автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка методов поточного строительства наземных нефтегазовых объектов с использованием блочно-комплектных устройств

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ; имени Н.М.ГУБКИНА

На правах оукоплси удк б.:2.691.4.07:004.28

ИСАЕВ ЗИЯУДИН БАХОЕВНЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОТОЧНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НАЗЕМНЫХ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность: 05.15.13- Строительство я эксплуатация нефтегазопроводов, баз к хранилищ.

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1998 г.

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа им. ИМ. Гу ыша.

Научный консультант - доктор технически налтс

профессор Телегин ЛГ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Москобвде А.Г.

кандидат технических наук Шанец В.К.

Ведущее предприятие: "ЦентрубопроЕодстрон"

Защита состоится "¿У" " ¿ля^эгт*." 1Р98г. е часов ауд. на заседании диссертационного совета Д 053.27.02 по защите днссе{ тацнн на соискание ученой степени доктора технических наук по специальное! 05.15.13 "Строительство н эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ при Государственной академии нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 1179 Г Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГАНГ им. ИМ. Губкина

Автореферат разослан " г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических нате доцент У/'" ' / В.В.ОРЕХОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях перестройки хозяйственного механизма в целом в стране и. в частносш. в строительстве, при практической самостоятельности проектных. строительно-mgiîtалгных к других специализированных пред-прияпш н организаций. резком изменении форм их взишсоткошеинн. усложне-шш процессов организации упрмзлг;п!л аротелькьш производством, соответствующие эгоыу как проблемные, iai; п требующие о.тзгжашиего разрешения Еопросы нефтегазового наземного сгриггельства Есе больше н больше проявляются в последнее время.

Связано это с тем, чю в течение последних примерно двадцати лет основой технической политики в наземном нефтегазовом строхгтельстБе является применение блочно-комплектяых ycipoircTB (БКУ).

В связанном с этим процессом представляется возможным проследить два сравнительно условных по различию поставленных целен этапа.

Первый - техническое перевооружение наземного нефтегазового строительства на базе перехода от традиционных методов нх сооружения к сооружению с использованием БКУ заводского изготовления.

Второй этап, по нашем)' мнению, продолжающийся до настоящего времени, базируется на установлении оптимальных соотношений между традиционными органгоащгонно-технологяческимн схемами производства строительно-монтажных работ (СМР), основу которых составляет поточность tlx выполнения, и схемами, где присутствуют БКУ.

Обраш.ает на себя внимание тот факт, что в последние годы, по известным данным, не выполнено сколько-нпоудь значимых научных исследований в этом направлении, настутшл как бы "научный перерыв", очевидно, связанный с известными реформами в стротельс1Бе. Соответственно, в зги же тош практически не было п публикащш по данной тематике.

Уже с начала внедрения БКУ в наземном нефтегазовом строгаельсхЕе (нефтетазопромысловые объекты, компрессорные и насосные станции магистральных трубопроводов и др.) было ясно, что оно повлияет на эффективность применения гоночного метода строительства. потребует пересмотра некоторых его положений. Однако, хотя наличные исследования этого направления. как известно. планировались, но не были проведены.

В изложенном и заключается актуальность темы реферируемой автором диссертационной работы.

Цель работы. Цель п объекты диссертационной работы предопределили задачи исследования:

■ анализ перспектив и формирования положен™ развития строительства наземных нефтегазовых объектов с использованием БКУ;

в формирование органгоздионно-технологической надежности специализированных и объемных иоюков строительства наземных нефтегазовых объектов;

■ исследование и формирование методов лоточного строительства наземных нефтегазовых объектов с использованием БКУ.

Научная новизна работы. 1. Впервые на основе положения "чем выше уровень использования БКУ на отдельной строительной площадке наземного нефтегазового объекта, тем ниже возможности таи использования преимуществ поточного метода строительства" определена организационно-технологическая структура строительства нефтегазовых объектов с определением необходимости реализации комплексных строительно-монтажных подразделен^ - специализированных строительных потоков с выделением работ по монтажу БКУ, но включением их в общий процесс поточного строительства объектов.

2. В целях использования преимуществ поючното строительства наземных нефтегазовых объектов аЕтороы предложено поточное строительство осуществлять не только в рамках отдельной строительной площадки, но "поставить на по-

ток" сооружение одноименных и однотипных объектов, включая в него монтаж БКУ.

3. Исследованиями автора установлено, чю влияние организационно-управленческого фактора на один го основных показателен строительства наземных нефтегазовых объектов - продолжительность строительства - примерно в 4.5 раза значительнее, чем любого другого - технического, технологического, прн-родно-климагпческого, социальною н др.

4. Автором определено, что имеются все основания рекомендовать Тендерному комитету РАО 'Газпром" предъявлять на конкурентные торги не отдельные КС, а минимум 2-3 их с тем, чмбы подрядчики могли реэлпзовыЕагь преимущества поточного строительства этих объектов.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались автором:

1. На совещании в г. Назрани (Республика Ингушетия) в 1996г. "О развитии нефтегазового комплекса республик Северо-Кавказского региона".

2. На совещании по проблемам строительства газопровода Ямал-Европа в г. Тюмени в 1997г.

3. На конференции по вопросам развития нефтегазового комплекса в странах СНГ в институте Адама Смита в Лондоне в 1991г.

4. На газовом конгрессе в Канаде, г. Оттава в 1993г. Публикации. По теме диссертации автором опубликовано б работ. Структура работы и ее объем. Диссертационная работа состоит из введения

и четырех глаЕ, рисунков, таблиц, выводы по разделам, общих еыводов н списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работа, сформулированы ее цель и предпосылки ее выполнения как научно-исследовательской работы, имеющей практическо-прикладные цели.

В первой главе - "Анализ формирования п перспектив развития ортаниз; щш строзпеяьсгва наземных нефтегазовых объектов с использованием блочнс комплексных устройств" - показано, что применение БКУ вызвало не юлы; спецификой сооружения энее объектов в сложных природно-рлтгашческнх ус ловлях. в первую очередь в Западной Сибири, но и повышением уровня нндуа рпализацин строительства. При этом показано, что пргохенекия БКУ eoecc н олицетворяет все преимущества индустрпачьного строительства, а являете лишь одним из его признаков, наряд}' с комплексной механизацией и автомата зацней, поточностью как главной формой организации строительного произвол ства, его организационно-технологической надежностью н другими.

Автором показано, что одновременное внедрение БКУ в наземном нефтегг зовом строительстве и совершенствование поточного метода строительств вступает в определенное противоречие, влияет на организационно технологическую надежность строительного производства.

На основе этого положения автором выполнен сравнительный анализ про допнтельностн строительства одноименных и однозначных по конструктивно планировочным решениям нефтегазовых объектов, сооруженных 8-10 лет нзза, с использованием БКУ, и сооружаемых в настоящее время в условиях действа конкурентных торгов на строительство этих объектов. Оказалось, что преяыу щества поточного метода строительства используются лишь в пределах отдель ных строительных площадок, что усугубляется представлением Тендерным ко ыитетом (РАО 'Газпром") всего по одном)' объекту (система газопроводо] Ямат-ЕЕропаи др.) на конкурентные торги.

Это позволило прийти к частным выводам.

Во-первых, в рамках строительства отдельного нефтегазового наземноп объема с использованием БКУ возможности организации СМР поточным мето дом тем более уменьшаются, чем больше возрастает уровень блочности строи гельства.

Во-вторых, однотипные нефтегазовые объекты следует сооружать, реализуя долгосрочные объектные строительные потоки.

В-гретьих. действующие нормативные документы е части поточного строительства наземных нефтегазовых объектов с испояьзоЕанпем БКУ должны быть пересмотрены в отношении организации производства СМР в рамках отдельной строгпельной площадки я групп площадок.

Вторую главу диссертационной работы составило исследование методов поточного строительства нефтегазовых объектов и их комплексов.

В частности, при исследовании специфики строительных потоков, осуществляемых в рамках строительной площадки отдельного наземного нефтегазового объекта было установлено, что, применительно к современным объемно-конструкшвно-планирОБОчльш решениям нефтегазовых объектов, технологии производства СМР л природно-климатическим условиям строительства, целесообразно, например, при сооружении насосных станций, организовывать не более семи специализированных строительных потоков, образующих отдельный объектный строительный лоток: подготовительных работ; по устройству фундаментов н опорных конструкций под БКУ; по устройству инженерных коммуникаций н дорог, по монтажу технологических трубопроводов, по установке блоков и 6лок-6оксое; по монтажу здаитьукркшпг, по монтажу межобьекгных коммуникаций н пусконаладочным работам.

Все потоки были определены как краткосрочные неритмичные.

Показано, что эмпирическая формула определения уровня поточности

д" wtgjc) • ••

где 30. н Зс - величины заделало объему н структуре; 3,.,. и 30Х - оптимальные значения 3.,. и Зс; R. - рнгм потока, наиболее отвечает условиям сооружения нефтегазовых объектов, чем ошошенне суммы продолжительности Есех критических работ к сумме продолжительности всех работ в данном процессе.

Здесь же автором получены эмпирические формулы увеличения продолжительности строительства нефтегазового объекта за счет неполного совмещения специализированных поюков и при переходе от равномерного производства к неравномерному, а также уменьшения продолжительности строительства при переходе от прерывистого выполнения СМР к непрерывному. Кроме того, автором предложена модель "идеальною" графика поючного строительства наземных объектов (КС, НС) на отдельного магистральном трубопроводе (рис.1).

В подразделе "Разработка научных предпосылок изменения трактовки положений поточности строительного производства" автор исследовал существующие положения в части:

■ совмещения производства специализированных ендов работ при предельной концентрации ресурсов на сосредоточенных (в отличие от лн-нейно-протяженных) объект их нефтегазового строительства;

■ роста производительности труда при поточном производстве работ и при технологической специализации СМР.

Показано, что в первом случае эффективным оказывается последовательный (не поточный, не параллельный и не распределительный) метод строительства а во втором - именно технологическая специализация СМР. Основополагающей базой этого исследования получили разработки проф. Карпенко М.П., выполненные еще в 1980г.

Проведенная автором оценка сравнительной надежности методов организации строительства наземных нефтегазовьгх объектов показала, что для различных критериев оптимальности организации, строительства продолжительность строительства, экономический эффект н др.) на перЕое место может бъпъ поставлено последовательное, на второе - параллельное, а на третье - поточное строительство. От первых двух отказываться пока нет оснований.

Рис. 1. Модель идеального графика поточного строительства наземных объектов (КС. НС) на отдельном магистральном трубопроводе.

При исследовании формирования документов по органшаоти поточного строительства наземных нефтегазовых сосредоточенные объектов автор показал, что существующая практика не способствует использованию преимуществ разработки и реализации проектов организации работ (ПОР), сводя Есе к проектам организации строительства и производства работ (ПОС и ППР), - см. рис.2.

Третья глава диссертационной работы - исследование надежности строительных иотокое сооружения наземных нефтегазовых объектое - еключплэ ео-просы специфики надежности строительного производства как строительного потока и способы расчета показателей надежности строительного потока.

Здесь автор ориентировался на известные исследования проф. Гусакова a.a., определяемые единым положением: "Надежность строительного производства - надежность результата". В этом плане автор исследовал организационно-технологическую надежность (ОТН) строительного производства в ее современном определении как способность организационных, технических, технологических, управленческих и экономических решений с заданной вероятностью обеспечивать достижение заданного результата функционирования системы строительного производства - в соответствии с конкретным договором построенными объектами - в условиях случайных возмущений, присущих строительству и соответствующих принятым решениям (т.е. Еозмущений технического порядка, организационного и т.д., включая природно-климатические и социальные).

Автор дал определение указанным возмущениям и установил сущность их (причин отказов е строительном производстве). Более того, отказы б поточном строительном производстве были классифицированы по следующим признакам (с определение вида отказа): область проявления отказа (технологический, управленческий, организационный, и др.);

Рис. 2. Блок-схема разработки проекта организации работ (ПОР) для строптельно-монтажпой организации (СМО). ОСП - объектные строительные потоки.

■ возможность функционирования строительного потока (в данном случае - специализированного) после возникновения отказа) - полный, частичный;

я характер изменения основного параметра строительного потока до момента возникновения отказа (внезапный, постепенный);

■ связь между отказами (зависимый, независимый);

я устойчивость неработоспособности (устойчивый, сбой, перемежающийся);

■ наличие внешних проявлений отказов (очевидный, или явный; скрытый, или неявный);

■ возможность устранения отказа (устранимый - немедленно, требует мало времени, потребует много времени; не устранимый).

Основные параметры строительного потока представлены:

■ пространственными (захватка, фронт работы);

я технологическими, (число частных строительных потоков, объем СМР, трудоемкость, интенсивность);

■ временными (риш потока, шаг потока, темп потока).

Вероятность безотказной работы по числу отказавших строительных потоков определена логическим выражением:

где п(Т) - число отказавших строительных потоков (процессов) за время Ь; В - число параллельных потокое, на которых фиксировались работоспособность.

Вероятность безотказной работы строительных потоков по продолжительности строительства записываются аналогично:

1 в и

(2)

где А - продолжительность рабочей смены, ч в течение суток h - число суок наблюдения: <:ij - продолжительность отказов i-ro поюкав j-e сутки.

Вероятность своевременного выполнения планируемых объемов СМР опре-

ЙЛЯЮТСЯ ВЫрГСлсНИсН:

PC и! = i^l!— . (4)

/>у и ' '- •in

где и, - объем CMP. выполненных i-ы строительным потоком j-e сутки; -лановая суточная интенсивность i-ro строительного потока.

Далее в этом разделе диссертации автором определены зависимости, выражающие математическое ожидание продолжительности отказов строительных отоков; коэффициенты готовности строительного производства после устране-ия отказа строительного потока; среднее значение времени между соседними тказзмн (наработка на отказ); время безотказной работы и другие.

Кроме того, была построена схема последовательности определения уровня )ТН строительных поюков (рис.3) и разработаны мероприятия по устранены отказов специализированных строительных потоков в зависимости от при-ин возникновения отказов (19 положений и 32 мероприятия).

Четвертая глава диссертации - исследование органшэдлонно-ехнологической структуры поточного строительства наземных сосредоточен-ых нефтегазовых объектов - включил рассмотрение именно в исследователь-ком плане следующих вопросов:

а вероятностный характер поточного строшельства; ■ количественная оценка влияния дестабилизирующих факторов на поточное строительство нефтегазовых объектов в рамках его основных параметров;

Установление величины технологического и организационного отказов

Сбор сгзхистических ззяйьк яа ведущих строительных процессах: |

___'__I

Рпс. 3. Схема последовательности определения уровня организационно-технологической надежности строительного производства (строительных потоков).

а разработка технологических требований к организации специализированны-: строительны-; поюков при сооружении наземные нефтегазовые объектов;

а формирование укрупненной оргшгаззпионно-технологической модели поточного строительства комплекса одноименных нефтегазовых объектов с использованием БКУ.

Исследуя основные оргашпационно-технолотческо-пронзЕОдственные параметры специализированного строительного потока:

* машинооснащенностъ;

* производственный потенциал;

* выработку;

* интенсивность потребления ресурсов - временных трудовых, материальных;

* выпуск готоеоп строительной продукции (для нескольких параллельных специализированных потоков, в совокупности составляющих объектный строитебльный поток), - и также характер воздействия на него комплекса детершшпрзтотцлх л случайных дестабилизирующих факторов, автор определил, что результатом этого воздействия являются не только простои я потери рабочего времени самых разнообразных видов и типов, но одновременное дестабилизирующее воздействие нескольких факторов.

Это позволило получить новое выражение для определения производительной работы специализированного строительного потока (б долях едингщы):

л

(5)

Т = 11 кр сиге. 1

TT т

-__и г__и л.

т* - п

: Т - Т

cl-uf кщ

где TcpoKss. - производительная работа специализированного строительного потока: Тг™Ст - суммарный простой (целосменные и внутрпеменные простои), за

время функционирования строительного потока Тоав: п<4 (по статистическим данным).

Далее автором бьшо определено, чю для повышения уровня организационно-технологической надежности наземного нефтегазового строительства по точным методом преимущественное значение имеет определение конкретных зависимостей основных оргашпэдюнно-структурных параметров. описывающие процесс функционирования строительного потока (здесь - специализированного), ог соответствующих и также конкретных дестабилизирующих факторов.

Были исследованы факторы, дестабилизирующе воздействующие на строительное производство на всех этапах формирования его ОТН: проектирования изготовления строительных деталей, блоков (в т.ч. и БКУ), узлов и конструкций транспортировки их (деталей н др.) к местам производства СМР; производств; СМР (основной этап). Экономические факторы автором не рассматривались.

Кроме того, указанные факторы исследовались и по времени нх воздействие на систему строительства (действующие постоянно, периодически, эпизодически), по уровню управляемости со стороны системы строительстве (управляемые, частично управляемые, неуправляемые), по характеру факторов, по отношению к системе (внутренние, внешние), по объему воздействия на систему строительства и по возможности устранения воздействия.

Установленные автором классификационные признаки факторов позволили создать классификационные группы этих факгоров.

Исследовалась модель влияния дестабилизирующих фактороБ, общий ви? которой:

(б)

а в виде частного случая:

а =

(?)

где а - отяоагтельный параметр; ф - некая функт« и переменных Т»,-^. и Т~ - соответственно фактическая и плановая продолжительность строительства.

Хотя направленность исследования велись с позтщтш ОТН строительного производства результаты показали, чга на функционирование специализированных потоков наибольшее влияние (а следовательно и на функционирование) строительною производства в целом) оказывают организационный и управленческий факторы, а технологический фактор оказывается "на третьем меае".

Это позволяет говорить не только об ОТН - ортанпзационно-технолопгческой надежности строительного производства но и об его организационно-управленческой надежности, т.к.

Лрг + Руяр „ Г. а й _ г, . ,оч

¡5 = ЛЧттр — Уосг упр <

ртехнт

= 4,0; (0)

Рсрг.уч

Агв.-м

— = 4,7; (10)

«р.-ОТИА

Пор,-

рг-^тгр.

рсо'4. - ?

а 4.5.

(11)

где Рсрг.-угр.» Рсрг.? Р^пр? Ргазолог.? Рттас? Рпр.-ним.» ^смх-л* ~ возможный уровскь

влияния на строительное производство факторов соответственно организационно-управленческого, организационного, упрЗЕленческого, технологического, технического, природно-климатического, сощгзльно-экономлческого.

Детальное рассмотрение изложенных выше положений позволило автору выделить единичные дестабилизирующие факторы, поглощаемые приведенными выше:

♦ обеспечение строительства проекгно-сметной документацией;

♦ своевременность поставки комплексов технологического оборудования;

• уровень комплексной механизации. автоматизации и роботизации (в перспективе) производства СМР;

• степень применения БКУ в рамках отдельного нефтегазового объекта;

• уровень технологической специализации (число единичных видов СМР, выполняемых одним специализированным потоком по отношению к общему числу работ);

* бесперебойность обеспечения строительства объекта ресурсами, прежде всего технологическими, т.е. обеспечивающими непрерывность технологических процессов;

* экологические требования, предъявляемые к сооружению наземных нефтегазовых сосредоточенных объектов.

Автор получил математические выражения изложенных положений (10 формул), включая фактор производственной дисциплины.

Исследовав существующее определение комплексных строительных бригад применительно к формированию специализированных строительных потоков, автор установил перечень и характеристики параметров, общих для процесса сооружения наземных нефтегазовых объектов, имеющих вероятностный характер и входящих в основные расчетные формулы проектирования числа и состава укрупненных строительно-монтажных бригад в их организацяонно-технологической взаимосвязи с укрупненяьпш комплексами работ (рис. 4). По существу, это модель сооружения нефтегазовых наземных сосредоточенных объектов в форме базовой единицы - отдельного объекта.

О Б Ъ Е К № 1

С!

Сг

СЗ

Сц, С5

Рис. 4. Организационно-технологическая взаимосвязь укрупненных комплексов работы при сооружении наземных нефтегазовых объектов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В рамках строительства отдельного наземного нефтегазового сосредоточенного объекта с использованием блочно-комплексных устройств (БКУ) возможности организации поточного производства строительно-монтажных работ (СМР) уменьшаются пропорционально увеличению уровня применения БКУ.

В целях использования преимуществ поючного строительства нефтегазовых наземных объектов строительство их должно быть поставлено "на поток", еклзо-чая и монтаж БКУ по "идеальном}'" графите}', предложенному автором. При этом проекты организации работ должны разрабатываться не на год, как предусмотрено действующими строительными нормами, а на весь период строительства комплекса одноименных объектов.

2. Специфика надежности специализированных строительных потоков, осуществляемых при сооружении наземных нефтегазовых сосредоточенных объектов, являющаяся, по существу, спецификой надежности строительного производства, характеризуется структурой возмущений - причин отказ об потоков, -которая включает: технические, технологические, организационные, управленческие, социальные и природно-климатические факторы, для снятия влияния которых или снижения их воздействия на строительные лот опт автором определены адекватные мероприятия.

3. Вероятностный характер поточного строительства наземных неф-тебгазовых сосредоточенных объектов определяются влиянием дестабилизирующих факгоров не только в плане градационных понятий организационно-технологической надежности строительного производства, но и в плане органн-зационно-управленческой. Соотношение - 2.5.

4. Автором определены и сформулированы определяющие требования к формированию объектных строительных потоков по сооружению наземных нефтегазовых сосредоточенных объектов, основными из которых (3-мп) являются:

* долгосрочность потоков - не менее 2-3 лет;

• применение комплексных строительных бригад;

• выделение монтажа БКУ в отдельный укрупненный вид работ, не исключаемый из состава работ комплексных бригад.

5.Имеются все основания рекомендовать Тендерному комитету РАО "Газпром" представлять на конкурсные торт (например, по строительств}/ системы газопроводов Ямал-Европа) не отдельные КС. а 2-3- тсс с тем. чтобы под-рядчшсл могли реализовыва1ь преимущества поточного строительства эик объектов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

По теме диссертации опубликованы основные работы.

1. Исаев З.Б., Кудашев Р.Ш. Технологичность строительны-: решешш. "Магистральные и промысловые трубопроводы", Лз 5, М..1996.

2. Исаев З.Б, Кудашев Р.Ш. Обеспечение надежности систем газоснабжения. "Магистральные и промысловые трубопроводы". №6, М., 1996.

3.Исаев З.Б. Поточное строительство комплексов наземных нефтегазовых об-ьектов. Сб.: "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт". ЦОНиК ГАНГ, Л» 1. М., 1997.

4. ИсаеЕ З.Б. Модель поточного строительства наземных нефтегазовых сосредоточенных объектов с использованием блочно-ыодульных устройств. Сб.: "Магистральные и промысловые трубопроводы: проекгпровалпе, строительство, эксплуатация. ремонт". ЦОНиК ГАНГ, № 2, М„ 1997.

5. ИсаеЕ З.Б. О вероятности характера поючного строительства наземных нефтегазовых объектов. СБ.: "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство. эксплуатация, ремонт". ЦОНиК ГАНГ. Л? 3. М.. 1997.

6. Исаев З.Б. Сооружение наземных нефтегазовых объектов с нспользовани-ем блочно-комилектных устройств. СБ.: "Магистральные и промысловые трубо-