CC BY
61
УДК 550.374+551.345:537 (571)
Л.Н. Попов, В.Н. Захаренко, Ю.К. Краковецкий, В.П. Парначев, НМ. Одинцов
ВЛИЯНИЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ВЫБОР ТРАСС ПРОКЛАДКИ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ НА ТЕРРИТОРИИ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Выбор трасс прокладки нефтегазопроводов и проектирование строительства предусматривает проведение опережающих гео-лого-геофизических исследований, в том числе электроразведочных работ. Это обусловлено высокой коррозионной агрессивностью окружающей среды, зависящей от электрических свойств грунтов и влияющей на условия эксплуатации и сроки службы подземных металлических сооружений. В первую очередь это необходимо для выбора трасс в слабо изученных и неизученных районах Сибири и Дальнего Востока, характеризующихся сложными природными условиями, в том числе наличием толщ многолетнемерзлых пород. В настоящее время электроразведочные работы на проектируемых трассах выполняются методами «тяжелой» и высокозатратной геофизики - вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и др. Для проведения таких работ авторами предлагается использовать менее затратный и более эффективный метод радиоэлектромагнитного зондирования (РЭМЗ).
Ключевые слова: нефтегазопроводы; коррозионная агрессивность; радиоэлектромагнитное зондирование; удельное электрическое сопротивление грунта; Сибирь; Дальний Восток.
Подземные металлические трубопроводы являются одной из самых капиталоемких отраслей экономики. От их нормального, бесперебойного функционирования зависит жизнеобеспеченность городов и населенных пунктов, промышленных предприятий РФ, а также развитие экспорта нефти, газа и продуктов их переработки в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.
Выбор трасс прокладки нефтегазопроводов и проектирование строительства предусматривают проведение опережающих геолого-геофизических исследований. В первую очередь это необходимо для выбора трасс нефтегазопроводов в неизученных районах Севера и Сибири, характеризующихся сложными природными условиями [1].
Наибольшее влияние на условия эксплуатации и срок службы подземных металлических сооружений оказывает коррозионная агрессивность окружающей среды [2]. Степень коррозийности зависит от электрических свойств земной поверхности (удельного сопротивления грунтов) и предельно высока при малых удельных электрических сопротивлениях.
При проектировании трасс нефтегазопроводов обязательным требованием является проведение электроразве-дочных работ на проектируемой трассе. В настоящее время электроразведочные работы на трассах проектируемых нефтепроводов выполняются методами «тяжелой» геофизики - методами вертикального электрического зондирования, электропрофилирования, естественных электрических потенциалов. Указанные методы трудоемки, имеют низкое быстродействие, малое пространственное разрешение и т.д. Кроме того, известные методы весьма затратны в финансовом плане, требуют тяжелой техники для перевозки аппаратуры, на проведение работ затрачивается много времени и людских ресурсов. Трудоемкость таких работ обусловливает слабую изученность территории Сибири, Северо-Востока и Дальнего Востока. Согласно данным института ВНИИ геофизики заснятость электроразведочными методами (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, МТЗ, ЭП, МТП, ПЧЗ, МПП и др.) составляет только 10%, в то же время основная площадь (90%) представляет с геофизической точки зрения «белое пятно» [3].
Общепринято считать, что электрическое сопротивление многолетнемерзлых грунтов превышает значения п х 103 Ом/м и, соответственно, такие грунты имеют низкую коррозионную агрессивность. Нами установлено, что в районах развития многолетней мерзлоты электрическое сопротивление грунтов, даже на относительно небольшой
площади (2^2 км), изменяется от пх 101 до пх 106 Ом/м, что существенно меняет представления о степени коррозионной агрессивности многолетнемерзлых грунтов [4].
В данной работе для проведения электроразведочных работ на проектируемых трассах нефтегазопроводов предлагается использовать метод радиоэлектро-магнитного зондирования. Метод основан на измерении модуля горизонтальных составляющих напряженности электрического и магнитного полей радиостанции, а также разности фаз между указанными составляющими. Измерения ведутся прибором, имеющим электрическую и рамочную (магнитную) антенны [5]. Прибор регистрирует отношение сигналов с электрической и рамочной антенн и разность фаз. В качестве источника электромагнитного поля при проведении измерений методом РЭМЗ используются стационарно работающие радиостанции средневолнового, длинноволнового и сверхдлинноволнового диапазонов.
Применение метода РЭМЗ существенно увеличит эффективность и достоверность измерений, а также сократит время и стоимость измерений в несколько раз. Метод РЭМЗ предложен учеными Научно-исследовательского института Земной коры ЛГУ [6].
Исходным материалом данной работы служат результаты измерений методом РЭМЗ на территории Сибири электрических свойств подстилающей поверхности в диапазоне 10-1 000 кГц, выполненные сотрудниками лаборатории геофизики и геодинамики Томского государственного университета. В результате экспериментальных исследований построена карта электропроводности подстилающей поверхности земли на территории Западной Сибири и Таймыра [7, 8]. Измерения проводились в рамках оборонной тематики. В данной работе выполняется конверсия результатов применительно к тематике надежности и безопасности нефтегазопроводов на территории Сибири и Таймыра.
Важным обстоятельством является то, что в соответствии с обзорной картой геофизической заснятости территории СССР северная часть Западной Сибири, практически вся Восточная Сибирь, Северо-Восток и Дальний Восток России находятся севернее южной границы многолетней мерзлоты. Именно в этих районах сосредоточены практически все трассы проектируемых и действующих нефтегазопроводов.
В качестве опорного региона исследований выбрана Томская область, достаточно насыщенная нефте- и га-
зопроводами. На карту Томской области наложены результаты электроразведочных работ, выполненных сотрудниками лаборатории геофизики и геодинамики Томского государственного университета, и схема нефтепроводов по данным Томскгеомониторинга. Исходные материалы трансформированы применительно к задаче прокладки нефтегазопроводов - учитывается только электрическое сопротивление грунтов на глубину прокладки нефтегазопровода.
Весь спектр измеренных значений электрического сопротивления грунтов сведен в три группы, соответствующие ГОСТ ИСО 9.602-2005 [9]. В соответствии с ГОСТом выделяются три участка коррозионной активности грунта:
Коррозионная агрессивность грунта Удельное электрическое сопротивление грунта, Ом-м Средняя плотность катодного тока, А/м2
Низкая Св. 50 До 0,05 включ.
Средняя От 20 до 50 включ. От 0,05 до 0,20 включ.
Высокая До 20 Св. 0,20
Результаты работы представлены в виде карты электрических свойств подстилающей поверхности Томской области (рис. 1). Анализ карты показывает, что трассы нефтепроводов в Томской области проходят по стыкам (границам) участков:
- низкая коррозионная агрессивность грунта - высокая коррозионная агрессивность грунта;
- средняя коррозионная агрессивность грунта - высокая коррозионная агрессивность грунта.
Метод РЭМЗ предлагается авторами для внедрения в инновационных программах предприятий нефтегазовой отрасли для составления карт коррозионности грунтов с целью увеличения надежности и уменьшения аварийности на трассах нефтегазопроводов. Предлагаемый метод может быть использован при проектировании трассы газопровода «Алтай». Предлагаемый метод позволит:
- скорректировать трассы проектируемых нефтегазопроводов с обходом опасных участков;
- выявить опасные к коррозионным явлениям участки действующих нефтегазопроводов и принять дополнительные защитные меры на данных участках.
Томская область
- высокая коррозионная активность грунта
- средняя коррозионная активность грунта
- низкая коррозионная активность грунта
- нефтяной трубопровод
Рис. 1. Карта данных электроразведки Томской области методом РЭМЗ и трассы нефтепроводов
Работоспособность и эффективность предлагаемого метода доказаны при исследовании электрических
свойств подстилающей поверхности на территории Томской области.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рекомендации по производству опережающих исследований для строительства в районах распространения вечномерзлых грунтов. М. :
Стройиздат, 1986. 57 с.
2. Электроразведка: Справочник геофизика / под ред. А.Г. Тархова. М. : Недра, 1979. 518 с.
3. Обзорная карта геофизической заснятости территории СССР (Электроразведка), масштаб 1:5 000 000. ВНИИГеофизика, 1974.
4. Захаренко В.Н. Электропроводность талых и мерзлых горных пород. Распространение километровых и более длинных радиоволн. Томск,
1991. С. 69-73.
5. Техническая документация к аппаратуре ИПИ-300. Описание методики и техники работ методами РЭМП и РЭМЗ. Л. : ЛГУ, НИИЗК, 1989. 25 с.
6. Пертель МИ, Еремин И.С., Сараев А.К. и др. Устройство для электромагнитного зондирования земной коры. Патент РФ на полезную мо-
дель. Заявка: 2007111968/22, 22.03.2007. Опубликовано: 10.08.2007.
7. Захаренко ВН, Попов ЛН, Вылцан И А, Сидехменова ВМ. Электропроводность подстилающей поверхности Земли в зоне высоких широт.
// Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т. ХХ1Х, № 2. С. 347-349.
8. Захаренко В.Н., Попов Л.Н., Кабанов М.В. и др. Об аномалиях электропроводности подстилающей поверхности Земли в зоне высоких широт
// Доклады Академии наук СССР. 1990. Т. 314, № 5. С. 1092-1095.
9. ГОСТ ИСО 9.602 - 2005 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.
Дата введения в действие: 01.01.2007.
Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 7 июля 2012 г.
