УДК 551.481.2(012) © С.М. Соколов, 2008
Разработка классификации торфяных оснований для оптимизации процесса прокладки промысловых трубопроводов
С.М. Соколов (ОАО «Гипротюменнефтегаз»)
В условиях сплошной заболоченности территории и разнородности торфяных грунтов нефтегазовых месторождений возникает необходимость разработки комплекса новых технологических решений по прокладке промысловых трубопроводов.
В настоящее время принята классификация торфяных оснований по проходимости строительной техники, предложенная «Гипроспецгазом» и Ленинградским гидрологическим институтом, согласно которой болота подразделяются на три класса по удельному давлению строительной техники на грунт. Однако эта классификация торфяных оснований не позволяет оптимизировать процесс прокладки трубопроводов относительно несущей способности грунта. При данной классификации болот по методике, разработанной Гипроспецгазом, тип болота определяется путем сравнения микроландшафта с эталонными фотографиями как при дешифровке материалов аэрофотосъемки, так и в процессе изысканий и строительства [1, 2]. Болота Среднего Приобья, где проектируется и строится большинство промысловых трубопроводов Западной Сибири, представлены в основном микроландшафтами комплексного типа: грядово-озерковым и грядово-моча-жинно-озерковым. Согласно принятой классификации болота по проходимости относятся к III типу и торф на них не может использоваться как основание под трубопровод. В связи с этим возникает необходимость прокладки трубопровода по минеральному дну, что затруднено на болотах большой глубины или требует применения специальных конструктивных решений (прокладка в виде провисающей нити, на поплавках и др.) [2, 3].
В условиях Среднего Приобья основной объем работ по строительству трубопроводов на болотах выполняется в зимнее время. Такой классификационный признак, как допускаемое удельное давление [2], не позволяет установить возможность использования торфа в качестве основания под трубопровод, поскольку отсутствуют надежные методики расчета оса док тру бо про во да и воз ни каю щих при этом до пол ни тель -ных напряжений изгиба. В результате анализа строительства в районах Среднего Приобья, выполненного автором данной статьи, показано, что в болотном комплексе необходимо более тщательно выделять участки различной протяженности, относящиеся к определенному типу болот. Например, в грядо-во-мочажинно-озерковом комплексе можно выделить участки
Peat bottoms classification development for optimization of field pipeline laying process
S^. Sokolov (Giprotyumenneftegaz OAO)
The experimental works, allowing to develop and specify the peat bottoms classification, offered earlier, are carried out. The peat deposit operation under cylindrical stamps and pipelines is studied. Constructive decisions on pipelines laying at peatbogs are presented.
I, II и III типов по проходимости [4]. При этом необходимо учитывать ранее изложенную классификацию, которая характеризует только болота, заполненные торфом до минерального дна, и не может использоваться для болот со сложным стратиграфическим строением залежи по глубине [2].
Экспериментальные работы, выполненные автором, дают возможность развить и уточнить предложенную ранее классификацию торфяных оснований для прокладки трубопроводов. В основу их классификации положена возможность использования торфа как естественного основания под трубопроводы различных диаметров с учетом стратиграфических особенностей строения залежи и определена надежность работы такого основания в процессе эксплуатации. Автором также изучена работа торфяной залежи под цилиндрическими штампами и трубопроводами. Результаты опытов показали, что при известных эксплуатационных нагрузках глубина активной зоны под трубой не превышает двух наружных диаметров [5]. Это позволило уточнить границы применения методов прокладки трубопроводов на болотах при сложном стратиграфическом строении залежи по глубине с определением минимальных толщин торфяных пластов с необходимыми физико-механическими характеристиками.
В формулу расчета осадки торфяной залежи под трубопроводом S входит модуль общей деформации основания Е0, характеризующий механические свойства торфяного грунта. Поэтому основой классификации должно быть численное значение модуля общей деформации [6]
Оц^б-Цо)
Г —-Ь-{— ,
(1)
где шц - коэффициент, учитывающий цилиндрическую форму опорной поверхности; - коэффициент поперечного расширения торфа; q - погонная нагрузка на трубопровод.
В связи с тем, что определение модуля общей деформации методом постановки штампов при изысканиях очень трудоемкий и длительный процесс, а для аналитического метода по влажности, объемному и удельному весу требуется отбор образцов, на практике наиболее удобна классификация основания по сопротивляемости торфа сдвигу т. Между предельным сопротивлением сдвигу и характеристиками деформативности (модулем деформации, модулем осадки, коэффициентом сжимаемости) существует корреляционная связь. Поэтому показатель сопротивления сдвигу, определяемый в полевых условиях (по методике Л.С. Амаряна), является достаточной характеристикой для классификации торфяных оснований [7]. При определении полевыми методами значений т среднее квадратичное отклонение о = 0,0015 ± 0,002 МПа, коэффициент вариации V колеблется в пределах 11-18 %, погрешность средней арифметической величины от не превышает 0,0004 МПа.
Про ве ден ные ав то ром ком плекс ные ис сле до ва ния тор фя -ных грунтов болот Среднего Приобья показали, что граничные усло вия, до ко то рых торф мож но ис поль зо вать как ос но -вание под трубопровод, характеризуются модулем общей деформации Е0 (не менее 0,008 МПа) и сопротивлением сдвигу т (не менее 0,004 МПа). Сопротивление сдвигу т определяется послойно как средневзвешенное значение. В пределах активной зоны под трубопроводом прочностные характеристики залежи не должны быть меньше указанных значений.
Прочностные характеристики болот Среднего Приобья по мик ро ланд шаф там, пред став лен ные в табл. 1, опре де ле ны Ле -нинградским гидрологическим институтом. На основании этих данных автором проведена статистическая обработка прочностных деформативных характеристик торфов Среднего Приобья плоскими штампами и сдвигомерами в полевых условиях. Установлено, что результаты сдвиговых испытаний могут непосредственно использоваться при вычислении модуля общей деформации по эмпирической зависимости вида Е0=кт, (2)
где к - коэффициент пропорциональности. Модуль общей деформации Е0 определяют по экспериментально полученной зависимости ^0=2,57т (3)
С использованием данных табл. 1 и формул (1), (2) можно по материалам аэрофотосъемки предварительно установить модуль общей деформации и оценить напряжения, которые могут появиться в трубопроводе при его осадке. Из табл. 1 видно, что гря-дово-мочажинный комплекс имеет незначительный интервал изменения сопротивления сдвигу и зондированию.
В настоящее время о слоистости залежи можно судить только при использовании полевых методов определения ее плотности, поэтому необходима количественная оценка значений т при изысканиях на сложных участках трассы. Исследования показали, что напряжения, возникающие в трубопроводах при осадке на торфах с модулем общей деформации Е0>0,04 МПа, незначительны и эксплуатационные условия работы трубопровода на таких торфах такие же, как на минеральных грунтах. В результате обобщения полученных данных предлагаемая классификация торфяных грунтов, исходя из условий прокладки трубопроводов, может быть представлена следующим образом (табл. 2).
Таблица 1
Тип микроландшафта Сопротивление сдвигу т, МПа Сопротивление зондированию Rз, МПа
Сфагново-кустарничково-сосновый 0,014-0,027 0,5-0,16
Сфагново-сосново-кустарничковый 0,010-0,027 0,93-0,135
Сфагново-кустарничковый (облесенный сосной) 0,014-0,018 0,63-0,113
Грядово-озерковый (комплекс-гряда) 0,013-0,019 0,82-0,131
Грядово-мочажинный комплекс: гряда 0,008-0,015 0,35-0,138
мочажина 0,004-0,014 0,38-0,114
Таблица 2
Тип торфяного Основные механические показатели
основания по Категория торфяного грунта
условиям участка Характеристика условий прокладки Модуль общей Предельное
прокладки трубопровода деформации Е0, сопротивление т,
трубопровода МПа МПа
А IV Болота, полностью заполненные плотным торфом до минерального дна. Торфяной грунт является надежным основанием для трубопровода Более 0,04 Более 0,01
Б III Болота, целиком заполненные торфом устойчивой консистенции до минерального дна. Болота с водными прослойками и толщиной торфяных пластов между ними более двух диаметров трубопровода. Торф можно использовать как несущее основание для трубопровода. 0,008-0,04 0,004-0,01
В II Болота, заполненные до минерального дна хорошо разложившимся торфом или водой с органическими остатками. Болота с водными прослойками и толщиной торфа между ними менее двух диаметров трубопровода. Торф нельзя использовать как основание для трубопровода. Менее 0,008 Менее 0,004
Инженерно-геологический разрез болотного комплекса с аэрофотоснимком и типом несущего основания
Классификация торфяных оснований по условиям прокладки трубопроводов основана на рассмотрении отдельных частей болота. Это позволяет объективно оценивать торфяную залежь по всей длине трассы трубопровода, выбирать обоснованное направление трассы и назначать рациональные конструктивные схемы прокладки.
Болотный комплекс, инженерно-геологический разрез которого приведен на рисунке, по проходимости строительной техники относится к III типу. Из иженерно-геологического разреза видно, что для прокладки трубопровода на определенной глубине необходима разработка плотных слоев несущего торфяного основания. Автором предложены наиболее рациональные конструктивные решения по прокладке трубопроводов на болотах типов А, Б и В для райо-
нов Среднего Приобья (табл. 3). Подземная прокладка на минеральное дно применяется на болотах типов А и Б при глубине Лб<0н+1 м и на болотах типа В при глубине до 3 м. Надземная прокладка используется в отдельных случаях на участ-
Таблица 3
Тип участка бо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.