Исследование процессов тепловлагообмена вблизи заглубленного в грунт трубопровода

• Автор: Фомина, Валентина Викторовна
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 143 с.

Интенсивное и целензправпбкнов освоение Севера предопределено перспективой социально-экономического развития России, Западная Сибирь - крупный нефтегазодобывающий район. Ее топливно-энергетический комплекс является одним из основных составляющих развития экономики государства. Разведка новых и обустройство разведанных месторождений углеводородов в Западной Сибири , и прежде всего в Тюменской области - задача всероссийского масштаба.
В Западно-Сибирском регионе добывается свыше 80% от общего объема энергоресурсов (нефти и газа), в связи с чем, регион оказывает решающее влияние на темпы научно-технического прогресса, интенсификацию общественного производства, обладает уникальной развитой сетью магистральных нефте- и газопроводов. Система магистральных газопроводов подает в Европейскую часть страны и за ее пределы свыше 500 млрд. м3 газа в год.
«В последние годы требуемые уровни добычи газа обеспечивалось, главным образом, за счет месторождений - гигантов НПТР (Уренгой, Ямбург). Этот район в 1995г. дал 520 млрд.м3, а все остальные районы России -
млрд.м3. При необходимости добычу газа здесь можно увеличить до 600-650 млрд.м3. В 2000г. только Надым - Пур

- Тазовский р-н дал стране 540-570 млрд.м3 газового топлива .

Минимально требуемые объемы добычи газа в России возрастут с 2000 по 2020г.г. по внутренним потребностям страны от 330 до 420 млрд.м3; бывшим республикам Союза от 65 до 90 млрд.м3; дальнему Европейскому зарубежью от 125 до 220 млрд.м3; собственным нуждам газовой отрасли от 50 до 80 млрд.м3. Общий требуемый объем добычи газа составит от 570 млрд.м3 в 2000 году до 860 млрд.м3 в 2020 году.»[49]
К строительству в этом районе предъявляются исключительно жесткие требования, которые обусловлены суровыми природно-климатическими условиями, характеризующимися низкой температурой воздуха, большими суточными колебаниями, сильными ветрами, проливными дождями и мощными снегопадами.
Развитие строительного производства в специфических условиях Севера является стимулом для проведения обширных научных исследований, в том числе углубленного изучения территорий, занятых многолетне- и сезонномерзлыми породами, их состава, криогенного строения и свойств, а также происходящих в них процессов и явлений .
Нефтегазодобывающая отрасль является не только главным заказчиком научных исследований, относящихся к

вопросам строительства в северных условиях, но и главным потребителем получаемых результатов этих исследований .
Север Западной Сибири характеризуется большим разнообразием температурных и влажных характеристик грунтов, широким развитием криогенных процессов. Поэтому обоснование способов прокладки и режимов эксплуатации сооружаемых здесь трубопроводов является сложной инженерной задачей.
Мерзлые породы, занимающие 50% территории России, что составляет 11 миллионов квадратных километров суши, представляют собой сложные и чрезвычайно динамичные физико-химические грунтовые системы. Существуют обширные области грунтов пониженной несущей способности - засоленных и сильнольдистых, нередко встречаются участки с подземными льдами; широко распространены мерзлотно-геоморфологические образования: бугры пуче-
ния, морозобойные трещины, наледи, просадка грунта в процессе вытаивания подземных льдов и т.д. Все это в значительной степени способствует деформации породы и, следовательно, накладывает отпечаток на производство любых типов строительных работ.
На современном этапе развития народного хозяйства надежность магистральных газопроводов и нефтепроводов стала определяющим требованием к трубопроводному

уровней, определяемых типом грунтов и их распространением по трассе.
Особое внимание при эксплуатации газопроводов в северных условиях должно уделяться одновременному вводу линейной части и системы охлаждения газа, позволяющей в нужном направлении влиять на ход криогенных процессов.
При прохождении участков грунтов с низкой несущей способностью охлаждение всего потока газа для обеспечения устойчивости трубопровода может оказаться нецелесообразным. Так как на талых участках охлаждение газа вызовет нарушение гидрологических условий трассы. В этом случае одним из возможных способов обеспечения устойчивости трубопроводов является прокладка под ними трубопроводов меньшего диаметра (спутников с даметрами от 0=325мм до 429мм) с отрицательной температурой наружной поверхности. Хладагентом в автономном спутнике может быть воздух, охлаждаемый холодильной установкой, а в спутнике - лупинге - сжиженный газ, транспортируемый газ.
1.2. Методы решения задач тепло- и влагоообмена
1.2.1. Нелинейные задачи типа теплопроводности
Методы решения задач типа теплопроводности приведены в книгах, излагающих основы теплообмена: A.B. Лыков [56], В.П.Исаченко [41], Юдаев Б.Н. [81] и др. и специально посвященных методам решения [18, 42].
Из книг математической физики следует выделить книгу А.Н.Тихонова и А.А.Самарского [71], в которой ме-