1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 4, 2023

Известия РАН. Механика твердого тела, 2023, № 4, стр. 152-166

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОДВОДНОГО МОРСКОГО ГАЗОПРОВОДА С УЧЕТОМ РАЗЖИЖЕНИЯ ГРУНТА И ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Р. М. Зарипов a, *, Р. Б. Масалимов b, **

a Институт механики им. Р.Р. Мавлютова – структурное подразделение УФИЦ РАН
Уфа, Россия

b Уфимский государственный нефтяной технический университет
Уфа, Россия

* E-mail: rail.zaripov@gmail.com
** E-mail: masalimovrb@mail.ru

Поступила в редакцию 01.09.2022
После доработки 08.10.2022
Принята к публикации 19.10.2022

Аннотация

Представленная краткая информация о неожиданном всплытии двух ниток на подводном переходе через Байдарацкую губу на Ямале свидетельствует о том, что при разработке проектов не были проведены полные исследования, посвященные вопросам обеспечения прочности и устойчивости и сохранения в проектном положении газопроводов. Для выявления одной из основных причин всплытия поставлена и решена задача о напряженно-деформированном состоянии подводного участка морского газопровода с учетом частичного и полного обводнения грунта в отдельных подземных частях. Рассматриваемый подводный участок подводного газопровода в расчетной схеме условно делится на три части. В его средней части находится размытая оголенная часть, которая образуется вследствие разжижения и размыва грунта. К ней слева и справа примыкают подземные части. За математическую модель рассчитываемого участка газопровода принимается одномерная стержневая система в упругой среде, состоящая из криволинейных и прямолинейных трехслойных стержней трубчатого сечения и их узлов сопряжения. Напряженно-деформированное состояние стержневого элемента описывается системой дифференциальных уравнений, которая состоит из геометрических и физических нелинейных соотношений, нелинейных дифференциальных уравнений равновесия. Решение поставленной задачи осуществляется методом конечных элементов в перемещениях. Численным экспериментом найдены критические значения параметров эксплуатации и формы изгиба газопровода, предшествующие его всплытию для разных длин размытой оголенной части, изменения состояния грунта в подземных частях и различных значений параметров эксплуатации газопровода.

Ключевые слова: газопровод, обетонированная труба, грунт, прогиб, напряжение, давление, усилие, всплытие

Список литературы

  1. Лаптева Т.И., Мансуров М.Н. Разработка методов, обеспечивающих работоспособность морских газопроводов в условиях арктического шельфа // Надежность и безопасность эксплуатации линейной части магистральных газонефтепроводов: Сборник научных трудов экспертно-инжиниринговой компании “ЭКСИКОМ” № 1. М.: РГУ нефти и газа, 2018. С. 27–30.

  2. Лаптева Т.И. Повышение безопасной эксплуатации морских трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях арктического шельфа // Нефть. Газ. Новации. 2018. № 5. С. 63–65.

  3. Лаптева Т.И. Эксплуатационная надежность морских трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях континентального шельфа России // Безопасность труда в промышленности. 2018. № 1. С. 30–34. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2018-1-30-34

  4. Лаптева Т.И., Мансуров М.Н., Шабарчина М.В., Копаева Л.А. Морские трубопроводы в транзитной зоне арктического шельфа. Обеспечение // Oil & Gas J. Russ. 2018. № 9. С. 78–84.

  5. Лаптева Т.И. Разработка методов обеспечения работоспособности морских нефтегазопроводов в сложных инженерно-геологических условиях арктического шельфа: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. Москва: ООО Газпром ВНИИГАЗ, 2019. 47 с.

  6. Bi K., Hao H. Using pipe-in-pipe systems for subsea pipeline vibration control // Eng. Struct. 2016. V. 109. P. 75–84. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.11.018

  7. Davaripour F., Quinton B.W.T., Pike K. Effect of damage progression on the plastic capacity of a subsea pipeline // Ocean Eng. 2021. V. 234. 109118. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109118

  8. Cheng A., Chen N.-Z. Corrosion fatigue crack growth modelling for subsea pipeline steels // Ocean Eng. 2017. V. 142. P. 10–19. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.06.057

  9. Васильев Г.Г., Горяинов Ю.А., Саксаганский А.И. Достоинства и недостатки современных подходов к балластировке подводных переходов // НГС. 2012. № 1. С. 30–37.

  10. Правила классификации и построение морских подводных трубопроводов. НД № 020301-005. СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2017. 171 с.

  11. Palmer A.C., King R.A. Subsea pipeline engineering. Oklahoma: PWC, 2004. 570 p.

  12. Peek R., Yun H. Flotation to trigger lateral buckles in pipelines on a flat seabed // J. Eng. Mech. 2007. V. 4. P. 442–451. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2007)133:4(442)

  13. Огородов С.А. Роль морских льдов в динамике рельефа береговой зоны. М.: МГУ, 2011. 173 с.

  14. Шестов А.С., Марченко А.В., Огородов С.А. Математическое моделирование воздействия ледяных образований на дно Байдарацкой губы Карского // Труды ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова. 2011. Вып. 5. № 63 (347). С. 105–118.

  15. Ан Е.В., Рашидов Т.Р. Сейсмодинамика подземных трубопроводов, взаимодействующих с водонасыщенным мелкодисперсным грунтом // Изв. РАН МТТ. 2015. № 3. С. 89–104.

  16. Hong Z., Liu R., Liu W., Yan S. Study on lateral buckling characteristics of a submarine pipeline with a single arch symmetric initial imperfection // Ocean Eng. 2015. V. 108. P. 21–32. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.07.049

  17. Bi K., Hao H. Using pipe-in-pipe systems for subsea pipeline vibration control // Eng. Struct. 2016. V. 109. P. 75–84. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.11.018

  18. Исраилов М.Ш. Связанные сейсмические колебания трубопровода в бесконечной упругой среде // Изв. РАН МТТ. 2016. № 1. С. 57–66.

  19. Cheng A., Chen N.-Z. Corrosion fatigue crack growth modelling for subsea pipeline steels // Ocean Eng. 2017. V. 142. P. 10–19. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.06.057

  20. Новиков А.И., Лаптева Т.И., Копаева Л.А., Бохан А. Морские трубопроводы в транзитной зоне. Методы защиты от ледово-экзарационных воздействий // Offshоre Rus. 2017. № 4 (18). С. 62–67.

  21. Ильгамов М.А. Динамика трубопровода при действии внутреннего ударного давления // Изв. РАН МТТ. 2017. № 6. С. 83–96.

  22. Акуленко Л.Д., Гавриков А.А., Нестеров С.В. Собственные колебания трубопровода на упругом основании, транспортирующего жидкость // Изв. РАН МТТ. 2018. № 1. С. 123–133.

  23. Зарипов Р.Ф., Коробков Г.Е. Защита арктических трубопроводов // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2018. № 12 (84). С. 28–33. ID: 36467795.

  24. Шакирьянов М.М. Пространственные нелинейные колебания трубопровода при действии внутреннего ударного давления // Изв. РАН. МТТ. 2019. № 6. С. 76–84. https://doi.org/10.1134/S0572329919060114

  25. Wang Z., Tang Y. Study on symmetric buckling mode triggered by dual distributed buoyancy sections for subsea pipelines // Ocean Eng. 2020. V. 216. P. 108019. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108019

  26. Chen Y., Dong S. et al. Buckling analysis of subsea pipeline with idealized corrosion defects using homotopy analysis method // Ocean Eng. 2021. V. 234. P. 108865. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.108865

  27. Ильгамов М.А. Модель всплытия подводного трубопровода // ДАН. Физика. Тех. науки. 2022. Т. 504. С. 12–16. https://doi.org/10.31857/S2686740021010053

  28. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 376 с.

  29. Шаммазов А.М., Зарипов Р.М., Чичелов В.А., Коробков Г. Е. Расчет и обеспечение прочности трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости. Т. 1. М.: Изд-во Интер, 2005. 706 с. ISBN: 5-98761-006-0.

  30. Коробков Г.Е., Зарипов Р.М., Шаммазов И.А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости трубопроводов и резервуаров в осложненных условиях эксплуатации. СПб.: Недра, 2009. 409 с. ISBN 978-5-94089-129-2.

  31. Шаммазов А.М., Зарипов Р.М., Чичелов В.А. и др. Расчет и обеспечение прочности трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях. Т. 2. Оценка и обеспечение прочности трубопроводов. М.: Изд-во “Интер”, 2006. 564 с.

  32. Айнбиндер А.Б. Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие. М.: Недра, 1982. 341 с.

  33. Светлицкий В.А. Механика трубопроводов и шлангов. М.: Машиностроение, 1982. 280 с.

  34. Мяченков В.И., Мальцев В.П. Методы и алгоритмы расчета пространственных конструкций на ЭВМ ЕС. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал