АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ПРОКЛАДКЕ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

Аннотация. Цель данной статьи заключается в рассмотрении технологий по прокладки нефтегазопроводов в многолетнемерзлых грунтах. В статье также приведены достоинства и недостатки различных способов прокладки трубопроводов, рассмотрены основные решения проблем, которые могут встретиться на пути строительства нефтегазопроводов в вечной мерзлоте.

Ключевые слова: грунт, мерзлота, нефтегазопровод, прочность, строительство, укладка, надежность.

В северной части России распространено такое явление, как многолетнемерзлый грунт. Прочность грунта зависит от содержания льда в ней и температуры: чем ниже будет температура, тем выше будут прочностные свойства. Распространение мерзлоты может быть как сплошным – глубина может составлять сотни метров от самой поверхности, так и прерывистым.

Грунт может прекрасно справляться с задачей надежного основания, но спустя несколько жарких сезонов из надежного основания превращается в болото. При прокладке нефтегазопроводов инженеры неизбежно сталкиваются с такой задачей: в подходящей среде, которая в мерзлом состоянии может обладать хорошими прочностными свойствами, возможна прокладка трубопровода, но если температура среды начнет расти, то всё превратится в болото [1, с. 16].

Следует учесть тот факт, что тепловым источником может быть и сам прокладываемый трубопровод, который и разрушит все прочностные свойства грунтов основания.

Для решения данной задачи, при выборе наиболее подходящего варианта трассы, необходимо проанализировать все технические возможности, а также в начале проектирования инженерам нужно понять, где условия залегания точно будут сохраняться в мерзлых грунтах, а где возможно нарушение [5].

Существуют два самых основных принципа прокладки нефтегазопровода в многолетнемерзлых грунтах.

Первый принцип включает в себя строительство с использованием грунтов оснований, находящихся в твердомерзлом состоянии. Данный принцип основывается на сохранении грунта в мерзлом состоянии и происходит это с помощью устройства вентилируемого подполья, с вентиляцией круглый год. Если температура грунта ниже -3, то можно применять подсыпку из вентилируемых крупнообломочных грунтов.

Вторым принципом является использование грунтов оснований в еще оттаивающем или уже оттаявшем состоянии. Данный принцип можно применить если залегание скальных грунтов является неглубоким и в районах, где распространение мерзлых грунтов прерывистое [3].

Укладка трубопровода возможна не только под землей, но и над поверхностью земли на специальных опорах, путем создания грунтовой подушки. Также стоит отметить, что один и тот же нефтегазопровод может иметь несколько способов прокладки на разных участках [4, с. 2].

Трубопроводы, построенные на опорах, подвергаются температурным перепадам, поэтому повышают требования к качеству стали, из который будут изготавливать сам трубопровод. В нередких случаях требуется применять особые типы опор, которые запасают холод зимой и сохраняют мерзлоту в летний период, иначе они называются сезонными охлаждающими устройствами. Один из примеров использования таких опор – российский магистральный нефтепровод «Заполярье-Пурпе» [5].

Рисунок 1. Заполярье — Пурпе — российский магистральный нефтепровод

Существует три вида прокладки трубопровода: наземная прокладка, подземная и надземная.

Подземная прокладка трубопровода имеет намного больше достоинств, чем другие виды. Одним из главных преимуществ является то, что при строительстве подземным способом не загромождается территория и можно достичь максимального благоустройства. Также стоит отметить, что вокруг самого трубопровода образуется участок незамерзающей породы – талик. Он действует как аккумулятор тепла для трубопровода и защищает от замерзания жидкости в нем.

В практике строительства искусственных оснований под трубопроводы уже существует ряд типов, которые можно устанавливать в условиях многолетнемерзлого грунта.  Подземные эстакады, свайные опоры, продольно лежневые опоры – это всё относится к сложным и дорогостоящим конструкциям. Наиболее выгодным типом оснований является грунтовое, так как есть возможность заменить местный грунт в основании.

Наземная прокладка трубопроводов осуществляется в дали от застройки населенных пунктов и встречается реже, чем надземная. Такой вид прокладки возможен только там, где местность имеет естественный уклон. Наземная прокладка обладает рядом преимуществ: наименьшая стоимость строительства, простота эксплуатации и ремонт, минимальное тепловое воздействие на мерзлый грунт и самое главное – возможность быстро ликвидировать аварии [2].

Но помимо ряда преимуществ, данный вид имеет недостатки. Одним из главных недостатков – загромождение территории, а также сложная конструкция при пересечении с поездами, необходимость в теплоизоляции, так как наземная прокладка обладает повышенной теплопотерей.

В случае высокого уровня грунтовых вод и отсутствия материалов теплоизоляции, применяется следующий тип прокладки – это прокладка в земляных насыпях - валиках. Данный тип следует предусматривать, если применение надземного типа нецелесообразно и это экономически не выгодно.

Рисунок 2. Прокладка трубопровода в земляном валике

Данный тип прокладки трубопроводов имеет ряд преимуществ, а именно: простота в эксплуатации и минимальные затраты при ремонте, наличие участка незамерзающей породы вокруг трубопровода и отсутствие теплоизоляции [2].

Но несмотря на все преимущества, есть и существенные недостатки: в первую очередь - загромождение местности. Вторым недостатком является то, что для отвода воды с поверхности трубопровода, необходимо воспользоваться дополнительными устройствами.

В заключении стоит отметить, что при выборе типа прокладки нефтегазопроводов, необходимо учитывать возможные нарушения с изменением температурного режима и способность к просадке мерзлого грунта при оттаивании слоя.

В связи с тем, что вокруг трубы могут образовываться огромные ореолы оттаивания и тающий лёд в грунте, может привести к обводненности трубы, подземный способ прокладки нефтегазопровода становится опасным при перепадах температур. Исходя из этого, в вечномерзлых грунтах чаще всего используют надземную прокладку трубопровода.