tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2024-4-96-118tumnig-1234Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТАDESIGNING, CONSTRUCTION AND OPERATION OF PIPELINE TRANSPORT SYSTEMАнализ надежности и работоспособности буроопускных свай при обустройстве месторождений нефти в зоне многолетнемерзлых грунтовAnalysis of reliability and efficiency of drill dipping piles for oil field construction in permafrost zoneШапошниковН. О.ShaposhnikovN. O.

Шапошников Никита Олегович, кандидат технических наук, доцент

Санкт-Петербург

Nikita O. Shaposhnikov, Candidat. of Engineering, Associate Professor

Saint Petersburg

shaposhn_no@spbstu.ruЯлыгинС. А.YalyginS. A.

Ялыгин Сергей Алексеевич, директор программ технологического развития функции «Капитальное строительство»

Санкт-Петербург

Sergey A. Yalygin, Director of Technological Development Programs of the “Capital Construction” function

Saint Petersburg

https://orcid.org/0009-0008-0932-2408ЕрмаковБ. С.ErmakovB. S.

Ермаков Борис Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ресурса материалов

Санкт-Петербург

Boris S. Ermakov, Doctor of Engineering, Head of the Materials Resource Laboratory

Saint Petersburg

ermakov_bs@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9368-4074ШвецовО. В.ShvetsovO. V.

Швецов Олег Викторович, кандидат технических наук, заместитель заведующего лабораторией ресурса материалов

Санкт-Петербург

Oleg V. Shvetsov, Candidat. of Engineering, Deputy head of the Materials Resource Laboratory

Saint Petersburg

https://orcid.org/0000-0003-4243-0984ЕрмаковС. Б.ErmakovS. B.

Ермаков Сергей Борисович, ведущий инженер Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы»

Санкт-Петербург

Sergey B. Ermakov, Leading engineer of the Scientific and Technological Center “New Technologies and Materials”

Saint Petersburg

ermakov_sb@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9209-1592ГоликовН. И.GolikovN. I.

Голиков Николай Иннокентьевич, доктор технических наук, и.о. заместителя генерального директора понауке и техническим проектам

Якутск

Nikolay I. Golikov, Doctor of Engineering, Acting Deputy Director for Science and Technical Projects

Yakutsk

СлепцовО. И.SleptsovG. N.

Слепцов Гавриил Николаевич, заведующий отделом технологий сварки и металлургии

Якутск

Gavriil N. Sleptsov, Head of Welding and Metallurgy Technology Department

Yakutsk

https://orcid.org/0000-0002-7913-8285КлочковЮ. С.KlochkovYu. S.

Клочков Юрий Сергеевич, доктор технических наук, доцент, и. о. ректора

Тюмень

Yurii S. Klochkov, Doctor of Engineering, Associate Professor, Acting Rector

Tyumen

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationООО «Газпромнефть НТЦ»Россия"Gazprom Neft PJSC"Russian FederationИнститут физико-технических проблем Севера СО РАН им. В. П. ЛарионоваРоссияV. P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RASRussian FederationТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation2024050920240496118Copyright © Шапошников Н.О., Ялыгин С.А., Ермаков Б.С., Швецов О.В., Ермаков С.Б., Голиков Н.И., Слепцов О.И., Клочков Ю.С., 20242024Шапошников Н.О., Ялыгин С.А., Ермаков Б.С., Швецов О.В., Ермаков С.Б., Голиков Н.И., Слепцов О.И., Клочков Ю.С.Shaposhnikov N.O., Yalygin S.A., Ermakov B.S., Shvetsov O.V., Ermakov S.B., Golikov N.I., Sleptsov G.N., Klochkov Y.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1234

Перемещение основных мощностей добывающих предприятий из центральных регионов страны в северные регионы потребовало полного переосмысления проблемы обустройства месторождений. К числу таких проблем относится возведение фундаментов под трубопроводы, технологические объекты, энергетические станции. В основном такие фундаменты изготавливают методом погружения свай в заранее пробуренные скважины. Использование буроопускных свай в условиях многолетнемерзлых грунтов является технологической необходимостью и связано с невозможностью применения свай других типов. Наибольшее распространение получили буроопускные сваи, изготовленные из прямошовных труб, сваренных токами высокой частоты (ГОСТ 20295 и ГОСТ Р 58064). Оценка работоспособности таких труб в условиях многолетнемерзлых грунтов была проведена посредством моделирования условий эксплуатации труб в лабораторных условиях, а также установки полноразмерных макетов свай в многолетнемерзлые плотные суглинистые и влажные — заторфованные — грунты полигона ФИЦ «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук». Испытаниям были подвергнуты как трубы с обязательной послесварочной термической обработкой, по требованиям СП 16.13330.2017, так и без термической обработки. Были проведены исследования статических механических свойств и ударной вязкости основного металла и сварных соединений труб, проведена оценка их коррозионной стойкости и трещиностойкости. Результаты исследований показали, что проведение послесварочной термической обработки не приводит к значительному повышению надежности буроопускных свай из стали 09Г2С. Одновременно анализ микроструктуры сварных соединений выявил значительное количество дефектов, расположенных по линии сплавления сварного шва, которые могут привести к ускоренному повреждению сваи.

Relocation of the main capacities of oil production infrastructure from Central to Northern Russia necessitated a re-evaluation of oilfield development strategies, particularly addressing the challenges of constructing foundations for pipelines, processing facilities, and power plants. These foundations are formed by drill-dipping piles into pre-drilled boreholes. The use of drill dipping piles in permafrost is technologically essential as alternative pile types are impractical. The most common are drill dipping piles fabricated from longitudinal seam pipes welded with high frequency current techniques (as per GOST 20295 and GOST R 58064). Performance of such pipes in permafrost conditions was evaluated through laboratory simulations mimicking operational conditions, as well as in-situ at the test site of Federal Research Centre "The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" where full-size piles were installed in firm loamy and wet peaty permafrost soils. Pipes both with and without post-weld heat treatment, as specified in SP 16.13330.2017, were tested. The authors examined static mechanical properties and impact toughness of the base metal and welded joints of the pipes, as well as corrosion resistance and crack resistance. The research revealed that post-weld heat treatment did not significantly enhance the reliability of drill dipping piles fabricated from 09G2S steel. Concurrently, microstructure analysis of the welded joints revealed a considerable number of defects along the weld-fusion line, potentially accelerating pile failure.

многолетнемерзлые грунтыбуроопускные сваисварка токами высокой частотыпослесварочная термическая обработкамеханические свойствакоррозионная стойкостьтрещиностойкостьpermafrost soilsdrill dipping pileshigh frequency current weldingpost-weld heat treatmentmechanical propertiescorrosion resistancecrack resistanceРабота выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ FSEG-2024-0009 «Разработка моделей деградации служебных свойств металлических и композиционных материалов для строительства в условиях многолетнемерзлых грунтах»).The work was performed within the government order from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (No. FSEG-2024-0009 "Development of degradation models of metallic and composite materials service properties for construction in conditions of permafrost soils").ReferencesАлексеев, А. Г. К вопросу усовершенствования технологии устройства и расчета различных видов свай / А. Г. Алексеев, П. М. Сазонов, Д. В. Зорин. – Текст : непосредственный // Вестник НИЦ Строительство. – 2019. – № 1 (20). – С. 5–13.Alekseev, A. G., Sazonov, P. M., & Zorin, D. V. (2019). On the issue of improving the technology of making and calculation of various types of piles. Bulletin of Science and Research Center of Construction, (1(20)), pp. 5-13. (In Russian).Свая на вечномерзлом грунте / О. М. Преснов, Л. А. Иванова, С. И. Бычковская, Д. А. Ломова. – Текст : непосредственный // Экономика строительства. – 2022. – № 1 (73). – С. 41–45.Presnov, O. M., Ivanova, L. A., Bychkovskaya, S. I., & Lomova, D. A. (2022). Pile on permafrost soil. Construction Economy, (1(73)), pp. 41-45. (In Russian).Алексеева, А. И. Информационные модели криосферы Земли / А. И. Алексеева, В. Т. Балобаев. – Текст : непосредственный // Криосфера Земли. – 2002. – Т. VI, № 1. – С. 62–71.Alekseeva, O. I., & Balobaev, V. T. (2002). Information models of the Earth cryosphere. Kriosfera Zemli, 6(1), pp. 62-71. (In Russian).Гончаров, Ю. М. Производство свайных работ на вечномерзлых грунтах / Ю. М. Гончаров, Ю. О. Таргулян, С. Х. Вартанов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ленинград : Стройиздат, 1981. – 160 с.Goncharov, Yu. M., Targulyan, Yu. O., & Vartanov, S. Kh. (1981). Proizvodstvo svaynykh rabot na vechnomerzlykh gruntakh. 2nd edition, revised. Leningrad : Stroyizdat Publ., 160 p. (In Russian).Спиридонов, А. А. Системное развитие транспортной инфраструктуры в Арктике / А. А. Спиридонов, А. М. Фадеев. – DOI 10.51823/74670_2022_4_31. – Текст : непосредственный // Арктика 2035: актуальные вопросы, проблемы, решения. – 2022. – № 4 (12). – С. 31–37.Spiridonov, A. A., & Fadeev, A. M. (2022). Systematic development of transport infrastructure in the Arctic. Arctic 2035: current issues, problems, solutions, (4(12)), pp. 31-37. (In Russian). DOI 10.51823/74670_2022_4_31.Притула, В. В. Коррозионная ситуация на газонефтепроводах России и их промышленная безопасность / В. В. Притула. – Текст : непосредственный // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – 2015. – № 2 (48). – С. 6–10.Pritula, V. V. (2015). Situation with corrosion on the Russian gas and oil pipelines and with their industrial safety. Pipeline transport: Theory and practice, (2(48)), pp. 6-10. (In Russian).Гуляев, А. С. Влияние почв на коррозию стальных труб. Моделирование стресс-коррозионных процессов / А. С. Гуляев. – DOI 10.22184/2227-572X.2017.37.6.74.77. – Текст : непосредственный // Аналитика. – 2017. – № 6 (37). – С. 74–77.Gulayev, A. S. (2017). Effect of soils on the corrosion of steel pipes. Modeling stress-corrosion processes. Analytics, (6(37)), pp. 74-77. (In Russian). DOI 10.22184/2227-572X.2017.37.6.74.77Технические решения ОАО «Гипротюменнефтегаз» при проектировании объектов нефтегазового комплекса на многолетнемерзлых грунтах (часть 1) / И. А. Щербинин, И. З. Фахретдинов, С. С. Иванов, И. А. Жолобов. – Текст : непосредственный // Нефтяное хозяйство. – 2015. – № 1. – С. 90–92.Shcherbinin, I. A., Fakhretdinov, I. Z., Ivanov, S. S., & Zholobov, I. A. (2015). Giprotyumenneftegaz engineering solutions for construction of oil and gas industrial facilities in permafrost areas (Part 1). Oil Industry, (1), pp. 90-92. (In Russian).Пьянков, С. А. Свайные фундаменты : учебное пособие / С. А. Пьянков. – Ульяновск : УлГТУ, 2007. – 104 с. – Текст : непосредственный.P'yankov, S. A. (2007). Svaynye fundamenty. Ulynovsk, 104 p. (In Russian).Влияние послесварочной термической обработки на эксплуатационные свойства стали 09Г2С, применяемой для изготовления буроопускных свай / С. А. Ялыгин, Б. С. Ермаков, А. В. Столяров [и др.]. – DOI 10.51890/2587-7399-2024-9-1-173-182. – Текст : непосредственный // PROнефть. Профессионально о нефти. – 2024. – Т. 9, № 1 (31). – С. 173–182.Yalygin, S. A., Ermakov, B. S., Stolyarov, A. V., Koinov, E. G., Shvetsov, O. V., Shaposhnikov, N. O., … Golikov, N. I. (2024). The influence of heat treatment after high-frequency welding on the operational properties of steel 09G2S used for the manufacturing of drilled piles. Proneft. Professionals about Oil, (1(31)), pp. 173-182. (In Russian). DOI 10.51890/2587-7399-2024-9-1-173-182Ткачук, М. А. Разработка режимов локальной термической обработки сварного шва труб среднего диаметра, сваренных токами высокой частоты / М. А. Ткачук, О. А. Багмет, П. П. Степанов. – Текст : непосредственный // Сталь. – 2016. – № 3. – С. 54–59.Tkachuk, M. A., Bagmet, O. A., & Stepanov, P. P. (2016). Local heat treatment of weld seams in moderate-diameter pipe produced by high-frequency current. Steel in Translation, 46(3), pp. 224-229. (In English). DOI 10.3103/S0967091216030141Исследование влияния термической обработки на металлофизические свойства металла сварных швов / Н. Г. Гончаров, А. А. Юшин, О. И. Колесников [и др.]. – DOI 10.28999/2541-9595-2021-11-4-412-419. – Текст : непосредственный // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2021. – Т. 11, № 4. – С. 412–419.Goncharov, N. G., Yushin, A. A., Kolesnikov, O. I., Nesterov, G. V., & Azarin, А. I. (2021). Research of influence of heat treatment on metallophysical properties of metal of welded seams. Science and Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation, 11(4), pp. 412-419. (In Russian). DOI 10.28999/2541-9595-2021-11-4-412-419Исследование причин снижения механических характеристик горячедеформированных отводов из стали 09Г2С / К. Н. Пантюхова, Д. А. Негров, О. Ю. Бургонова, В. Ю. Путинцев. – DOI 10.25206/1813-8225-2019-163-11-16. – Текст : непосредственный // Омский научный вестник. – 2019. – № 1 (163). – С. 11–16.Pantyukhova, K. N., Negrov, D. A., Burgonova, O. Yu., & Putintsev, V. Yu. (2019). Investigation of reasons for decrease in mechanical characteristics of hot-rolled steel 09G2S bends. Omsk Scientific Bulletin, (1(163)), pp. 11-16. (In Russian). DOI 10.25206/1813-8225-2019-163-11-16Старцев, О. В. Старение полимерных композиционных материалов в условиях экстремально холодного климата / О. В. Старцев, М. П. Лебедев, А. К. Кычкин. – DOI 10.14258/izvasu(2020)1-06. – Текст : непосредственный // Известия Алтайского государственного университета. – 2020. – № 1 (111). – С. 41–51.Startsev, O. V., Lebedev, M. P., & Kychkin, A. K. (2020). Aging of polymer composites in extremely cold climates. Izvestiya of Altai State University, (1(111)), pp. 41-51. (In Russian). DOI 10.14258/izvasu(2020)1-06Сальманов, И. Д. Остаточные напряжения и деформации при сварке / И. Д. Сальманов, М. Ю. Барановский, В. А. Тарасов. – Текст : непосредственный // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – № 12 (27). – С. 64–75.Salmanov, I. D., Baranovskii, M. Yu., & Tarasov, V. A. (2014). Welding deformations and residual stresses. Construction of Unique Buildings and Structures, (12(27)), pp. 64-75. (In Russian).Брушков, А. В. Засоленные многолетнемерзлые породы Арктического побережья, их происхождение и свойства / А. В. Брушков. – Москва : Издательство Московского университета, 1998. – 330 с. – ISBN 5-211-04017-1. – Текст : непосредственный.Brushkov, A. V. (1998). Zasolennye mnogoletnemerzlye porody Arkticheskogo poberezh'ya, ikh proiskhozhdenie i svoystva. Moscow, Izdatelstvo Moskovskogo universiteta Publ., 330 p. (In Russian). ISBN 5-211-04017-1Шамрикова, Е. В. Кислотно-основное состояние почв таежной и тундровой зон Европейского Северо-Востока России : специальность 03.02.13 «Почвоведение» : диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук / Шамрикова Елена Вячеславовна ; Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук, 2015. – 302 с. – Текст : непосредственный.Shamrikova, E. V. (2015). Kislotno-osnovnoe sostoyanie pochv taezhnoy i tundrovoy zon Evropeyskogo Severo-Vostoka Rossii. Diss. kand. biolog. nauk. Syktyvkar, 302 p. (In Russian).Определение критической величины раскрытия трещины (CTOD) по испытаниям образцов на трехточечный изгиб / В. Н. Кожин, В. И. Астафьев, А. В. Иоффе [и др.]. – Текст : электронный // Вестник евразийской науки. – 2021. – Т. 13, № 3. – URL: https://esj.today/PDF/27SAVN321.pdf (дата обращения: 15.04.2024).Kozhin, V. N., Astafev, V. I., Ioffe, A. V., Sergeeva, A. O., & Bulgakov, S. A. (2021). Critical crack opening (CTOD) determination from three-point flexion tests of samples. The Eurasian Scientific Journal, 13(3). Available at: https://esj.today/PDF/27SAVN321.pdf (accessed 15.04.2024)Маркадеева, А. Ю. Исследование трещиностойкости зоны термического влияния сварных соединений сталей, применяемых для арктических конструкций / А. Ю. Маркадеева, А. В. Ильин, М. А. Гусев. – DOI 10.18323/2073-5073-2018-1-43-51. – Текст : непосредственный // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2018. – № 1 (43). – С. 43–51.Markadeeva, A. Yu., Ilyin, A. V., & Gusev, M. A. (2018). The study of fracture toughness of heat-affected zone of welded joints of steels applied for arctic structures. Science Vector of Togliatti State University, (1(43)), pp. 43-51. (In Russian).Effect of strength mismatch on fracture mechanical behavior of HAZ-notched weld joint / F. Minami, M. Toyoda, C. Thaulow, M. Hauge. – DOI 10.2207/qjjws.13.508. – Текст : непосредственный // Quarterly Journal of the Japan Welding Society. – 1995. – Vol. 13, No. 4. – P. 508–517.Minami, F., Toyoda, M., Thaulow, C., & Hauge, M. (1995). Effect of strength mismatch on fracture mechanical behavior of HAZ-notched weld joint. Quarterly Journal of the Japan Welding Society, 13(4), pp. 508-517. (In English). DOI 10.2207/qjjws.13.508

The authors declare that there are no conflicts of interest present.