中俄原油管道沿线多年冻土环境评价方法探讨

中俄原油管道中国段北起漠河（连崟）,向南沿大兴安岭东坡和松嫩平原北部最终到大庆林源,管道全长953 km,其中漠河-乌尔其段为多年冻土区,长度441 km.沿线多年冻土,森林,沼泽湿地等环境要素相互依存,彼此影响.由于管道是长距离线性构筑物,在施工过程中对冻土环境影响较大.考虑了管道工程的特殊性和沿线的冻土环境要素资料...     

中俄原油管道漠大线运营后面临一些冻害问题及防治措施建议

基于世界上几条多年冻土区修建输油气管道的经验,结合我国境内的中俄原油管道漠河－大庆段（漠大线）现场调查、油温监测和探地雷达等勘察结果,研究漠大线运营后可能面临的主要冻害问题、形成过程、影响因素、成灾机制、管道影响,提出预防和防治措施建议及进一步需要研究的主要问题。研究发现,目前漠大线面临的主要冻害问题包括融沉、冻胀丘、冰椎、冻土斜坡、冰刨蚀和潜在冻胀等,在管道持续运行和环境条件改变下,这些冻融灾害可能对管道造成一定的不利影响甚至破坏。现场油温监测显示,在2011年和2012年最低和最高油温分别为0.42 ℃和16.2 ℃,全年的正油温运行是造成目前管道周围冻土融沉的主要原因。冬季部分地段出现的冻胀丘、冰椎以及浮冰对管道形成一定的潜在威胁。研究成果为中俄原油管道漠大线以及规划建设的中俄原油管道二线、中俄输气管道、格尔木－拉萨输油管道改造工程以及其他多年冻土区输油气管道设计、施工、运营和维护提供参考和依据。     

中俄管道(漠河—乌尔其段)多年冻土环境工程地质区划和评价

在汇总大量勘察资料的基础上,充分考虑冻土区输油管道工程的特点,以及管道与冻土之间的相互作用和过程,重点阐述中俄输油管道沿线多年冻土环境工程地质条件,确定出中俄管道沿线冻土环境工程地质区划原则和指标。按不同类型多年冻土的区域分布规律及面积比率,并考虑地温、厚度及植被变化等特征,分成4个冻土工程地质区,即漠河—瓦拉干片状冻土区、瓦拉干—劲松大片融区的多年冻土区、劲松—加格达奇岛状多年冻土区和加格达奇—乌尔其零星多年冻土区。然后按多年冻土含冰(水)量类别,并兼顾土层冻胀、融沉分类级别,又在4个区内共划分出151个冻土类别地段,依次按区分级进行评价,最后将这151个地段归纳为4种类型的工程地质地段:良好、较好、不良、极差。     

中俄输油管道(漠河-大庆段)主要冻土环境问题探析

中俄输油管道(漠河-大庆段)全长约965 km,其中穿越不连续多年冻土区约 441 km.管道穿越中国东北大兴安岭山地丘陵和松嫩平原的北部.沿线地形复杂,冻土类型及分布情况复杂.该区是中国东北主要的寒温带森林、冻土湿地分布地区,冻土生态环境比较脆弱.管道建设将不可避免的影响到沿线植被、冻土、湿地、水资源和野生动植物等生态要素.分析了管道沿线多年冻土区主要的冻土环境特征,工程地质和环境风险问题,并提出了一些建议.由于冻土区管道在商业运行的初期和后期,发生各类泄漏事故的几率较高.因此,中俄输油管道还需准备应急预案和措施.     

中俄输油管道(漠河-大庆段)主要冻土环境问题探析

中俄输油管道(漠河-大庆段)全长约965km,其中穿越不连续多年冻土区约441km.管道穿越中国东北大兴安岭山地丘陵和松嫩平原的北部.沿线地形复杂,冻土类型及分布情况复杂.该区是中国东北主要的寒温带森林、冻土湿地分布地区,冻土生态环境比较脆弱.管道建设将不可避免的影响到沿线植被、冻土、湿地、水资源和野生动植物等生态要素.分析了管道沿线多年冻土区主要的冻土环境特征,工程地质和环境风险问题,并提出了一些建议.由于冻土区管道在商业运行的初期和后期,发生各类泄漏事故的几率较高.因此,中俄输油管道还需准备应急预案和措施.     

中俄原油管道(漠河—大庆段)地基土融沉稳定性评价研究

中国-俄罗斯原油管道工程(简称中俄原油管道)规划全长1,035 km,中国境内段965 km,俄罗斯境内段70 km。中俄原油管道(漠河—大庆段)穿越约500 km多年冻土区,沿途地形起伏,水系和沼泽发育,冻土工程地质条件复杂,影响因素多样。提出以管道地基土的最大融沉变形量为评价准则,以多年冻土的年平均地温和含冰量为评价指标,对多年冻土进行工程分类,并依据分类结果进行评价。依据计算结果以-1.0℃和-2.0℃对中俄原油管道沿线多年冻土进行冻土工程分类。具体分为:稳定型、过渡型、高温不稳定型(-1.0~-2.0℃)以及极高温极不稳定型(≥-1.0℃)。分别对应良好、较好、不良以及极差评价结果,并以此为基准选择传统埋设、埋设、埋设+换填、埋设+换填+隔热或架设等管基设计原则。对管道沿线约430 km多年冻土区进行了详细和逐段的评价。评价结果表明评价指标简单、实用,评价结果合理、恰当,可推荐在其它多年冻土区类似管道工程中使用。     

中俄原油管道沿线典型土样冻胀性试验研究

中俄输油管道穿越约500 km的多年冻土区,管道沿途地形起伏,水系和沼泽发育,使得管道工程地质条件复杂.沿线地貌单元主要可分为沼泽湿地、阶地、河漫滩、坡地以及基岩山脊等5种,不同地貌单元的岩性和冻土赋存条件均不相同.选取各地貌单元的典型土样进行颗粒分析、冻胀率等试验,分析了土样冻胀率与天然含水率、干容重、粘粒含量之间的关系.结果表明:全-强风化花岗岩冻胀率最小,冻土工程地质条件最好;含有机质粉质粘土冻胀率最大,管基需要进行特殊处理;粘土和粉土冻胀率介于二者之间,对管基进行常规处理即可.该试验定量评价了中俄输油管道沿线不同地貌单元的冻胀性,为管道在确保工程长期稳定性的基础上,选择经济、环保的施工方式提供了试验依据.     

冻土区石油污染物迁移及清除研究进展

多年冻土区输油管道面临着差异性融沉和冻胀的关键性难题. 受力不均匀对管道造成机械性破坏, 管道破裂、泄漏现象不断发生. 泄漏油污在冻土中的存在及其扩散对当地的生态环境产生长期不利的影响, 而且对土壤自身的物理、化学和生物特性造成影响. 土壤中石油烃的迁移和分布受土壤和地形、 温度、含水(冰)量、降水以及冻结融化过程等多种环境因素影响. 近年来, 各种物理、化学和生物方法被用来清除冻土区石油烃污染. 正在勘察和设计中的中俄原油管道穿越连续、不连续、岛状和零星分布多年冻土, 及季节冻土区. 为了有效保护兴安岭地区的寒区生态环境, 中俄原油管道有必要预先做好应对管道泄露的前瞻性研究.     

多年冻土区天然气管道工程：技术挑战和应对方案

多年冻土区油气管道工程在许多方面都有别于常温地区的油气管道工程,如偏僻的地理位置和敏感脆弱的环境,更重要是其特殊的气候、水文地质和工程地质条件以及冻融岩土灾害等条件。这使得管道设计、建设、运营、维抢和管道系统安全以及完整性管理等方面面临一系列的特殊难题。不同于已建成并运营至今的美国阿拉斯加(Alyeska)原油管道、加拿大罗曼井(Norman Wells)原油管道、中俄原油管道(漠河—大庆段)和格尔木—拉萨成品油管道,多年冻土区的天然气管道在输运介质、输送温度、环保要求等方面和输油管道有很大差异,将面临一系列新问题和新挑战。通过对多年冻土区天然气管道冷却输送工艺,管道—冻土水、热、力耦合计算,压气站失效后下游管道最低金属温度超限,基于应力设计局限、敷设方式单一、管道运营期监测系统可靠性等冻土区天然气管道特有的技术难题探讨,初步给出相应的解决方案构想,希望能够为冻土区天然气管道建设提供新的思路。     

中俄原油输运管道工程冻土区管壁厚度确定

拟建中俄原油管线由漠河进入中国, 经过大兴安岭多年冻土区、嫩江平原深季节冻土区至大庆. 原油输运过程中由于管道与周围土体之间发生的热交换, 使得原有土层中的热交换机制被打破, 冻土区常温原油管道工程基础将面临融沉和冻胀灾害的双重挑战. 采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法, 计算校核了原油管道的应力状况和安全性, 并对遭受冻胀变形作用的管道受力状况进行了有限元数值分析, 提出了壁厚的设计参数和选取原则. 对于采用X65钢级螺旋缝埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管的中俄原油管道工程, 当管道设计压力为10 MPa时, 中俄原油管道设计壁厚应不小于14.2 mm. 为了使管道能适应冻胀率更大的情形, 管道壁厚应适当加大.     

Technical Challenges and Engineering Solutions for Gas Pipelines in Permafrost Regions: A Review

Oil and gas pipelines in permafrost regions differ greatly from those in temperate climate zones. People only know that these pipelines were constructed in remote areas with fragile environments. However, gas pipeline engineering, construction, operation and management will face a series of unique problems because of unforgiving environment, special hydrogeology, engineering geology, and freezing and thawing disasters. Being different from the Trans-Alaska Pipeline System, Roman Wells Oil Pipeline, China-Russia Crude Oil Pipeline from Mo’he to Daqing and Golmud-Lhasa Oil Products Pipeline, natural gas pipelines in permafrost regions face new problems and challenges in many areas including different transporting media, gas flow temperature control and environmental protection. This paper systematically reviewed issues such as chilled transporting processes, coupled hydrothermal-hydraulic-mechanical modeling of the pipe-soil system, temperature overrun in station outage scenarios, engineering constraints of stress-based design, single laying method and low reliability of monitoring system during operating stage. Initial framework solutions were proposed in the hope of identifying new approaches for gas pipeline in northern and upland permafrost regions.     

漠河-加格达奇段多年冻土区中俄原油管道运营以来的次生地质灾害研究——以MDX364处的季节性冻胀丘为例

通过对中俄原油管道漠河-加格达奇段多年冻土区的现场勘查研究, 统计了管道运营以来出现的冻土次生地质灾害主要有冻胀、融沉、水毁、冻胀丘、冰椎等. 在研究区域特定的气候背景下, 管道的修建和季节性变化的正油温运营, 破坏了管道周围冻土的水热平衡, 使得管道周围土体出现差异性冻胀和融沉, 这种差异性位移量的累积对管道安全稳定长期运营造成了威胁. 以管道里程MDX364处的冻胀丘为例, 利用探地雷达进行了现场探测. 结果表明: 管道周围存在的融区为冻胀丘的发生和发展提供了水源补给通道, 管道的热影响加速了冻胀丘的发展和消融, 2014年3-10月管道周围地表产生的差异性位移超过了1.1 m. 针对该次生开放型季节冻胀丘, 提出了修筑或疏通管道附近的排水通道、钻孔放水和保温排水渗沟等防治措施. 研究成果能为中俄原油管道的安全稳定运营提供技术支撑, 为其他冻土区管道设计施工和运营维护提供参考和依据.     

中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)冻土工程地质考察与研究进展

在2005-2007年期间,先后3次对中国-俄罗斯原油管道漠河-大庆段沿线的冻土工程地质条件等进行科学考察,开展了冻土工程地质条件及其在气候变化和人类活动作用下的评价和预测研究.考察研究结果表明:管道沿线多年冻土在各类融区、季节冻土和水系等分隔作用下呈片状或岛状分布,沿线岛状、稀疏岛状及零星岛状占多年冻土区段的40%左右;管道沿线多年冻土随着气候的转暖和人类活动的影响不断退化.地形地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化等局部因素对多年冻土的分布和地下冰的赋存产生重要的影响,管道沿线大约分布有50 km左右的沼泽湿地,其表层为腐殖质土及泥炭层,泥炭层下面分布着含土冰层或地下冰,是管道沿线最差的冻土工程地质地段;由于中俄原油管道沿线水系发育多,冻胀丘、冰椎和冰幔等不良冻土现象广泛分布.科学考察的成果为管道沿线冻土工程地质条件评价和预测、管道的稳定性影响分析以及后期的长期检测系统设置等研究奠定坚实的基础,进一步为即将开工的中俄原油管道漠河-大庆段工程的设计、施工提供科学依据.     

多年冻土区输油管道工程中的(差异性)融沉和冻胀问题

多年冻土区石油和经济开发不断推动输油管道技术的发展,但是多年冻土区输油管道的(差异性)融沉和冻胀问题仍是关键性难题.寒区管道设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉,以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响.阿拉斯加输油管道工程取得成功的原因在于充足的科研投入、讨论和决策时间,以及最终采用的一系列创新设计来保护多年冻土和抑制融沉.这些研究围绕的关键问题是温热油管在多年冻土中的水热效应和差异性融沉和冻胀所导致的管道变形破坏,这些研究对可能出现问题的及早发现、充分理解和正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要.罗曼井和格拉线环境温度输油管道在20a左右的运营中,冻胀和融沉都比较显著.准确预测管道和围岩土的冻胀和融沉需要详细的观测研究和模拟试验相结合.在预测的基础上,针对具体问题抑制融沉和冻胀.成功设计、施工和运行寒区输油管道需要科学家、工程师、业界人士和管理部门密切合作.     

冻土区管土相互作用研究综述

管道是长距离输送天然气或石油的最经济有效的工具之一,当管道穿越冻土区时,将面临土体冻胀融沉作用引起的管道弯曲变形和破坏,管土之间的相互作用为冻土区管道设计和运营的重要考虑因素。简述目前世界上主要的穿越冻土区管道工程（罗曼井管道、俄罗斯远东地区管道、美国阿拉斯加管道及中国寒区管道网）的设计理论发展,归纳总结了管土相互作用室内外相关试验、数值模拟分析理论和方法等方面的研究成果和发展现状,并针对冻土区管土相互作用的研究提出进一步的研究展望。     

多年冻土区天然气管道建设关键技术

多年冻土地区天然气资源丰富,资源勘探开发和天然气外输管道建设日益受到重视。温带地区传统、常规的天然气管道设计、施工、运维方法、技术在多年冻土区遇到很大的挑战。因此,以管道工程设计者的角度,总结多年冻土区天然气管道的设计、施工和项目风险管理3个大项14个子项关键技术,主要包括管土水、热、力耦合系列的管输气冷却技术和传热计算技术,材料、应力系列的管道断裂控制技术和基于应变的管道设计技术,公用配套系列的连续多年冻土接地技术、不连续冻土区阴极保护技术、冻土区站场基础、管道支撑设计技术和建筑物模块化和设备撬装化技术,施工系列的特殊施工装备、冰雪公路修建、低温焊接和焊缝100%检测技术,以及自然环境、社会人文和技术等风险管理技术。希望能够为北极、高山和高原多年冻土区天然气管道建设提供新思路。     

青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践

青藏铁路开工建设以来的冻土工程问题研究, 在综合以往冻土学研究成果基础上, 针对冻土区大规模工程实践对冻土和冻土环境的影响特点, 冻土和冻土工程之间相互作用本质, 用系统工程论的观点, 以工程变形为冻土工程问题研究的综合目标, 抓住冻土工程问题的热学机理本质, 用工程热力结构作为解决问题的主要手段, 取得很好的实践效果. 同时把我国冻土工程问题研究和冻土工程建设提高到一个新的水平, 为建设世界一流的高原铁路奠定了坚实的技术基础.