В статье рассмотрены результаты исследований применения термомеханических способов разработки грунта при бурении шурфов для диагностирования технического состояния и ремонта трубопроводов в различных природно-климатических условиях. Приведены конструкция и технические характеристики бурового инструмента с применением газотурбинного агрегата в качестве источника тепловой и электрической энергии. Дано описание математической модели процесса термомеханического воздействия теплового потока на грунт. В основу модели заложены классические законы и уравнения механики сплошных сред. Представлена методика определения действующих напряжений в грунте в зависимости от скачков давления и расхода. Проведен анализ влияния плотности теплового потока при теплообмене и массопереносе на термодинамические и газодинамические характеристики процесса воздействия теплового потока на грунт. Результаты выполненных исследований показали значительное отличие расчетных растягивающих напряжений в грунте при его нагревании от 10 до 200 °С от величин напряжений,определяемых по математическим моделям, которые не учитывают теплообмен и массоперенос. Так, при фазовых переходах и массопередаче влаги (с изменением влагосодержания от 40 до 10 %) расчетная деформация (усадка) грунта от горизонтальной поверхности составила 25 %. При этом напряжения сдвига увеличились от 0,3 до 1,5 МПа, что при наличии перепада полей влагосодержания и температуры сопоставимо с напряжениями разрушения. Разработаны опытно-промышленные образцы и научные основы для создания нового поколения термомеханического бурового инструмента для шурфовой диагностики и ремонта трубопроводов с применением мобильных газотурбинных двигателей в качестве источников тепловой и электрической энергии.
Список литературы:
1. Житомирский Б.Л. Исследование термодинамики тепло- и массообмена среды в грунтах при термомеханическом способе бурения шурфов на магистральных газопроводах // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2019. – № 2 (110). – С. 38–43.
2. Житомирский Б.Л., Крохмаль С.В. Разработка методики определения рациональных конструктивных параметров TМИ // Материалы научно-технической конференции 15 ЦНИИИ ИВ МО РФ. – Нахабино, 2005. – 57 с.
3. Пат. на изобретение 2700756 РФ. Способ обеспечения энерготехнологической эффективности магистрального транспорта газа/ О.В. Дубинский, В.Г. Дубинский, Б.Л. Житомирский, А.С. Лопатин, О.В. Семченкова, К.Х. Шотиди; заявитель и правообладатель РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. – № 2018108618; заявл. 12.03.18; опубл. 12.09.19.
4. Чучкалов М.В., Дубинский В.Г. Физико-математическая модель «стресс-теста» трубопровода // Экспозиция Нефть Газ. – 2013. – № 3 (28). – С. 87–95.
5. Житомирский Б.Л. Результаты исследования термодинамики тепло и массообмена среды в грунтах при термомеханическом способе бурения шурфов на магистральных газопроводах // VIII Международная научно-техническая конференция «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», 23–25 октября 2019 г. – М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2019. – 51 с.
6. Галяс А.А. Физико-технические основы термомеханического разрушения крепких горных пород: дис. … д-ра техн. наук. – Днепропетровск, 1986. – 571 с.
