CC BY
0НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 520.8.001.5:622.692.4 (282.251.53)
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПРИБОРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ В СРЕДНЕМ ТЕЧЕНИИ РЕКИ ЛЕНА
Антонов А.А.
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН,
Россия, 677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1
Корнилова З.Г.
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН,
Россия, 677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1
Аммосов Г.С.
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН,
Россия, 677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, д. 1
FEATURES OF INSTRUMENTAL INVESTIGATION OF UNDERWATER PIPELINE CROSSINGS IN THE MIDDLE COURSE OF THE RIVER LENA
A.A. Antonov, Z.G. Kornilova, G.S. Ammosov DOI: 10.31618/NAS.2413-5291.2023.1.92.769
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены применяемые нами приборные методы обследования и их особенности для подводных переходов трубопроводов (ППТ), расположенных в среднем течении реки Лена.
Дана краткая характеристика природно-климатических, гидрологических и гидроморфологических особенностей среднего течения реки Лена и методов прокладки через нее подводных переходов трубопроводов.
В статье приведены инструментальные методы обследования для определения фактического планово-высотного положения (ПВП) трубопровода. Показано, что имеется достаточный комплекс оборудования, позволяющий производить плановый, а также оперативный мониторинг состояния ППТ, практически круглогодично, несмотря на неблагоприятные климатические условия и большую протяженность некоторых ППТ в условиях Центральной Якутии.
ABSTRACT
The article discusses the instrumental inspection methods and their features for underwater pipeline crossings (UPC) located in the middle course of the Lena River.
The natural-climatic, hydrological, and hydromorphological features of the middle course of the Lena River and the methods of laying underwater pipeline crossings are also briefly described.
The article presents instrumental survey methods for determining the actual planned-high-altitude position (PHAP) of the pipeline. It has been shown that there is a practical set of equipment that allows planned and operational monitoring of the state of the underwater crossing almost all year round, despite the unfavorable climatic conditions and the large extent of some pipelines in Central Yakutia.
Ключевые слова: газопровод, подводный переход, трассоискатель, георадар, гидролокатор, трубопровод, дюкер.
Keywords: gas pipeline, underwater crossing, route finder, ground penetrating radar, sonar, pipeline, siphon.
Введение
Бассейн реки Лена имеет вытянутую форму: наибольшая протяженность с юга на север - 2400 километров, с запада на восток - почти 2000 километров. Правобережная часть бассейна в полтора раза больше левобережной. Площадь бассейнов главных притоков - Витима, Олекмы, Алдана и Вилюя - составляет 65 процентов от всей площади водосбора Лены.
Общая площадь бассейна р. Лена составляет 2490 тыс. км2, средний годовой расход воды --16200 м3/сек, средний годовой сток воды —511 км3, средний годовой слой стока воды —206 мм [1].
Климат Ленского бассейна резко континентальный. Зима продолжительная (6-7
месяцев), суровая и малоснежная. Морозы, например, в долине Средней Лены, достигают -64°С. Средние температуры самого холодного месяца (января) колеблются от -32° до -45°С. Лето короткое (до 3 месяцев), относительно теплое. Средние температуры самого теплого месяца (июля) колеблются от 4°С на Крайнем Севере до 19°С в долине Средней Лены. Абсолютные температуры в июле достигают +32°, +38°С. Таким образом, годовая амплитуда между самой низкой (минимальной) и самой высокой (максимальной) равна 102°С [2].
В период весеннего половодья на р. Лена наблюдаются наивысшие (максимальные) уровни и расходы воды, являющиеся в большинстве случаев высшими годовыми.
Все существующие подводные переходы трубопроводов, далее 1111Т, в среднем течении реки Лена возведены открытым способом с укладкой в подводную траншею (рис. 1).
Прокладка переходов через водные преграды этим традиционным способом связана с разработкой значительных объемов грунта, зависит от природно-климатических условий и требует дополнительных материалов на балластировку трубы, что приводит к значительному удорожанию
строительства [3-7]. В процессе эксплуатации имеет место явление размыва трубопровода в траншее и его провис. Это приводит к возникновению напряжений в стенке трубы, уровень которых возрастает при увеличении длины размытого участка. Кроме статических напряжений, от провиса возникают динамические напряжения, вызванные колебаниями размытого участка в водном потоке.
а)
б)
Рис. 1. а - Траншея на береговых участках ППТ через р. Лена, б - плети для ППТ с пригрузами
Процессы строительства и эксплуатации ППТ на территории РС (Я) зависят от природно-климатических, гидрологических,
гидроморфологических факторов Северных рек, при этом они построены и сданы в эксплуатацию преимущественно в однониточном варианте.
Следовательно, обеспечение
эксплуатационной прочности, надежности и экологической безопасности ППТ является первостепенной задачей, так как в случае возникновения аварийных разливов по трассе и дюкеру транспортируемый поток непосредственно попадает в основную речную систему р. Лена и ее притоки. Вероятность возникновения таких ситуаций достаточно высока [8].
Материалы и методы исследования Одним из этапов технической диагностики, необходимой для безаварийной работы ППМГ, является определение планово-высотного положения ППТ, на основании которого делается оценка напряженно-деформированного состояния его элементов, а также принимается решение о необходимости ремонта.
Для получения наиболее полной информации о фактическом планово-высотном положении трубопровода ППТ нами применяются следующие инструментальные методы обследования:
- профильное зондирование посредством георадара серии «ОКО-2» с антенным блоком АБ-150 с рабочей частотой 150 МГц или с антенным блоком АБДЛ «Тритон» с рабочей частотой 100 МГц. Максимальная глубина зондирования составляет 12 м, разрешающая способность - 0,35 м;
- для обследовании дна реки в районе ППТ применяется комплекс ГБО «Гидра 500Э» со следующими характеристиками: средняя частота -500 кГц, разрешение - не менее 0,94 см, максимальная наклонная дальность - не менее 60 м, рабочая глубина - до 20 м со встроенным эхолотом;
- определение собственно планово-высотного положения пойменной части трубопровода ППТ производится трассоискателем «КЭ-8000» [9-10].
Профильное зондирование производится на месте подводных переходов трубопроводов (ППТ) с помощью георадара серии «ОКО-2» с негерметичным антенным блоком АБ-150 с рабочей частотой 150 МГц, размещенным в лодке (рис. 2, а), либо с помощью антенного блока АБДЛ «Тритон», имеющего герметичное исполнение и возможность работать под водой.
На вР8-приемнике записываются координаты начала и конца профиля, таким образом, все профили имеют привязку с вР8-приемником. Координаты, полученные при работе, исчисляются по балтийской системе.
Для задач, требующих максимального качества отображения, информации или зондирования на большие глубины количество точек по глубине составляет 511, накопление устанавливается 32, что позволяет выявлять более слабые сигналы и улучшает качество изображения, но при этом замедляется темп зондирования. Величина диэлектрической проницаемости е при обследованиях на пресных водоемах принимается постоянной. В режиме записи профиля «непрерывный», запись трасс в профиль происходит по мере их поступления через равные
интервалы времени. Поэтому перемещали георадар располагающиеся поперек ППТ, снимаются через
максимально равномерно, чтобы на профиле не каждые 50-100 м, их длина составляет обычно
появлялись участки сжатия или растяжения. ~300-400 м. Съемка проводится площадная. Профили,
Рис. 2. а -георадар «ОКО-2» с блоком АБ-150, б -ГБО в рабочем положении, зондирование дна, в -трассоискатель «ЯБ-8000», г - общий вид на две нитки ППТ через р. Лена, ноябрь 2022 года
В период ледостава и зимой профильное зондирование подводных участков ППТ может проводиться непосредственно по поверхности льда путем протаскивания антенных блоков на салазках, либо с лодки в естественных или искусственных полыньях, а также в случае с АБДЛ «Тритон» под водой.
Также для обследования дна, и в частности обнаружения оголенных участков ППТ, применяется установленный на лодку гидролокатор бокового обзора ГБО «Гидра-500Э». Для обследований дна акваторий антенны поворачиваются на 180° и опускаются в воду на фиксированную глубину 30 см (рис. 2, б). В результате посылок зондирующих сигналов и приема, отраженных от дна эхо-сигналов, на экране монитора (переносной ПК) комплекса формируется акустическое изображение (фотография) дна в виде двух полос вдоль хода движения судна (одна - для левого борта, другая для правого), а также показания эхолота.
Гидролокатор, по понятным причинам, применяется исключительно в период открытой воды.
Для установления планово-высотного положения двух ниток на пойменном участке ППТ нами применяется трассоискатель «КЭ-8000» (рис. 2, в). Трассоискателем находится положение оси трубопровода для установки контрольной точки. Контрольная точка на местности закрепляется штатной рейкой и нумеруется. После закрепления всех контрольных точек на участке трассоискатель устанавливается в контрольных точках поочередно и производится замер глубины залегания оси трубопровода. На каждой контрольной точке измерение глубины производится не менее трех раз.
Для определения планово-высотного положения контрольных точек используется электронный тахеометр. На одном из долговременных опорных пунктов устанавливается тахеометр, который центрируется, нивелируется и ориентируется на смежный временный опорный
пункт. Для учета высоты тахеометра рулеткой замеряется высота прибора до центра пункта. Точность центрирования прибора в плане над центром репера - 1 мм.
Для контроля точности выполняемых трассоискателем измерений вычисляется разница с фактической глубиной залегания оси трубопровода, полученной при помощи щупа в произвольных 2-3 контрольных точках на обследуемом участке.
Трассоискатель применяется практически круглогодично - в весенне-осенний период на пересохших протоках и по льду, в летний - на островных и береговых участках трубопровода ППТ.
С недавних пор беспилотные летательные аппараты (БПЛА) активно применяются на объектах в сфере транспортировки нефти и газа и на практике доказали свою эффективность. Мы используем БПЛА «DЛPhantom 4» для визуального контроля трассы трубопровода и прилегающей к нему зоны (рис. 2, д). Применение БПЛА позволяет решить широкий спектр задач, в том числе таких как: поиск утечек на всём протяжении трубопровода; предотвращение нештатных ситуаций и экологических последствий; оценка технического состояния существующей системы; создание карты местности, по которой проложен трубопровод и др. Что немаловажно в наших климатических и инфраструктурных условиях, БПЛА позволяет осуществлять визуальный контроль во время паводка, когда доступ к местности практически невозможен.
Впоследствии анализируя вегетационный индекс при помощи регулярных осмотров БПЛА, возможно будет определить отдельные проблемные районы на трассе газопровода. Регулярное получение карты трубопровода с воздуха и сравнение растительности по пути прохождения трубопровода могут помочь увидеть аварийное состояние или утечку загрязняющих веществ заранее.
Заключение
1. Таким образом, у нас имеется достаточный комплекс оборудования,
позволяющий нам производить плановый, а также оперативный мониторинг состояния ППТ практически круглогодично, несмотря на неблагоприятные климатические условия и большую протяженность некоторых ППТ в условиях Центральной Якутии. Комплексное инструментальное обследование состояния ППТ при помощи георадара «ОКО-2» и гидролокатора бокового обзора ГБО «Гидра-500Э» позволяет нам обнаруживать оголенности дюкера, а также определять высоту его провисания. При помощи трассоискателя «RD-8000» и тахеометра определяется планово-высотное положение ППТ в пойменной части и контролируется его изменение с течением времени. В процессе отработки -применение БПЛА для оценки технического состояния трубопроводов с учетом наших конкретных задач.
Список литературы
1. Антонов В.С. Устьевая область реки Лены (гидрологический очерк). - Л.: Гидрологическое изд-во. 1967. 107 с.
2. Мостахов С.Е. Река Лена. - Якутск. Якутское книжное издательство. 1972. 142 с.
3. Сапсай А.Н., Шарафутдинов З.З., Шаталов Д.А., Вафин Д.Р. Выбор метода строительства подводных переходов магистральных трубопроводов // Нефтяное хозяйство -2017. - № 11. - С.143-148
4. А.П. Аммосов, А.А. Антонов, К.В. Солдатов, Ю.А. Яковлев. Технология сварки труб дюкера ППМН через р. Лена // Сварочное производство. № 6. 2019. С. 26-33
5. A.A. Antonov, Yu.A. Yakovlev, G.S. Ammosov, Z.G. Kornilova. Investigation of the welded joints of siphon pipes of the underwater crossing of espo-1 main oil pipeline across the river Lena. IX Евразийский Симпозиум по проблемам прочности и ресурса в условиях низких климатических температур «EURASTRENCOLD-2020». Якутск, 14-17 сентября 2020 г.
6. Аммосов А.П., Ю.А. Яковлев, Г.Ю. Ильин. Зимняя прокладка дюкера ППМН ТС ВСТО-1 через р. Лена и его положение // Труды VI Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. - Якутск, 2013. - Секция 3. - С. 47-54.
7. Аммосов А.П., З.Г. Корнилова. О строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов: аналитический обзор / ответственный редактор Н.П. Старостин; Российская академия наук, Сибирское отделение, Институт физико-технических проблем Севера. -Якутск: [б. и.], 2008. - 57 с. - Библиогр.: с. 50-51 (31 назв.). - ISBN 978-5-7513-0995-4.
8. Лебедев М.П., Быков А.Н., Аммосов А.П., Пермяков П.П., Аммосова О.А., Иванов Дж.С. Оценка деформации трубы ППМН ВСТО через р. Лена и возможности ее разрыва / Матер. Всеросс. науч.-практич. конф. «Сварка и безопасность». Том 1. - Якутск: Офсет, 2012. - С. 49-61
9. A.A.Antonov, Yu.A.Yakovlev, Z.G.Kornilova, A.L.Tereshkin. Monitoring of spatial position of the underwater crossing of MGL across the Lena river by instrumental methods / Procedia Structural Integrity / Volume 30, 2020, Pages 11-16. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.12.003
10. Метод профильного зондирования при обследовании пространственного положения ППМГ через р. Лена / А. А. Антонов, Д. С. Иванов, Ю. А. Яковлев [и др.] // Труды IX Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях низких климатических температур, посвященный 50-летию образования ИФТПС СО РАН: Сборник трудов, Якутск, 14-17 сентября 2020 года / Ученый совет ИФТПС СО РАН. - Якутск: Дани-Алмас, 2020. - С. 11-16. ISBN 978-5-91441-3016.
