一、技術來源：
大慶油田工程有限公司自主研發。
二、基本原理
中俄原油管道二線工程與漠大線管道并行，穿越450km的多年凍土區。凍土的水熱狀態變化將直接影響到其物理力學特性，進而對管道整體穩定性和結構完整性產生威脅。因此需要采取相應的設計措施，保證中俄管道安全運行。在無成熟經驗的情況下，開發了預報管道與凍土相互作用及管道運營中產生的融沉變形的模擬計算方法，模擬計算了沿線管道周圍凍土熱狀況的變化情景和可能產生的管道變形，為管道埋設方法、管壁厚度選取等提供了合理的設計參數。
三、工藝過程
圖1沿線油溫推算的準三維計算方法示意
根據漠大線幾年的運營觀測及中俄二線俄方提供的油溫，年內原油溫度幾乎均保持正溫狀態，在多年凍土區管道處于熱源狀態，其結果必然是加熱下伏多年凍土層，多年凍土持續融化，產生融沉變形。針對此問題，通過沿線不同多年凍土類型管段管土相互作用的數值模擬研究，開發了計算此類問題的數值模擬技術方法，主要包括：沿線油溫準三維推算模擬計算方法、考慮管道熱源的凍土融沉數值模擬方法、并行埋設管道熱影響數值模擬預報方法、管道在不均勻融沉變形條件下的力學分析計算方法。采用這些計算方法，對漠大線及中俄二線管道沿線不同多年凍土條件和類型開展了管道下部融化深度及融沉變形的預測模擬計算，在此基礎上，分析了不同程度融沉變形對管道彎曲受力的影響程度，結合過程措施(保溫、換填、熱棒等)、油壓給出了對應不同管壁厚度的管道允許變形值。這些計算結果有力地支持了沿線多年凍土管段的設計方案和設計參數選取。漠大線幾年的運營監測驗證了所研發的計算技術基本合理，滿足工程技術的要求。
 
圖2管道在融沉變形作用下的受力分析
四、技術特點
1)開發了預測沿線油溫的準三維數值計算模型，為多年凍土管段斷面計算提供了熱邊界條件。
2)開發了含有輸油管道熱源的多年凍土熱狀況模擬計算模型，實現了管道周圍融化圈變化情景的預報。
3)預測了并行管道之間的相互熱影響，提出了在現有油溫條件下，通過鋪設保溫層和調整壁厚、安裝熱棒可以滿足多年凍土融沉引起的變形要求。
五、技術水平
本技術采用建立沿線油溫的準三維數值計算模型，實現了管道周圍融化圈變化情景的預報，預測了并行管道之間的相互熱影響，對管道在多年凍土區融沉進行了分析計算，首次將管土熱交換推算油溫的理論應用到多年凍土區管道的實際設計過程，目前在國內所查文獻中未見相同報道。
六、能源消耗
本技術相比其他如架空管道等設計方案相比，能夠在最大程度上降低工程投資，減少能源消耗。
七、節能減排
采用多年凍土區管土相互作用模擬計算技術，與管道架空方案相比，節省了工程投資與管道永久用地，減少了大面積森林砍伐，為節能減排提供了基礎支撐。
八、技術應用條件
該技術適用于油氣儲運工程多年凍土區管道設計的方案確定、模擬預測與熱、應力影響計算。
九、應用實例
此技術在漠大線、中俄二線原油管道建設中，通過在漠大線及中俄二線管道沿線不同多年凍土條件和類型中開展了管道下部融化深度及融沉變形的預測模擬計算，分析了不同程度融沉變形對管道彎曲受力的影響程度，結合防護措施(保溫、換填、熱棒等)、油壓給出了對應不同管壁厚度的管道允許變形值。支持了沿線多年凍土管段的設計方案和設計參數選取。漠大線幾年的運營監測驗證了所研發的計算技術基本合理，滿足工程技術的要求。
十、經濟效益
應用此項技術，在漠大線、中俄二線管道設計中，針對沿線不同多年凍土條件選取了合理的設計措施和參數，為多年凍土區管道敷設設計提供了依據。與國外多年凍土區采取的架空技術相比，可最大限度的保護大興安嶺地區森林資源，減少永久用地18萬公頃，可節約建設資金數十億。
(來源：中國石油和化工勘察設計協會) |
