一、技术来源：
大庆油田工程有限公司自主研发。
二、基本原理
中俄原油管道二线工程与漠大线管道并行，穿越450km的多年冻土区。冻土的水热状态变化将直接影响到其物理力学特性，进而对管道整体稳定性和结构完整性产生威胁。因此需要采取相应的设计措施，保证中俄管道安全运行。在无成熟经验的情况下，开发了预报管道与冻土相互作用及管道运营中产生的融沉变形的模拟计算方法，模拟计算了沿线管道周围冻土热状况的变化情景和可能产生的管道变形，为管道埋设方法、管壁厚度选取等提供了合理的设计参数。
三、工艺过程
图1沿线油温推算的准三维计算方法示意
根据漠大线几年的运营观测及中俄二线俄方提供的油温，年内原油温度几乎均保持正温状态，在多年冻土区管道处于热源状态，其结果必然是加热下伏多年冻土层，多年冻土持续融化，产生融沉变形。针对此问题，通过沿线不同多年冻土类型管段管土相互作用的数值模拟研究，开发了计算此类问题的数值模拟技术方法，主要包括：沿线油温准三维推算模拟计算方法、考虑管道热源的冻土融沉数值模拟方法、并行埋设管道热影响数值模拟预报方法、管道在不均匀融沉变形条件下的力学分析计算方法。采用这些计算方法，对漠大线及中俄二线管道沿线不同多年冻土条件和类型开展了管道下部融化深度及融沉变形的预测模拟计算，在此基础上，分析了不同程度融沉变形对管道弯曲受力的影响程度，结合过程措施(保温、换填、热棒等)、油压给出了对应不同管壁厚度的管道允许变形值。这些计算结果有力地支持了沿线多年冻土管段的设计方案和设计参数选取。漠大线几年的运营监测验证了所研发的计算技术基本合理，满足工程技术的要求。
 
图2管道在融沉变形作用下的受力分析
四、技术特点
1)开发了预测沿线油温的准三维数值计算模型，为多年冻土管段断面计算提供了热边界条件。
2)开发了含有输油管道热源的多年冻土热状况模拟计算模型，实现了管道周围融化圈变化情景的预报。
3)预测了并行管道之间的相互热影响，提出了在现有油温条件下，通过铺设保温层和调整壁厚、安装热棒可以满足多年冻土融沉引起的变形要求。
五、技术水平
本技术采用建立沿线油温的准三维数值计算模型，实现了管道周围融化圈变化情景的预报，预测了并行管道之间的相互热影响，对管道在多年冻土区融沉进行了分析计算，首次将管土热交换推算油温的理论应用到多年冻土区管道的实际设计过程，目前在国内所查文献中未见相同报道。
六、能源消耗
本技术相比其他如架空管道等设计方案相比，能够在最大程度上降低工程投资，减少能源消耗。
七、节能减排
采用多年冻土区管土相互作用模拟计算技术，与管道架空方案相比，节省了工程投资与管道永久用地，减少了大面积森林砍伐，为节能减排提供了基础支撑。
八、技术应用条件
该技术适用于油气储运工程多年冻土区管道设计的方案确定、模拟预测与热、应力影响计算。
九、应用实例
此技术在漠大线、中俄二线原油管道建设中，通过在漠大线及中俄二线管道沿线不同多年冻土条件和类型中开展了管道下部融化深度及融沉变形的预测模拟计算，分析了不同程度融沉变形对管道弯曲受力的影响程度，结合防护措施(保温、换填、热棒等)、油压给出了对应不同管壁厚度的管道允许变形值。支持了沿线多年冻土管段的设计方案和设计参数选取。漠大线几年的运营监测验证了所研发的计算技术基本合理，满足工程技术的要求。
十、经济效益
应用此项技术，在漠大线、中俄二线管道设计中，针对沿线不同多年冻土条件选取了合理的设计措施和参数，为多年冻土区管道敷设设计提供了依据。与国外多年冻土区采取的架空技术相比，可最大限度的保护大兴安岭地区森林资源，减少永久用地18万公顷，可节约建设资金数十亿。
(来源：中国石油和化工勘察设计协会) |
