中俄原油管道及伴行道路對大興安嶺多年凍土熱干擾研究

中俄原油管道及伴行道路對大興安嶺多年凍土熱干擾研究中俄原油管道工程是我國正在構(gòu)建的東北、西北、西南和海上四大能源戰(zhàn)略通道之一,起自俄羅斯遠東管道斯科沃羅季諾分輸站,途徑黑龍江、內(nèi)蒙古兩省區(qū),終止于大慶市林源輸油站。中俄原油管道工程共分兩期,其中一線工程于2011年1月1日正式投入運行,二線工程于2016年8月在黑龍江省加格達奇地區(qū)開工建設(shè)。中俄原油管道工程對完善我國東北油氣戰(zhàn)略通道、優(yōu)化國內(nèi)油品供需格局、提振東北工業(yè)經(jīng)濟有巨大作用,同時也是加快我國能源戰(zhàn)略通道建設(shè),保障國家能源供應(yīng)安全的重要舉措。中俄原油管道工程穿越大興安嶺林區(qū),林木的采伐改變了林區(qū)土壤環(huán)境。在中俄原油管道一期工程建設(shè)與施工過程中,眾多科研、設(shè)計與施工單位針對管道沿線的多年凍土狀況、森林生態(tài)環(huán)境保護等進行了大量的研究,但是由于我國缺少在高緯度凍土地區(qū)建設(shè)大型、長距離輸油管道的經(jīng)驗,因此在施工和運營過程中出現(xiàn)了一些問題,對管道的安全運行存在較大的隱患。本文針對中俄原油管道一線工程建設(shè)中呈現(xiàn)的工程問題,著重分析了管道沿線的工程地質(zhì)狀況,并對沿線多年凍土的退化進行了預(yù)報。在此基礎(chǔ)上,利用ANSYS數(shù)值分析軟件模擬了不同入口油溫條件下不同年輸油量管道的凍脹融沉問題,并就原油管道與林區(qū)伴行道路之間的相互熱影響進行探討,具體研究工作如下:(1)對大興安嶺地區(qū)中俄原油管道沿線多年凍土工程環(huán)境進行分析。調(diào)查得到大興安嶺地區(qū)中俄原油管道沿線多年凍土自然地理狀況與工程地質(zhì)條件,多年凍土平面分布與發(fā)育特征。在此基礎(chǔ)上,建立基于灰色關(guān)聯(lián)度的多年凍土工程地質(zhì)評價模型,對管道沿線工程地質(zhì)按照良好、較好、不良以及極差四個等級進行了評價。(2)對中俄原油管道沿線多年凍土退化進行分析,探明凍土退化的原因。基于氣候變化模型建立凍土預(yù)報模型,預(yù)測了未來100年內(nèi),多年凍土上限退化速率,并分析了多年凍土退化過程及退化規(guī)律。(3)對不同年輸油量條件下多年凍土區(qū)管道周圍土體凍融過程及發(fā)展規(guī)律進行研究。采用數(shù)值模擬手段,對年輸量分別為3000×104t/a和1500X104t/a、入口油溫-6℃～10℃條件下的多年凍土凍融過程,凍融圈和凍融深度隨時間的發(fā)展過程進行研究,對輸油管道下多年凍土長期熱穩(wěn)定性進行分析。分析得到管道鋪設(shè)后管道周圍土體凍結(jié)和融化滯后,低溫凍土區(qū)夏季地表季節(jié)融化開始時間較遲,冬季地表開始凍結(jié)時間較早,整個融化層回凍時間較早的規(guī)律。(4)對采用特殊結(jié)構(gòu)措施管道周圍多年凍土熱穩(wěn)定性進行了研究。采用數(shù)值模擬手段,分析管道保溫材料對多年凍土融化圈凍結(jié)圈大小、融化深度和凍結(jié)深度的影響,融化深度隨保溫層厚度增加而減小的變化規(guī)律。保溫材料在管道運營初期,對融化深度的影響比較明顯,而長期運營后,高溫多年凍土地區(qū)保溫材料對原油管道熱阻作用沒有低溫凍土區(qū)明顯。(5)對原油管道及林區(qū)伴行道路對多年凍土的熱干擾進行了研究。利用實測資料,分析了伴行道路路基不同斷面溫度場的特征。采用數(shù)值模擬手段,分析在原油管道及伴行路同時作用下多年凍土的熱穩(wěn)定性變化規(guī)律,及管道及道路工程空間分布的相互熱干擾。分析了路基下地基升溫過程與路基高度的關(guān)系。采用溫差ΔT作為管道與伴行道路熱影響的判斷標準,在相距不同距離時,兩者之間溫差最大值分布范圍及規(guī)律。綜上研究可知,中俄原油管道及伴行道路的