходит как в нетронутом массиве (прокладка трубы в естественных условиях), так и в подработанном, нарушенном (устройство дренажей, срезка языковой части оползней, принудительное перемещение грунта, горные, шахтные подработки, термокарст и пр.). Диагностирование ГТС сводится, как правило, только к контролю технического состояния и целостности самого газопровода. Характер же работы системы «труба -грунт» в зонах влияния активных опасных геодинамических процессов (ОГП), т. е. в реальных зонах риска, детальному
94
№ 12 декабрь 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
PIPELINES EXPLOITATION AND REPAIR
а) a) б) b)
Рис. 1. Провалы вблизи трассы МГ «Чусовой - Березники - Соликамск»: а) 30 х 40 м (декабрь 2014 г.); б) 122 х 125 м (сентябрь 2015 г.)
Fig. 1. Collapses are close to highway Chusovoy - Berezniki - Solikamsk main gas pipeline: a) 30 x 40 m (December 2014); b) 122 x 125 m (September 2015)
комплексному исследованию ранее не подвергался [2]. Критерии оценки влияния ОГП в действующих нормативных документах также не отражены [3], хотя многие специалисты отмечают, что ни один из методов диагностики трубопроводов (ВТД, ультразвук, ИВ-2, сканер-дефектоскопы и др.) не гарантирует безопасную работу ЛЧ МГ на проблемных геодинамических участках без использования эффективных методов контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтов. В первую очередь это относится к объектам ГТС, расположенным на ПОУ в аварийных зонах прохождения газопроводов, где смонтированы вставки ИВ-2. Так, ряд специалистов отмечают, что вставки ИВ-2 могут только определять подвижки грунта на последней стадии в момент, когда подвижка существенна и начинает действовать на состояние трубы, что резко уменьшает период времени для корректирующих действий. Обратимся к фактам. Большие проблемы для надежного снабжения Пермского промузла представляют внезапные масштабные провалы вблизи трассы МГ«Чусовой - Березники - Соликамск»
(рис. 1), взрывы газовых ловушек Ямала на газопроводе «Бованенково - Ухта» (рис. 2). Такие же аварийные ситуации наблюдаются и в карстовых провинциях
Рис. 2. Взрыв газовой ловушки в районе МГ «Бованенково - Ухта»
Fig. 2. The explosion of the gas flares in the area of Bovanenkovo - Ukhta main gas pipeline
и на активных тектонических разломах (АТР). Из-за отсутствия надежных методов диагностики и прогноза АТР оползневых явлений они, как правило, приводят к нарушениям и деформации целостности трубопровода (рис. 3, 4). Например, большие объемы ремонт-но-восстановительных работ могут вызвать внезапные непрогнозируемые оползни на склонах рек, в местах подво-
Рис. 3. Модель воздействия деформирующих усилий в зонах разломов на трубопровод (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)
Fig. 3. Model of the influence of deforming forces on the pipeline in the fracture areas (Gazprom VNIIGAZ LLC)
Ссылка для цитирования (for citation):
Задериголова-ст. М.М. Оптимизация производства ремонтно-восстановительных работ в зонах природно-техногенных рисков // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 12. С. 94-99.
Zaderigolova-sen. M.M. The Optimization Of The Production Of The Repair And Rehabilitation Works In The Areas Of Natural-Technogenic Risks (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2016, No. 12, P. 94-99.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 12 december 2016
95
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ
Рис. 4. Оползневый разрыв газопровода (Кавказ)
Fig. 4. Landslide pipeline disruption (Caucasus)
дных переходов через реки Кама, Волга, Малая Сосьва и др., особенно если несколько ниток газопроводов идут в одном коридоре, как было раньше, например, на МГ «Уренгой - Помары -Ужгород», 1852 км.
Известно, что дефекты на участках ЛЧ МГ распределяются неравномерно. Одной из главных причин этого является негативное воздействие состояния грунтов околотрубного пространства, его НДС. На практике при ежегодном ремонте путем замены труб или методом переизоляции часто устраняют дефекты не только на опасных, аварийных участках, но и на соседних, неопасных, не требующих ремонта. При этом средства расходуются нерационально только потому, что отсутствуют достоверные данные диагностики об активизации ОГП, ранжировании ПОУ по степени опасности. Понятно, что если геодинамическое
состояние ПОУ и его прогноз позволяют транспортировать заданные объемы газа потребителям, ремонтные работы на этих участках можно отложить на более поздний срок, перераспределив средства в пользу других участков ЛЧ МГ, с учетом, конечно, требований промышленной безопасности. Таким образом, неадекватная оценка степени опасности ОГП при принятии управленческих решений ведет к неэффективному использованию ремонт-но-финансовых ресурсов. Источником разрушений газопровода, например, могут быть также механические напряжения, превысившие предел прочности металла трубы,возникшие вследствие просадки грунта, в зоне подработки, карстовой воронки (рис. 5). Очевидно, что обеспечить эффективность и оптимизировать проведение ремонтно-восстановительных работ можно путем контроля состояния не только самой трубы, но и грунтов околотрубного пространства. Наш опыт подсказывает, что надежные достоверные данные можно получить за счет использования радиоволновой технологии диагностирования грунтов на ПОУ газопроводов со сложными геодинамическими процессами [4-6]. Следует отметить, что основа технологии, радиоволновой метод, входит в ч. VI обязательных положений и требований федерального нормативного документа [7]. Он эффективно используется на протяжении многих лет рядом подразделений ПАО «Газпром». Представляется целесообразным обратить внимание читателей на еще один малоизученный аспект данной проблемы.
Установлено, что наиболее часто аварии происходят на трубопроводах, находящихся в зонах геодинамической и сейсмической активности, напряженного состояния недр, зонах разломов и участков активной эманации агрессивных глубинных газов [8]. Имеются сообщения [12, 13], что большое влияние на формирование стресс-коррозии оказывают газовые аномалии. При этом на отдельных участках линейных частей трубопроводов аварии происходят с разными временными интервалами (3-4 года, 10-12 лет, 15-20 лет). Но даже по
И - интеллектуальные вставки ИВ-2 (Intelligent insertion)
А - ультразвуковая система контроля «Астрон» (Ultrasonic control system Astron) Р - радиоволновая система АСК-ГП (Radiowave system ASK-GP)
Рис. 5. Контроль блока «труба - грунт» на подработанных участках (МГ «Чусовой - Березники -Соликамск»):
а) графики контроля при длине свободного пространства Ц.в меньше критического значения L (Ц.в < L); б) условный геологический разрез подработанного участка
Fig. 5. A control of a block «pipe - soil» in the elaborated section (Chusovoy - Berezniki - Solikamsk main pas pipeline):
a) control charts when the length of the free space Lсв is less than a critical value L (L < L );
' ° r кр ^ св кр''
b) a conditional geological section of elaborated section
96
№ 12 декабрь 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
PIPELINES EXPLOITATION AND REPAIR
Rn - эманации радона, усл. ед. (Radon emanation, c.u.)
Тектоническое нарушение на трассе газопровода (ПК 217 км) Tectonic interruption on the pipeline route
Нрпз - напряженность радиоволнового поля Земли, усл. ед. (Intensity of radiowave fields of the Earth, c.u.)
4,0
3,5 3,0 2,5 2,0
0,5 0,0
i] \\ i\
; / \ V
¿I
11 \ \
л /1 1 1
Í J —
/ ч
/
———
Тектонический разлом Tectonic fracture
ПК
Picket
О' Камчатка, август 2012 г.
Kamchatka, August 2012 \J i j -
Магистральный газопровод
Main gas pipeline
УКГП-2 Нижпе-Квакчикского ГМК-АГРС. г. Петропавловск-Камчатский
Рис. 6. Сопоставление радиоволновых данных с данными эманационной съемки (217 км) Fig. 6. Comparison of radiowave data with the data of emanation photographing (217 km)
истечении нормативного срока службы трубопроводов (33 года) имеются участки труб, практически не затронутые коррозией и другими механическими повреждениями, где не выявлено геодинамических зон (ГДЗ) [9]. Как видим, актуальность пристального внимания к геодинамическим факторам нарушения технического состояния и целостности газопроводов не вызывает сомнений.
В связи с этим представляется своевременным обсудить новые малоизученные в отрасли аспекты контроля таких процессов, являющихся, на наш взгляд, одной из первостепенных причин аварий на сухопутных участках газопроводов, расположенных в ГДЗ [9]. Основным негативным фактором считаются движения по разрывным нарушениям, которые в большом количестве пересекают магистральные нефтегазо-
Рис. 7. Район обследования газопровода на Камчатке (2012) Fig. 7. The survey area the gas pipeline in Kamchatka (2012)
проводы и носят возвратно-поступательный характер. Установлено, что при механическом нагружении на металл увеличиваются размеры уже имеющихся дефектов, а также зарождаются и развиваются трещины около других дефектов. Кроме того, ГДЗ, имея различную глубину заложения, обладают различной степенью интенсивности и концентрации газовыделений СО2, СН4, Н2, Н^, SO3, Н^, С1, влияющих на процесс коррозии (газохимическое воздействие) [8]. По данным инструментальных наблюдений установлено, что периодические горизонтальные перемещения земной поверхности в тектонических зонах достигают 70 мм и более. Это значит, что трубопровод в пределах геодинамической зоны испытывает растягивающие и сжимающие усилия, способные вызвать гофр на трубе или разорвать кольцевой шов (рис. 4). Кроме того, металл сварочных швов, являющихся концентраторами напряжений, стареет и под влиянием механодинамических процессов грунтового основания из-за усталости металла утрачивает первоначальную прочность. В то же время геохимический газово-эманационный метод, который является в определенных условиях отличным геодинамическим маркером, успешно апробирован нами как способ картирования геодинамических зон,при котором контролируют радиоактивные (торон Тп, радон Rn) и углекислые (СО2) газы, а также метан (СН4). На практике газово-эманационный метод служит для заверки радиоаномалий, повышая их репрезентативность и доверительную вероятность.
Отметим, что наблюдать во времени динамику геологических процессов на ЛЧ МГ можно с помощью многих геофи-
Рис. 8. Активный тектонический разлом на ПК - 217 км
Fig. 8. The active tectonic fracture on the picket 217 km
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 12 december 2016
97
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ
Технологическая схема магистрального газопровода УКПГ-2 Нижне-Квакчинского ГКМ - АГРС г. Петропавловска-Камчатского 0-392 км с ситуационным планом местности The technological scheme of the main gas pipeline UKPG-2 of Nizhnekvakchinskoe gas condensate field -AGDS of Petropavlovsk-Kamchatsky sity 0-392 km with situational plan of the area
Рис. 9. График ранжирования опасных участков ОГП по маршрутам
Fig. 9. Section ranking chart of dangerous geodynamic processes on the routes
Рис. 10. Потенциально опасные участки подработок на трассе МГ «Чусовой - Березники -Соликамск»
Fig. 10. Potentially dangerous sections on the Chusovoy - Berezniki - Solikamsk main gas pipeline
зических методов (сейсмо-, магнито-, электроразведка и др.) [7]. Но наиболее чувствительными и информативными являются радиоволновой [9, 10] и га-зово-эманационный методы (рис. б). Такой комплекс был использован при обследовании в 2012 г. газопровода на Камчатке (рис. 7) УКГП-2 Нижнеквак-чинского ГКМ-АГРС г. Петропавловска-Камчатского от камеры запуска (ПК-1,5 км) до перевала (ПК-268 км). При картировании потенциально опасных аварийных участков применен метод РПЗ для маршрутного варианта выявления и оконтуривания проблемных участков ЛЧ МГ с последующей заверкой их геохимическими способами. При этом,как видим, была отмечена практически 100%-я корреляция данных радиоволнового и геохимических методов [11].
На ПК 217 км этой трассы был выявлен весьма активный очень опасный тектонический разлом (рис. 8). По результатам комплексной диагностики грунтов околотрубного пространства построен план расположения ПОУ с ранжированием их по степени опасности в соответствии с вариантом «светофора» (аналогичный план для другого объекта представлен на рис. 10).
Рис. 11. Радиоволновое устройство
диагностирования грунтовых оснований
газопроводов и мониторинга воздушного
базирования (вариант)
Fig. 11. A radiowave device for diagnostics of
pipeline soil bases and monitoring of air basing
(version)
98
№ 12 декабрь 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
PIPELINES EXPLOITATION AND REPAIR
Второй пример, который также можно использовать при перераспределении (оптимизации) объемов финансирования ремонтных работ на ЛЧ МГ между ГТО с учетом фактического состояния [1] как газопроводов, так и грунтов, относится к результатам обследования подработанных участков на МГ «Чусовой - Березники - Соликамск». Комплексное обследование всей трассы позволило выявить несколько особо опасных участков (рис. 10), на которых могут внезапно появиться обширные провалы.
Располагая такими данными и прогнозом активизации ОГП, на наш взгляд, можно более корректно планировать очередность объемов ремонтных работ и приоритетный вывод в ремонт потенциально опасных участков. В данный момент нами разрабатывается вариант геомониторинга с установкой радиоволновых приборов на БПЛА (рис. 11). В случае успеха можно будет проводить прогнозный геомониторинг и в лесах, и в горах, на болотах, в других труднодоступных местах.
ВЫВОДЫ
1. Оптимизацию ремонтных работ и объемов финансирования, их первоочередное планирование необходимо проводить на основе достоверных данных диагностики не только состояния самого газопровода, но и грунтов околотрубного пространства.
2. Комплексное радиоволновое и га-зово-эманационное диагностирование грунтов околотрубного пространства дает возможность адресно направлять средства на восстановление целостности газопроводов.
References:
1. Filatov A.A., VaLiuLLin I.I. and the others. The Necessity To Improve Efficiency Of Repair Of LP MG Of Gazprom LLC Based On The Comprehensive Analysis Of Their Technical Condition. Gazovaya promyshLennost' = Gas Industry, 2015, No. 03 (719), P. 33-35. (In Russian)
2. Aksyutin O.E., ALimov S.V., Mitrokhin M.Y., KoLotovsky A.N., Zavgorodnev A.V., Astanin A.Yu., ZaderigoLova M.M. Radiowave System Of Monitoring Of Dangerous GeoLogicaL Processes On The PipeLine «v. Dzaurikau - TskhinvaL». Gazovaya promyshLennost' = Gas Industry, 2015, No. 3, P. 28-32. (In Russian)
3. The standard of the organization STO Gazprom 2-2.1-206-2008. The PipeLine Construction In Mountain Conditions. Moscow, PubLish and EditoriaL Centre of Gazprom, 2008, 83 pp. (In Russian)
4. The standard of the organization STO Gazprom 2-2.1-217-2008. MethodicaL Instructions Of The Production Organization And EcoLogicaL Monitoring Of Linear Part Of Main Gas PipeLines. Moscow, PubLish and EditoriaL Centre of Gazprom, 2008, 11 pp. (In Russian)
5. TechnicaL Requirements For Research Works And Monitoring With Using A Radiowave Method Of Dangerous GeoLogicaL Processes In The Linear Part Of PipeLines Of Gazprom PJSC. Moscow, Gazprom VNIIGAZ, 2001, 11 pp. (In Russian)
6. ZaderigoLova M.M. and others. The Safety Ensuring Of Gas Transportation In The Areas Of DeveLopment Of Dangerous GeoLogicaL Processes With The Use Of New Diagnosis TechnoLogies. Gazovaya promyshLennost' = Gas Industry, 2011, No. 10, P. 10-14. (In Russian)
7. SP-11-105-97. Engineering-GeoLogicaL Investigations For The Construction. (In Russian)
8. ZaderigoLova M. M. The providing of the geodynamic security of gas transmission systems of radio-wave methods. M.: Scientific worLd, 2009. 398 p.
9. RF patent № 2363965. A Method Of Monitoring Of LocaL Heterogeneities And Geodynamic Zones Of The Upper Part Of GeoLogicaL Section Of The Upper Part Of GeoLogicaL Section. Patent hoLder - M.M. ZaderigoLova. AppL. 17.07.2008; pubL. 10.08.2009, BuLL. No. 22. (In Russian)
10. RF patent № 2363964. A Device For Monitoring Of LocaL Heterogeneities And Geodynamic Zones Of The Upper Part Of GeoLogicaL Section Of The Upper Part Of GeoLogicaL Section. Patent hoLder - M.M. ZaderigoLova. AppL. 17.07.2008; pubL. 10.08.2009, BuLL. No. 22. (In Russian)
11. RF patent No. 123546. A Device For Monitoring Of LocaL Heterogeneities And Geodynamic Zones Of Corrosion Of The Upper Part Of GeoLogicaL Section. Patent hoLder - M.M. ZaderigoLova. PubL. 27.12.201, BuLL. No. 36. (In Russian)
12. Dmitrievsky A.N. An Innovative Development Of The OiL And Gas Industry. Burenie I neat' = DriLLing and OiL, 2012, No. 1, P. 3-12. (In Russian)
13. SeLyukov E.I. and the others. Short PracticaL Geodynamic Essays. Saint Petersburg, PubLishing house Piter, 2010, 176 pp. (In Russian)
Литература:
1. Филатов А.А., Велиюлин И.И. и др. Необходимость повышения эффективности капитального ремонта участков ЛЧ МГ ОАО «Газпром» на основе комплексного анализа их технического состояния // Газовая промышленность. 2015. № 03 (719). С. 33-35.
2. Аксютин О.Е., Алимов С.В., Митрохин М.Ю., Колотовский А.Н., Завгороднев А.В., Астанин А.Ю., Задериголова М.М. Радиоволновая система мониторинга опасных геологических процессов на газопроводе «с. Дзаурикау - г. Цхинвал» // Газовая промышленность. 2015. № 3. С. 28-32.
3. СТО Газпром 2-2.1-206-2008. Сооружение газопроводов в горных условиях. М.: ИРЦ «Газпром», 2008. 83 с.
4. СТО Газпром 2-2.1-217-2008. Методические указания по организации производственно-экологического мониторинга линейной части магистральных газопроводов. М.: ИРЦ «Газпром», 2008. 11 с.
5. Технические требования на проведение исследовательских работ и мониторинг радиоволновым методом опасных геологических процессов на ЛЧ газопроводов ОАО «Газпром». М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2001. 11 с.
6. Задериголова М.М. и др. Обеспечение надежности транспортировки газа на участках развития опасных геологических процессов с использованием новых технологий диагностики // Газовая промышленность. 2011. № 10. С. 10-14.
7. СП-11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства.
8. Задериголова М.М. Обеспечение геодинамической безопасности газотранспортных систем радиоволновыми методами. М.: Научный мир, 2009. 398 с.
9. Патент РФ № 2363965. Способ мониторинга локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР / М.М. Задериголова. Заявл. 17.07.2008; опубл. 10.08.2009. Бюл. № 22.
10. Патент РФ № 2363964. Устройство для мониторинга локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР / М.М. Задериголова. Заявл. 17.07.2008; опубл. 10.08.2009. Бюл. № 22.
11. Патент РФ № 123546. Устройство для мониторинга локальных неоднородностей геодинамических и коррозионных зон верхней части геологического разреза / М.М. Задериголова. Опубл. 27.12.201. Бюл. № 36.
12. Дмитриевский А.Н. Инновационное развитие нефтяной и газовой промышленности // Бурение и нефть. 2012. № 1. С. 3-12.
13. Селюков Е.И. и др. Краткие очерки практической геодинамики. СПб.: Изд-во «Питер», 2010. 176 с.
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 12 december 201б
99
