Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.
Тема
месяца
Наука и ТЭК

Инженерная география: какие изыскания требуются, чтобы провести трубопровод или начать бурение

Появление в ХХ веке магистральных трубопроводных систем поставило перед наукой ряд сложнейших, но и интереснейших задач, которые были успешно решены. XXI век открывает новую страницу в развитии этого виде транспорта, без которого трудно себе представить современный топливно-энергетический комплекс во всем мире.

Полтора столетия назад, когда появились первые нефте- и газопроводы, появились и первые, но вполне ожидаемые проблемы — в частности выбор трассы. На плоской равнине это не очень актуальный вопрос, но, к сожалению, месторождения нефти или газа зачастую располагаются далеко от потребителя или погрузочных терминалов, за полосой пересеченной местности или даже вообще за горами, реками или морями.

Трубопровод нельзя просто «бросить» на землю — необходимо учесть массу условий, связанных как с внешней средой, так и с техническими возможностями самой трубопроводной системы. Ошибки могут стоить очень дорого — или это может привести к разрушению трубопровода, или к постоянным дополнительным расходам, которые начнут буквально «съедать» прибыль.

По счастью, перед началом массового строительства трубопроводов в конце XIX века у инженеров уже был опыт прокладки железнодорожных магистралей. Трубопровод и железную дорогу объединяет то, что это линейные конструкции, которые не могут просто так сами переместиться даже на метр без нарушения режима своей нормальной работы.

Однако и здесь мы видим пример сочетание недостатков и достоинств: в случае нарушения полотна железной дороги можно избежать аварии с грузом, а вот в случае перекачки нефти розлива не избежать. Поскольку инженеры вопреки расхожему мнению никогда не относились пренебрежительно даже к маленьким розливам, они для первых более-менее длинных трубопроводов искали трассу столь же надежную, как и трассу для железной дороги, а зачастую просто прокладывали рядом, в полосе отчуждения. Так трубопровод оказывался одновременно и в зоне постоянного наблюдения.

Контроль за железной дорогой и магистральным трубопроводом ведется не только для предотвращения хищений. Специалисты смотрят не только на дорогу или трубу, но и на землю вокруг них. Это связано с тем, что земля лишь на неискушенный взгляд выглядит неподвижной и стабильной. Но в очень многих местах она периодически начинает содрогаться — например из-за землетрясения.

Но причиной разрушения трубопровода становится не собственно вибрация земли, а смешение отдельных ее частей, в результате чего возможны разрывы трубы. Еще более реальной опасностью являются оползни — массивные смещения грунта под действием силы тяжести. В истории известны примеры таких катастрофических оползней — в 2001 году оползень, вызванный землетрясением, разорвал главный магистральный нефтепровод в Эквадоре, в 2013 году в Китае причиной подобного оползня были многодневные дожди.

Чтобы избежать подобных явлений, инженерам приходится проводить перед строительством трубопровода сложные и специфические изыскания. Это не только доскональное изучение профиля нескольких вариантов будущей трассы, но и инженерно-геологических условий по всему ее протяжению. Специалисты-сейсмологи строят карты сейсмического районирования, то есть пытаются ответить на вопросы, какой силы будет землетрясение, какая частота его повторения и когда можно ожидать следующего.

Полученные данные уходят инженерам-геологам, исследующим образцы грунтов, по которым пройдет трубопровод. Они безжалостно трясут их, режут, сдвигают, подвергая всевозможным испытаниям, чтобы дать ответ на вопрос: что будет с этими грунтами в случае землетрясения, в случае многодневных дождей, наводнения или при строительстве крупных сооружений.

Гидрологи, изучающие воды суши, наблюдают за реками, озерами, болотами, через которые пойдет трасса трубопровода. Иногда разумнее обойти препятствие, но бывает, что прямой путь даже с учетом особый инженерных решений все равно экономичнее, чем петляние по поверхности земли.

Даже метеорологи участвуют в этой многогранной инженерной работе — от них ждут прогнозов на очень долгий период, они должны предупредить и геологов, и гидрологов о возможностях экстремальных дождей, засух или морозов. Взаимодействие наук исключительное — например, именно метеорологи могут предупредить о тенденции к росту числа осадков в летний период — в период предполагаемого срока эксплуатации трубопровода. Это означает, что грунты в основании трубопровода напитаются водой и станет возможной потеря ими прочности — они просто съедут в виде оползня. Опасность увеличится многократно, если произойдет даже слабое землетрясение.

Пока всевозможные геоспециалисты выбирают трассу, другие ученые разбираются с самими трубами. В специальных лабораториях проводятся экспериментальные исследования усталостной прочности и долговечности металла, из которого будут делаться трубы, а также самих труб уже в готовом виде.

Ученые-гидравлики, в свою очередь, изучают динамику движения продукта в трубе и разрабатывают математические модели движения нефти в нефтепроводе. Особое значение имеет скачкообразное изменение давления в нем, вызванное изменениями подачи нефти или закрытием вентилей. С учетом данных испытаний прочности самого нефтепровода, упругих свойств самой трубы на всем ее протяжении, температурных градиентов на разных участках... и еще многих других параметров строится итоговая расчетная модель поведения трубы в самых разных нормальных условиях ее эксплуатации и поведения в аварийной ситуации.


Если требуется прокладка трубопровода по дну моря, то задача еще более усложняется. К работе подключаются океанографы, морские инженеры-геологи, гляциологи. Трубопроводом заняты и спутники, и батискафы. Во второй половине прошлого века люди стали обращать внимание на экологические последствия розливов нефти. Поэтому сейчас наряду с конструкторами и геологами в проектировании трубопроводов принимают участие и экологи. Так, казалось бы, простая задача — протянуть трубу из пункта «А» в пункт «В» — стала одной из самых наукоемких отраслей строительства.