Geum.ru

Определение напряженно-деформированного состояния подземных магистральных нефтепроводов на основе электрометрических измерений

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ


Денисов Д.А.

(научный руководитель профессор Земенков Ю.Д.)

Тюменский государственный нефтегазовый университет


Значимость задачи оценки реального технического состояния и контроля напряженно деформированного состояния (НДС) трубопроводов привела к разработке многочисленных методов и средств диагностики (ультразвуковые; рентгеновские; капиллярные; методы магнитной памяти металла и др. Однако, традиционные методы неразрушающего контроля подземных трубопроводов не позволяют прогнозировать внезапное проявление усталостных повреждений, а сориентированы на поиск уже развитых дефектов и требуют существенных затрат материальных и трудовых ресурсов. Таким образом, разработка новых методов и систем комплексной оценки технического состояния подземных магистральных нефтепроводов является актуальной задачей.

В ходе исследования основными задачами явились: определение стационарного потенциала стали от напряжений возникающих в теле трубопроводов, а также разработка методики определения зон концентрации механических напряжений подземных трубопроводов на основе полученных зависимостей.

В результате работы были установлены зависимости стационарного потенциала стали от возникающих напряжений в теле трубопроводов при их подземном перемещении.

Проведенный в работе анализ причин возникновения отказов говорит о многофакторных механизмах накопления повреждений. Действие каждого фактора (свойства транспортируемых нефтепродуктов, особенности конструкций трубопроводов, рельеф местности, режимы эксплуатации трубопроводов, коррозионная активность грунтов и т.д.) усиливается при наличии других.

С целью определения местоположения зон концентрации напряжений, в подземных нефтепроводах и их количественной оценки в ТюмГНГУ на основе результатов электрометрических измерений проведены лабораторные, натурные и теоретические исследования на участке 134-264 км действующего нефтепровода Холмогоры – Западный Сургут (ХЗС).

Магистральный нефтепровод ХЗС построен в период 1975-1976 года и введен в эксплуатацию 1976 году. Исследуемый нефтепровод сооружен из сталей марок 17Г2СФ и 17Г1С с процентным соотношением от общей протяженности 45,6 и 49,8 соответственно.

При проведении исследований с использованием программного комплекса и приборов германской фирмы «Weiklekes elektronik», много-функционального измерительного прибора «MoData-2», и обработке полученных данных на ПК с помощью программы IntMess 3.0, было произведено более 13000 измерений стационарного потенциала стали по длине исследуемого участка с шагом измерений 10м (см. рис. 1.).




Рис. 1. Изменение стационарного потенциала по длине участка 134-264 нефтепровода ХЗС


По результатам проведенных измерений (в качестве нормальных) были приняты значения стационарного потенциала Ест для вышеуказанных сталей и грунтовых условий в диапазоне от -0,75 В до -0,60 В.

На графиках распределения стационарных потенциалов Ест (а, б. рис.1.) сплошной линией выделены повышенные значения потенциалов (более -0,6В), а также указано их позиционирование.

При помощи GPS навигатора и локатора (трассаискателя) серии RD4000 был проведен анализ всего исследуемого нефтепровода, выявлены места с отклонением трубопровода от проектного положения. Обработка полученных данных программным комплексом «ANSYS» (методом конечных элементов) позволила выделить наиболее опасные участки с повышенными значениями напряжений в теле трубопровода (рис. 2.). На рис.2 выносками показаны участки нефтепровода, где зафиксированы значения напряжений σ выше 70 МПа.




Рис. 2. Участки нефтепровода ХЗС с повышенными напряжениями


Сопоставляя такие показатели как изменения НДС и распределение потенциалов, выявлено, что при повышении напряжений σ в теле трубопровода, повышаются и значения стационарного потенциала стали Ест.

Статистическая обработка полученных данных впервые позволила получить зависимости стационарного потенциала стали Ест от напряжений σ возникающих в теле труб.

Графические зависимости для сталей марки 17Г1С и 17Г2СФ представлены на рис. 3, 4 соответственно.




Рис. 3. Зависимость стационарного потенциала от напряжений, возникающих в теле трубы (сталь марки 17Г1С)



Рис.4. Зависимость стационарного потенциала от напряжений, возникающих в теле трубы (сталь марки 17Г2СФ)


Полученные графические зависимости, описываются уравнениями логарифмического вида.

Для стали марки 17Г1С:

(1)

где Ест- стационарный потенциал стали, В;

δ- напряжение, МПа;

R2- коэффициент корреляции.


Для стали марки 17Г2СФ:

(2)

Следует отметить высокое значение коэффициента корреляции, которое составляет 0,871 для исследованных сталей.

Принимая во внимание схожие физические и электрохимические свойства сталей 17Г1С и 17Г2СФ, получена их обобщенная аналитическая зависимость:

(3)

Полученная зависимость позволит оценивать изменения НДС подземных трубопроводов по результатам электрометрических измерений с точностью достаточной для инженерных расчетов без проведения земляных работ, а также трудоемких подготовительных операций.

Разрабатываемые методики позволят повысить эффективность регулирования защитных токов СКЗ с учетом ЗКМН при эксплуатации подземных нефтепроводов.

Система оценки остаточного ресурса и выборочного ремонта может быть использована при разработке нормативных документов по определению уровня надежности нефтепроводов.