The challenges in the construction and operation of oil pipelines in the cryolithozone (permanently frozen soils)

Abstract

This paper examines the challenges associated with maintaining stable oil pipeline performance in complex natural and climatic conditions. The aim is to analyze issues related to permafrost that influence the design, construction methods, and long-term operation of pipelines until they reach their limit state. The tasks: identifying the causes of pipeline deformation in areas of permafrost; reviewing protective measures that help maintain pipeline stability in cryogenic conditions; describing the physical processes behind seasonal cooling devices that keep thawed soils at stable subzero temperatures during the summer. The authors of this paper employ a systems-based engineering and geocryological approach that integrates the analysis of cryogenic soil structure, thermal regime, and filtration-migration processes during moisture phase transitions. This study reveals that the main problems in pipeline construction and operation within permafrost include permafrost degradation (thawing), frost heave, and slope processes that lead to uneven foundation settlement and create critical stresses in the pipeline wall. To ensure stable pipeline geometry, the authors recommend the following protective measures: polyurethane foam insulation to stabilize the thermal regime; seasonal cooling devices that operate during summer, movable supports made of cold-resistant steels with fluoropolymer-based bearing components to compensate for thermal displacements. Using operational data the authors can conclude that underground installation at a depth of 2.5 to 3 meters is a technically and economically sound solution for permafrost regions, ensuring safe operation for up to 30 years. At the same time, above-ground installation remains relevant in Arctic areas with highly ice-rich soils, where thaw depths can produce deformations exceeding 500 mm. This study achieves its aim by identifying key permafrost-related factors that influence pipeline design, construction methodology, and long-term operation.

About the authors

A. B. Shabarov

University of Tyumen

K. A. Shemetov

Industrial University of Tyumen

Email: rillshemetov010503@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-3472-4548

T. G. Ponomareva

Industrial University of Tyumen

Email: ponomarevatg@tyuiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3264-2345

Y. M. Kurbanov

Industrial University of Tyumen

V. A. Ivanov

Industrial University of Tyumen

E. L. Chizhevskaya

Industrial University of Tyumen

ORCID iD: 0000-0003-0158-3538

References

  1. Смоловая, В. А. Основные проблемы трубопроводного транспорта углеводородов в условиях многолетнемерзлых грунтов / В. А. Смоловая, Е. О. Реховская. – Текст : непосредственный // Актуальные вопросы энергетики: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Омск, 25–27 мая 2022 г. – Омск : Омский государственный технический университет. – 2022. – С. 22–27.
  2. Тянь, И. Основные проблемы трубопроводного транспорта углеводородов / И. Тянь. – Текст : непосредственный // Globus : технические науки. – 2021. – Т. 7, № 4(40). – С. 28–31.
  3. Актуальные вопросы строительства на Дальнем Востоке России : материалы научно-практической конференции; ред. А. А. Пиотрович, А. Н. Сульдин, Южно-Сахалинск, 05 февраля 2022 г. – Хабаровск : Дальневосточный государственный университет путей сообщения. – 2022. – 87 с. – Текст : непосредственный.
  4. Димов, Л. А. О выборе способа прокладки нефтепроводов при строительстве на многолетнемерзлых грунтах / Л. А. Димов, И. Л. Димов. – Текст : непосредственный // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2014. – № 5. – С. 29–32
  5. Сайфуллина, О. Р. Изучение влияния свойств многолетнемерзлых грунтов на технологию прокладки нефтепровода. О. Р. Сайфуллина, А. Г. Закирзаков, Л. М. Маркова. – Текст : электронный. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=ubdjdn
  6. Иванова, Т. А. Сравнительный анализ методов прокладки нефтепроводов в районах многолетнемерзлых грунтов / Т. А. Иванова. – Текст : электронный. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=45725483
  7. Кутушева, А. Р. Современные способы защиты магистральных нефтепроводов при прокладке и эксплуатации магистральных нефтепроводов на участках многолетнемерзлых грунтов / А. Р. Кутушева. – Текст : электронный. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44835742
  8. Кондратьева, В. Г. Основные геокриологические проблемы нефтепровoдов в криолитозоне и пути решения их / В. Г. Кондратьева, В. А. Бронников. – Текст : электронный. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=wakgkb
  9. Смирнов, В. В. Проблемы обеспечения надежности эксплуатации сооружений в криолитозоне / В. В. Смирнов, Ю. Д. Земенков. – Текст : непосредственный // Инновации в науке. – 2013. – № 25. – С. 57–65.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).