中俄原油管道及伴行道路对大兴安岭多年冻土热干扰研究

中俄原油管道及伴行道路对大兴安岭多年冻土热干扰研究中俄原油管道工程是我国正在构建的东北、西北、西南和海上四大能源战略通道之一,起自俄罗斯远东管道斯科沃罗季诺分输站,途径黑龙江、内蒙古两省区,终止于大庆市林源输油站。中俄原油管道工程共分两期,其中一线工程于2011年1月1日正式投入运行,二线工程于2016年8月在黑龙江省加格达奇地区开工建设。中俄原油管道工程对完善我国东北油气战略通道、优化国内油品供需格局、提振东北工业经济有巨大作用,同时也是加快我国能源战略通道建设,保障国家能源供应安全的重要举措。中俄原油管道工程穿越大兴安岭林区,林木的采伐改变了林区土壤环境。在中俄原油管道一期工程建设与施工过程中,众多科研、设计与施工单位针对管道沿线的多年冻土状况、森林生态环境保护等进行了大量的研究,但是由于我国缺少在高纬度冻土地区建设大型、长距离输油管道的经验,因此在施工和运营过程中出现了一些问题,对管道的安全运行存在较大的隐患。本文针对中俄原油管道一线工程建设中呈现的工程问题,着重分析了管道沿线的工程地质状况,并对沿线多年冻土的退化进行了预报。在此基础上,利用ANSYS数值分析软件模拟了不同入口油温条件下不同年输油量管道的冻胀融沉问题,并就原油管道与林区伴行道路之间的相互热影响进行探讨,具体研究工作如下:(1)对大兴安岭地区中俄原油管道沿线多年冻土工程环境进行分析。调查得到大兴安岭地区中俄原油管道沿线多年冻土自然地理状况与工程地质条件,多年冻土平面分布与发育特征。在此基础上,建立基于灰色关联度的多年冻土工程地质评价模型,对管道沿线工程地质按照良好、较好、不良以及极差四个等级进行了评价。(2)对中俄原油管道沿线多年冻土退化进行分析,探明冻土退化的原因。基于气候变化模型建立冻土预报模型,预测了未来100年内,多年冻土上限退化速率,并分析了多年冻土退化过程及退化规律。(3)对不同年输油量条件下多年冻土区管道周围土体冻融过程及发展规律进行研究。采用数值模拟手段,对年输量分别为3000×104t/a和1500X104t/a、入口油温-6℃～10℃条件下的多年冻土冻融过程,冻融圈和冻融深度随时间的发展过程进行研究,对输油管道下多年冻土长期热稳定性进行分析。分析得到管道铺设后管道周围土体冻结和融化滞后,低温冻土区夏季地表季节融化开始时间较迟,冬季地表开始冻结时间较早,整个融化层回冻时间较早的规律。(4)对采用特殊结构措施管道周围多年冻土热稳定性进行了研究。采用数值模拟手段,分析管道保温材料对多年冻土融化圈冻结圈大小、融化深度和冻结深度的影响,融化深度随保温层厚度增加而减小的变化规律。保温材料在管道运营初期,对融化深度的影响比较明显,而长期运营后,高温多年冻土地区保温材料对原油管道热阻作用没有低温冻土区明显。(5)对原油管道及林区伴行道路对多年冻土的热干扰进行了研究。利用实测资料,分析了伴行道路路基不同断面温度场的特征。采用数值模拟手段,分析在原油管道及伴行路同时作用下多年冻土的热稳定性变化规律,及管道及道路工程空间分布的相互热干扰。分析了路基下地基升温过程与路基高度的关系。采用温差ΔT作为管道与伴行道路热影响的判断标准,在相距不同距离时,两者之间温差最大值分布范围及规律。综上研究可知,中俄原油管道及伴行道路的