原油長輸管道黃土滑坡監(jiān)測技術(shù)研究
來源:《管道保護(hù)》雜志 作者:趙宏濤 王永振 馬云賓 時(shí)間:2018-7-6 閱讀:
趙宏濤1 王永振1 馬云賓2
1.長慶油田第一輸油處;2.中國石油管道研究中心
2016年6月30日,中石化重慶分公司一條成品油管道被滑坡拉裂;2016年7月20日,川氣東送天然氣管道湖北恩施市崔家壩鎮(zhèn)管段因山體滑坡發(fā)生斷裂爆炸。這兩起管道安全事故都是由山體滑坡引起的。我國黃土地區(qū)土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,大孔隙、垂直裂隙發(fā)育和易風(fēng)化等特征導(dǎo)致地形十分破碎,地質(zhì)環(huán)境脆弱,滑坡、泥石流災(zāi)害頻繁發(fā)生,對通過管道的安全運(yùn)行存在很大威脅。本文針對上述情況,提出了基于三維磁力檢測技術(shù)、應(yīng)力應(yīng)變實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)及GPS定位技術(shù)的管道和黃土滑坡聯(lián)合監(jiān)測方法,介紹了在長慶油田某管道上的應(yīng)用情況。
1 監(jiān)測系統(tǒng)組成
聯(lián)合監(jiān)測方法包括管道當(dāng)前應(yīng)力檢測、管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測和黃土滑坡地表變形監(jiān)測三個(gè)方面。根據(jù)聯(lián)合監(jiān)測方法,開發(fā)了監(jiān)測系統(tǒng),由管體應(yīng)變監(jiān)測傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸單元、供電單元、數(shù)據(jù)處理中心等四部分組成,如圖1所示。管道當(dāng)前應(yīng)力檢測和黃土滑坡地表變形監(jiān)測采用人工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的方式,監(jiān)測系統(tǒng)主要用于監(jiān)測管道實(shí)時(shí)應(yīng)力。用現(xiàn)場監(jiān)測傳感器測量采集管體應(yīng)變數(shù)據(jù),采集頻率和采集時(shí)間由數(shù)據(jù)采集和傳輸單元控制,數(shù)據(jù)采集和傳輸單元接收到數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)保存并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸,數(shù)據(jù)處理中心接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析處理。數(shù)據(jù)采集和傳輸單元采用太陽能+蓄電池供電方式。
圖1 滑坡監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖
2 應(yīng)用案例
長慶油田某管道橫穿黃土滑坡,該黃土滑坡為淺表層土體滑坡,滑動面為土體與基巖接觸面,滑體上部為粉質(zhì)粘土層,斜坡體下伏砂巖中夾雜泥巖層,抗剪強(qiáng)度差,遇水浸泡變軟,形成軟弱面,坡體所在的基巖發(fā)生整體滑動。從外業(yè)調(diào)查分析,滑坡處在不穩(wěn)定狀態(tài),如遇持續(xù)強(qiáng)降雨,滑坡局部失穩(wěn)或者整體失穩(wěn)的可能性較大。
2.1 現(xiàn)場實(shí)施
2.1.1管道監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置
該滑坡處管道走向270°,滑坡滑動方向160°,二者斜交。管線從滑坡體中部穿過,滑坡災(zāi)害影響管道長度約130m。根據(jù)現(xiàn)場勘查,分別在滑坡體內(nèi)、滑坡與管道交叉的邊界選取6處監(jiān)測截面,具體位置如圖2所示。
圖2 管道監(jiān)測點(diǎn)示意圖
2.1.2管道當(dāng)前應(yīng)力檢測實(shí)施
根據(jù)檢測設(shè)備功能,對每個(gè)管道檢測截面沿環(huán)向均勻分配了三條檢測線路,分別是內(nèi)側(cè)(靠近山體面)、上側(cè)(管道上側(cè)水平面)及外側(cè)(遠(yuǎn)離山體面)。采用三維磁力檢測儀采集這三條檢測線路上軸向、環(huán)向及徑向的磁記憶信號,如圖3所示。
圖3 管道當(dāng)前應(yīng)力檢測示意圖
由操作人員手持探頭進(jìn)行檢測,檢測時(shí)保證探頭緊貼管壁,沿管道軸向勻速進(jìn)行測量。每個(gè)坑點(diǎn)的檢測線路長一般為400~500mm。為保證采集數(shù)據(jù)的可靠性,采集的重復(fù)次數(shù)不低于3次。
2.1.3管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測實(shí)施
管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測采用振弦式應(yīng)變傳感器,檢測前需要剝離管道的防腐層,采用冷焊的方式進(jìn)行安裝,安裝完成后的情況如圖4所示。
圖4 應(yīng)變傳感器安裝示意圖
2.1.4黃土滑坡地表變形監(jiān)測實(shí)施
根據(jù)上文提到的基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測點(diǎn)設(shè)置原則,將滑坡的基準(zhǔn)點(diǎn)選擇在滑坡體外部穩(wěn)定的區(qū)域。在滑坡主滑方向和滑坡斷面設(shè)置測點(diǎn),主滑方向設(shè)置2個(gè)觀測點(diǎn),滑坡斷面設(shè)置2個(gè)觀測點(diǎn),共計(jì)4處觀測點(diǎn),如圖5所示。
圖5 滑坡地表變形監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置
確定基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)位置后,在監(jiān)測點(diǎn)預(yù)制監(jiān)測樁。為了保證測量精度,需要在監(jiān)測樁預(yù)埋強(qiáng)制歸心盤。強(qiáng)制歸心盤的預(yù)埋需要分兩次進(jìn)行,第一次將強(qiáng)制歸心盤放置在混凝土樁上,粗調(diào)至水平,等待混凝土硬化。第二次微調(diào)強(qiáng)制歸心盤,保證盤面水平,然后進(jìn)行二次澆筑。制作完成后的監(jiān)測樁如圖6所示。
圖6 制作完成后的監(jiān)測樁
2.2 數(shù)據(jù)分析
2.2.1管道當(dāng)前應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)分析
根據(jù)管道油流方向,將6個(gè)檢測截面按照順序標(biāo)記,并將測點(diǎn)按照油流方向分為左側(cè)測點(diǎn)、頂部測點(diǎn)和右側(cè)測點(diǎn),各點(diǎn)的應(yīng)力值如表1所示。
由表1可以看出:
(1)6號測點(diǎn)的軸向應(yīng)力最小,因其位于滑坡體外,屬于控制點(diǎn),受滑坡影響較小。
(2)1號測點(diǎn)軸向應(yīng)力最大,根據(jù)檢測截面設(shè)置該點(diǎn)位于滑坡體邊界,處于斜坡面的頂點(diǎn),即管道受拉力最大的位置。該點(diǎn)的應(yīng)力值已經(jīng)超過200Mpa,應(yīng)該每天觀察應(yīng)力變化情況,一旦應(yīng)力有增大趨勢,即應(yīng)采取應(yīng)急措施。
2.2.2管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
將傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,得到6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的管道實(shí)時(shí)應(yīng)力變化情況,如圖7所示。
圖7管道實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)圖
由圖7可以看出:
(1)1~6監(jiān)測截面的應(yīng)力最大值未發(fā)現(xiàn)有增大的趨勢,目前應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定。
(2)1~6監(jiān)測截面的數(shù)據(jù)趨勢十分相近,與溫度曲線對比,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力隨著溫度的變化而反向變化,應(yīng)力的變化主要是由溫度引起的。
2.2.3黃土滑坡地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
黃土滑坡地表變形監(jiān)測分別于2016年7月31日至10月30日進(jìn)行了4次數(shù)據(jù)采集,其中7月31日的數(shù)據(jù)為初始值,將后期采集的GPS數(shù)據(jù)與初始數(shù)據(jù)做差,便可求出位移變化量,數(shù)據(jù)變化如表2所示。
根據(jù)表2可得到如下結(jié)論:
(1)滑坡滑動方向?yàn)?60°,也就是東南方向,根據(jù)測量數(shù)據(jù),4個(gè)觀測點(diǎn)均向東南方向移動,說明滑坡發(fā)生了滑動。
(2)根據(jù)測點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù),滑坡的滑動量在2cm范圍內(nèi),滑坡處于低速變形狀態(tài)。
3 結(jié)論
在本文案例中通過采用聯(lián)合監(jiān)測方法監(jiān)測到黃土滑坡發(fā)生了滑動,但是管道應(yīng)力并未有增大趨勢,滑坡的滑動未對管道產(chǎn)生影響,管道處于安全狀態(tài)。管道應(yīng)力會隨著管道介質(zhì)溫度的變化而呈相反變化。說明該監(jiān)測方法可有效監(jiān)測黃土滑坡和滑坡體內(nèi)管道的安全狀態(tài),從而為管道安全監(jiān)測提供有力技術(shù)支持。
作者:趙宏濤,男, 1971年生,高級工程師。 1993年本科畢業(yè)于西安石油大學(xué)工業(yè)電氣自動化專業(yè),現(xiàn)任中石油長慶油田第一輸油處管道技術(shù)研究所所長,主要從事長輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。
《管道保護(hù)》2017年第2期(總第33期)
作者:趙宏濤,男,1971年生,高級工程師。 1993年本科畢業(yè)于西安石油大學(xué)工業(yè)電氣自動化專業(yè),現(xiàn)任中石油長慶油田第一輸油處管道技術(shù)研究所所長,主要從事長輸管道工藝自控管理、管道完整性管理工作。
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