Computer simulation of the stress-strain state of a concrete gas pipeline in a swamp with compensators installed at its ends

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The technologies of construction and major repairs of main pipelines provide for the replacement of pipes with anchor devices and reinforced concrete weights with three-layer pipes consisting of a steel pipe, an outer continuous weighting reinforced concrete coating and an insulating layer located between them. This three-layer pipe is designated as a concrete-coated pipe in scientific and technical literature. When such pipes are used in difficult natural and climatic conditions, they float. Floating sections of the gas pipeline are classified as emergency and are taken out of operation. In this article, the problem of the stress-strain state (SSS) of a gas pipeline section in a swamp is stated and solved using the finite element method after the following changes were made to its design: pipes with reinforced concrete weights are replaced with concrete-coated pipes; G-shaped compensators are installed at the ends of the gas pipeline section in the swamp. For a section of the gas pipeline in a swamp, at the ends of which compensators have not yet been installed, the limit values of the operating parameters were found that determine the change in the shape of the pipe bend, in which the deflection arrow becomes directed upwards, and it can lead to the gas pipeline floating up. In the flooded underwater part of the gas pipeline section in a swamp with compensators installed at its ends, when the pipe bends, the deflection arrow remains directed downwards, there are no prerequisites for its floating up. The gas pipeline along the entire length of the section is stretched in the longitudinal direction, while in the flooded underwater part there is a uniform stretching of the pipe. At the ends of the calculated section, the values of the tensile-compressive stresses of the pipe in the longitudinal direction are determined from the longitudinal forces specified by the boundary conditions.

About the authors

R. M. Zaripov

Institute of Mechanics named after R.R. Mavlyutov – a separate structural division of Ufa Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: rail.zaripov@gmail.com
Ufa, Russia

R. B. Masalimov

Ufa State Petroleum Technological University

Email: masalimovrb@mail.ru
Ufa, Russia

References

  1. Димов Л.А., Богушевская Е.М. Магистральные трубопроводы в условиях болот и обводненной местности. М.: Горная книга, 2010. 392 с.
  2. Быков Л.И., Мустафин Ф.М., Рафиков С.К., Нечваль А.М., Лаврентьев А.Е. Типовые расчеты при проектировании, строительстве и ремонте газонефтепроводов: Учеб. пособие. СПб: Недра, 2011. 748 с.
  3. Шарыгин В.М., Яковлев А.Я. Прокладка и балластировка газопроводов в сложных условиях. М.: ЦентрЛитНефтегаз, 2009. 228 с.
  4. Саксаганский А.И., Васильев Г.Г., Горяинов Ю.А. Достоинства и недостатки современных подходов к балластировке подводных переходов // НГС. 2012. № 1. С. 30–37.
  5. Исламгалеева Л.Ф., Зарипов Р.М. Влияние степени обводнения грунта прилегающих подземных участков на напряженно-деформированное состояние подводного газопровода // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2011. № 6. С. 116–129.
  6. Кожаева К.В., Жданов Р.Р., Азметов Х.А. Исследование влияния продольного усилия на интенсивность балластировки подводного трубопровода // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. № 1 (335). С. 66–77. https://doi.org/10.17122/ntj-oil-2022-1-66-77
  7. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. М.: ФГУП ЦПП, 2005. 60 с.
  8. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость: справочное пособие. М.: Недра, 1982. 341 с.
  9. Шаммазов А.М., Зарипов Р.М., Чичелов В.А., Коробков Г.Е. Расчет и обеспечение прочности трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях. Т. 2. Оценка и обеспечение прочности трубопроводов. М.: Изд-во “Интер”, 2006. 564 с.
  10. Лаптева Т.И., Мансуров М.Н. Разработка методов, обеспечивающих работоспособность морских газопроводов в условиях арктического шельфа // Надежность и безопасность эксплуатации линейной части магистральных газонефтепроводов: cборник научных трудов экспертно-инжиниринговой компании “ЭКСИКОМ” № 1. М.: РГУ нефти и газа, 2018. С. 27–30.
  11. Лаптева Т.И. Повышение безопасной эксплуатации морских трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях арктического шельфа // Нефть. Газ. Новации. 2018. № 5. С. 63–65.
  12. Лаптева Т.И. Эксплуатационная надежность морских трубопроводов в сложных инженерно-геологических условиях континентального шельфа России // Безопасность труда в промышленности. 2018. № 1. С. 30–34. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2018-1-30-34
  13. Зарипов Р.М., Масалимов Р.Б. Напряженно-деформированное состояние подводного морского нефтепровода с учетом изменения грунтовых условий и параметров эксплуатации // Многофазные системы. 2023. Т. 18. № 1. С. 17–26. https://doi.org/10.21662/mfs2023.1.003
  14. Ан Е.В., Рашидов Т.Р. Сейсмодинамика подземных трубопроводов, взаимодействующих с водонасыщенным мелкодисперсным грунтом // Изв. РАН. МТТ. 2015. № 3. С. 89–104.
  15. Шестов А.С., Марченко А.В., Огородов С.А. Математическое моделирование воздействия ледяных образований на дно Байдарацкой губы Карского моря // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2011. Вып. 5, № 63 (347). С. 105–118.
  16. Зарипов Р.М., Масалимов Р.Б. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния подводного морского газопровода с учетом разжижения грунта и параметров эксплуатации // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 4. С. 152–166. https://doi.org/10.31857/S0572329922600700
  17. Зарипов Р.М., Масалимов Р.Б. Использование компенсаторов в подводном участке морского газопровода для предотвращения его всплытия // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 2. С. 196–205. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/2/3761
  18. Зарипов Р.М., Бахтизин Р.Н., Масалимов Р.Б. Исследование влияния изменения грунтовых условий и параметров эксплуатации подводного участка морского нефтепровода на его возможное всплытие // Нефтяное хозяйство. 2023. № 6. С. 83–87. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2023-6-83-87
  19. Зарипов Р.М., Бахтизин Р.Н., Масалимов Р.Б. Напряженно-деформированное состояние подводного морского газопровода и установка компенсаторов-упоров, предназначенных для предотвращения его всплытия // SOCAR Proceedings. 2023. № 2. С. 1–11. https://doi.org/10.5510/OGP2023SI200903
  20. Bi K., Hao H. Using pipe-in-pipe systems for subsea pipeline vibration control // Engineering Structures. 2016. V. 109. P. 75–84. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.11.018
  21. Davaripour F., Quinton B.W.T., Pike K. Effect of damage progression on the plastic capacity of a subsea pipeline // Ocean Engineering. 2021. V. 234. P. 109118. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109118
  22. Palmer A.C., King R.A. Subsea pipeline engineering. Oklahoma: PWC, 2004. 570 p.
  23. Hong Z., Liu R., Liu W., Yan S. Study on lateral buckling characteristics of a submarine pipeline with a single arch symmetric initial imperfection // Ocean Engineering. 2015. V. 108. P. 21–32. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.07.049
  24. Cheng A., Chen N.-Z. Corrosion fatigue crack growth modelling for subsea pipeline steels // Ocean Engineering. 2017. V. 142. P. 10–19. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.06.057
  25. Wang Z., Tang Y. Study on symmetric buckling mode triggered by dual distributed buoyancy sections for subsea pipelines // Ocean Engineering. 2020. V. 216. P. 108019. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108019
  26. Chen Y., Dong S. et al. Buckling analysis of subsea pipeline with idealized corrosion defects using homotopy analysis method // Ocean Engineering. 2021. V. 234. P. 108865. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.108865
  27. Peek R., Yun H. Flotation to trigger lateral buckles in pipelines on a flat seabed // J. Eng. Mech. 2007. V. 4. P. 442–451. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2007)133:4(442)
  28. Zhao E., Qu K., Mu L., Kraatz S., Shi B. Numerical Study on the hydrodynamic characteristics of submarine pipelines under the impact of real-world tsunami-like waves // Water. 2019. V. 11. № 2. P. 221. https://doi.org/10.3390/w11020221
  29. Huang B., Liu J., Lin P., Ling D. Uplifting behavior of shallow buried pipe in liquefiable soil by dynamic centrifuge test // Hindawi Publishing corporation scientific world journal. 2014. № 1. P. 838546. https://doi.org/10.1155/2014/838546
  30. ASME B31.8-2007. Gas transmission and distribution piping systems. The American society of mechanical engineers, 2007. 201 p.
  31. DNV-RP-E305. On-Bottom stability of submarine pipelines. Veritas offshore technology and services, 1988. 50 p.
  32. Коробков Г.Е., Зарипов Р.М., Шаммазов И.А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости трубопроводов и резервуаров в осложненных условиях эксплуатации. СПб.: Недра, 2009. 409 с.
  33. Мяченков В.И., Мальцев В.П. Методы и алгоритмы расчета пространственных конструкций на ЭВМ ЕС. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.
  34. Ильгамов М.А. Модель всплытия подводного трубопровода. Физика. Технические науки // ДАН. 2022. Т. 504. № 1. С. 10–14. https://doi.org/10.31857/S2686740022030087
  35. Dimov L.A., Bogushevskaya E.M. Main pipelines in swamps and flooded areas. M: Gornaya kniga, 2010. 392 p.
  36. Bykov L.I., Mustafin F.M., Rafikov S.K., Nechval A.M., Lavrentiev A.E. Standard calculations in the design, construction and repair of gas and oil pipelines: Textbook. St. Petersburg: Nedra Publ., 2011. 748 p.
  37. Sharygin V.M., Yakovlev A.Ya. Laying and ballasting of gas pipelines in difficult conditions. Moscow: CentrLitNeftegaz, 2009. 228 p.
  38. Vasiliev G.G., Goryainov Yu.A., Saksagansky A.I. Advantages and disadvantages of modern approaches to ballasting underwater crossings // NGS. 2012. № 1. Р. 30–37.
  39. Islamgaleeva L.F., Zaripov R.M. Influence of the degree of flooding of the soil of adjacent underground areas on the stress-strain state of an underwater gas pipeline // Electronic Scientific Journal Oil and Gas Business. 2011. № 6. Р. 116–129.
  40. Kozhaeva K.V., Zhdanov R.R., Azmetov Kh.A. Investigation of the effect of longitudinal force on the intensity of ballasting of an underwater pipeline // Problems of Collecting, Preparing and Transporting Oil and Petroleum Products. 2022. № 1 (335). Р. 66–77.
  41. SNiP 2.05.06-85*. Main pipelines. Moscow: FSUE CCP, 2005. 60 p.
  42. Einbinder A.B., Kamerstein A.G. Calculation of main pipelines for strength and stability. Reference manual. M.: Nedra, 1982. 341 p.
  43. Shammazov A.M., Zaripov R.M., Chichelov V.A., Korobkov G.E. Calculation and ensuring the strength of pipelines in difficult engineering and geological conditions. V. 2. Assessment and ensuring the strength of pipelines. M: Publishing house “Inter”, 2006. 564 p.
  44. Lapteva T.I., Mansurov M.N. Development of methods to ensure the operability of offshore gas pipelines in the conditions of the Arctic shelf // Reliability and safety of operation of the linear part of the main gas and oil pipelines: Collection of scientific papers of the EXIKOM Expert Engineering Company No. 1. M: Russian State University of Oil and Gas, 2018. P. 27–30.
  45. Lapteva T.I. Improving the safe operation of offshore pipelines in difficult engineering and geological conditions of the Arctic shelf // Oil. Gas. Innovations. 2018. № 5. Р. 63–65.
  46. Lapteva T.I. Operational reliability of offshore pipelines in difficult engineering and geological conditions of the continental shelf of Russia // Occupational safety in industry. 2018. № 1. Р. 30–34. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2018-1-30-34
  47. Zaripov R.M., Masalimov R.B. Stress-strain state of an underwater marine oil pipeline, taking into account changes in ground conditions and operating parameters. The electronic scientific journal “Multiphase systems”. 2023. V. 18. № 1. Р. 17–26. https://doi.org/10.21662/mfs2023.1.003
  48. An E.V., Rashidov T.R. Seismodynamics of underground pipelines interacting with water-saturated finely dispersed soil // Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Solid state mechanics. 2015. № 3. Р. 89–104.
  49. Shestov A.S., Marchenko A.V., Ogorodov S.A. Mathematical modeling of the impact of ice formations on the bottom of the Baydaratskaya Bay of the Kara Sea // Proceedings of the Central Research Institute named after Academician A.N. Krylov. 2011. Issue 5. № 63 (347). Р. 105–118.
  50. Zaripov R.M., Masalimov R.B. Numerical modeling of the stress-strain state of an underwater marine gas pipeline taking into account soil liquefaction and operating parameters // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Solid state mechanics. 2023. № 4. Р. 152–166. https://doi.org/10.31857/S0572329922600700
  51. Zaripov R.M., Masalimov R.B. The use of compensators in the underwater section of an offshore gas pipeline to prevent it from surfacing // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2023. V. 334. № 2. Р. 196–205. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/2/3761
  52. Zaripov R.M., Bakhtizin R.N., Masalimov R.B. Investigation of the influence of changes in soil conditions and operating parameters of an underwater section of an offshore oil pipeline on its possible ascent. 2023. № 6. Р. 83–87. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2023-6-83-87
  53. Zaripov R.M., Bakhtizin R.N., Masalimov R.B. The stress-strain state of an underwater offshore gas pipeline and the installation of compensator stops designed to prevent it from surfacing // SOCAR Proceedings Special. 2023. № 2. Р. 1–1. https://doi.org/10.5510/OGP2023SI200903
  54. Bi K., Hao H. Using pipe-in-pipe systems for subsea pipeline vibration control // Engineering Structures. 2016. V. 109. P. 75–84.
  55. Davaripour F., Quinton B.W.T., Pike K. Effect of damage progression on the plastic capacity of a subsea pipeline // Ocean Engineering. 2021. V. 234.
  56. Palmer A.C., King R.A. Subsea pipeline engineering // Oklahoma: PWC, 2004. 570 p.
  57. Hong Z., Liu R., Liu W., Yan S. Study on lateral buckling characteristics of a submarine pipeline with a single arch symmetric initial imperfection // Ocean Engineering. 2015. V. 108. P. 21–32.
  58. Cheng A., Chen N.-Z. Corrosion fatigue crack growth modelling for subsea pipeline steels // Ocean Engineering. 2017. V. 142. P. 10–19.
  59. Wang Z., Tang Y. Study on symmetric buckling mode triggered by dual distributed buoyancy sections for subsea pipelines // Ocean Engineering. 2020. V. 216.
  60. Chen Y., Dong S. et al. Buckling analysis of subsea pipeline with idealized corrosion defects using homotopy analysis method // Ocean Engineering. 2021. V. 234.
  61. Peek R., Yun H. Flotation to trigger lateral buckles in pipelines on a flat seabed // Journal of Engineering Mechanics. 2007. V. 4. P. 442–451.
  62. Zhao E., Qu K., Mu L., Kraatz S., Shi B. Numerical Study on the hydrodynamic characteristics of submarine pipelines under the impact of real-world tsunami-like waves // Water. 2019. V. 11. № 2. Р. 221.
  63. Huang B., Liu J., Lin P., Ling D. Uplifting behavior of shallow buried pipe in liquefiable soil by dynamic centrifuge test // Hindawi Publishing corporation scientific world journal. 2014.
  64. ASME B31.8-2007. Gas transmission and distribution piping systems. The American society of mechanical engineers, 2007. 201 p.
  65. DNV-RP-E305. On-Bottom stability of submarine pipelines. Veritas offshore technology and services, 1988. 50 p.
  66. Korobkov G.E., Zaripov R.M., Shammazov I.A. Numerical modeling of the stress-strain state and stability of pipelines and reservoirs in complicated operating conditions. St. Petersburg: Nedra, 2009. 409 p.
  67. Myachenkov V.I., Maltsev V.P. Methods and algorithms for calculating spatial structures on EU computers. Moscow: Mashinostroenie, 1984. 280 p.
  68. Ilgamov M.A. A model of the ascent of an underwater pipeline. Physics. Technical sciences // DAN. 2022. V. 504. Р. 12–16.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».