Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Научные основы инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства на Крайнем Севере

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Научные основы инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства на Крайнем Севере"

¡1 н о

АКАДЕМИЯ НАУК СССР Сибирское отделение

Ордена Трудового Красного Знамени Институт мерзлотоведения

На правах рукописи УДК 624.159.5

МАЗУР ИВАН ИВАНОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ

Специальность 04.00.07 — Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение 05.15.13 — Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Якутск - 1990

Работа выполнена в Министерстве строительства предприятий нефтяно! и газовой промышленности СССР.

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических наук,

профессор Гречищев С. Е.

доктор технических наук, профессор Вялов С. С.

доктор экономических наук Колосов А. В.

Ведущая организация Институт энергетических исследований

АН СССР и ГКНТ СССР

Автореферат разослан октября 1990 г.

Защита диссертации состоится " " ноября 1990 г. в 9 часов на заседани специализированного совета по мерзлотоведению Д 003.48.01 при Институт мерзлотоведения СО АН СССР по адресу: 677010, Якутск—10, Институ мерзлотоведения СО АН СССР, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотовед| ния СО АН СССР.

Отзыв в двух экземплярах просим направлять по указанному выше адрес ученому секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник ¿Р/^сц^",

Заболотник С. V

ггггнн;

vf : i I

общая характеристика работы

актуальность работы. Интенсивное развитие нефтегазового комплекса (НТК) страны - основополагающей базы топливной энергетики, иефге- и газохимической промышленности обуславливаем широкомасштабное освоение новых месторождений углевсдородного сырья, строительство сети мощных нефге-, газо- и продуктопрово-дов с насосными, компрессорными станциями и другими объемами подземного и наземного базирования.

В инженерном и экологическом плане специфика объектов НТК характеризуется рядом особых факторов: высокой единичной мощностью; значительной протяженностью трубопроводных систем; по-жаро- и взрывоопасностью транспортируемых продуктов; высоким уровнем энергонапряженности; разнохарактерностью природно-климатических условий и ландшафтов; в которых осуществляется строительство и эксплуатация объектов НТК, по географическим, гео-логоминералогическим, геокриологическим и другим особенностям.

Месторождения Западной Сибири и Крайнего Севера определяют основные возможности страны по углеводородному сырью. За последние 20 лет здесь сформировался Западно-Сибирский нефтегазовый комплекс, открыто более 400 месторождений нефти к газа, из которых на сегодня введено в эксплуатацию около 120. Общие капитальные вложения за 1985-89 годы превысили 130 млрд. рублей. В 1995 году здесь будет добыто более 70Z газа и 65Х нефти. Протяженность только магистральных трубопроводов составляет на сегодня в СССР более 300 тыс. км. Ежегодно в стране промалывалось 21-23 тыс. км трубопроводов.

Нефтегазодобывающий комплекс последовательно смешается все дальше к северу, все более дорогим становится углеводородное топливо и возрастает цена ошибок планирования, проектирования к инженерно-строительных решений, как с точки зрения затрат, так и в плане экологических последствий освоения. В этих условиях требуется отход от привычных стереотипов технологии нефтегазового строительства, поиск нестандартных технических и организационных решений, учитывающие с максимальной полнотой специфику экосистем и экстремальных условий Арктики.

Важнейшее место в вопросах научного и практического обеспечения инженерно-строительных процессов нефтегазового освоения

Крайнего Севера имеют мерзлотные явления, закономерности их распространения, понимание их реакции; вносимые в природную среду техногенными воздействиями.

Специфика формирования природно-технических геосистем (ОТГ) в условиях Крайнего Севера отражает и своеобразный характер ограничений:

- процессы пучения могут оказать достаточно неблагоприятное воздействие на поверхность дорог, аэродромов и различных площадок для гражданской и промышленной застройки, фундаментов инженерных сооружений;

•• солифлюкционный процесс существенно затрудняет хозяйственное освоение территории и их необходимо учитывать при про-ектированиии и строительстве объектов на склонах;

- особое внимание при освоении территории следует обращать на динамику и прогноз процессов морозобойного растрескивания и жильного льдообразования. процессов термокарста по всем типам подземных льдов, так как их воздействие может привести к наиболее катастрофическим последствиям на участках строительства, прокладки нефте- и газопроводов и прочих линейных сооружений, подземных коммуникаций;

- эрозионная деятельность временных водотоков приводит к сильному расчленению рельефа, в результате которого образуются различного размера промоины, балки, овраги. Стиммулятором расчленения рельефа и в особенности оврагообразования является застройка территории нефтегазовыми объектами. Именно здесь в результате бессистемной езды транспорта, а, следовательно, уничтожения растительного покрова и нарушения естественной структуры грунта, на склонах наблюдается оплывание грунта и развитие оврагов;

- изменение береговых мелей рек и образование отмелей в результате абразии представляет потенциальную угрозу линейно-протяженным объектам, пересекающим эти реки, поскольку местный размыв и потеря устойчивости трубопровода могут привести к полному его разрушению.

Игнорирование этих взаимосвязей, недостаточное изучение последствий нарушения естественных процессов тепло- и массооб-мэна уже приводило к авариям на северных газовых месторождениях (1Агдвежье, Месоояха) и представляет серьезную опасность для

всех действующих и строящихся объектов НТК в криолитозоне.

При решении инженерных задач строительства объектов НТК в криолитозоне происходит смыкание чисто инженерных задач обеопе чения качества, надежности и устойчивости сооружений с экологи ческими задачами максимального сохранения природных геосистем

Проблемам, связанным со строительством в условиях раеп ространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ), посвящ?но значительное количество работ советских и зарубежных ученых, в том числе: по вопросам эволюции и динамики мерзлотных процессов и естественных условиях (Е А. Кудрявцев, А. И. Попов, В. В. Баулин, В. Т.Трофимов, И. А. Некрасов, В.И. Соломатин, Ю. Л. Шур, Е. С. Гречищев, Л. С. Гарагуля, С. М.Фотиев, Д. Браун, К.Эверетт, Р.Берг и др. : и осложненных техногенными и антропогенными факторами, в том числе в области механики грунтов, строительства и теплового взаимодействия объектов и ММГ (С. С. Вялов, Е А. Цытович.П. И. Мельников, Г. В. Порхаев, Н. И. Салтыков. Е А. Перетрухин, Х.Р. Хакимов, Р.М.Каменский, Э. Д. Ершов, Г. М. Фельдман, К Ф. Войтковский, КХ А. Белли, Т. Певе, Г. Хау, Д. Вебер и др.).

Однако, в указанных исследованиях и разработках основное внимание уделяется устойчивости сооружений во взаимодействии с ММГ и, в тоже время, не в полной мере отражены экологические аспекты воздействий нефтегазового строительства на природную среду.

Решением задач восстановления нарушению территорий в районах Крайнего Севера занимались НА.Траве, Д. Браун, А. К Павлов, а Г. Мэскаленко, Л. Е Ильина, О. В. Ребристая, В. К Смирнов, Ю. Л. Щур, Л. Блисс, П. Веббер и др.

Основной акцент в указанных исследованиях направлен н& многолетние ( в основном геоботанические ) мероприятия и не полностью учитывает специальные инженерные методы по стабилизации и обеспечению благоприятных условий восстановления биогеоценозов тундры.

В области сооружения трубопроводов и наземных нефтегазовых объектов на ММГ с учетом природоохранных требований плодотворно работали Л. Г. Телегин, 0. М. Иванцов, П. П. Бородавкин, Э. Д. Ясин, Б. Л. Кривошеин, Л. С. Гарагуля, Р. Крейг, Е. Чемберлен, Е. Хванг, ,Т. Винсон и др.

Вместе с тем, вопросы адаптации нефтегазовых объектов к

рзгиональным особенностям природной среды криолитозоны, стабилизация экзогенных процессов или их предотвращения до настоящего времени были проработаны недостаточно и не учтены в действующих нормативах.

По развитию общих проблем и методологических основ экологии и фундаментальных принципов эволюции экосистем большой вклад внесли И. Т. Оролов, Е Е Моисеев, К К Крючков, С. М. Успенский, Е. Е. Сыроечковский, Р. Рикфлес, Е. Одум и др., тем не менее, применительно к проблемам сохранения экологического баланса в нефтегазоносных регионах Крайнего Севера и развития основополагающих концепций для решения прикладных (инженерных) проблем экологии адекватных решений практически не разработано.

Таким образом, проблема экологически безопасного обустройства и освоения нефтегазоносных месторождений в районах со сложными природно-климатическими, инженерно-геологическими и геокриологическими условиями является исключительно актуальной не только регионального, ло и общегосударственного маспггаба.

цель и задачи исследований. Главной целью диссертационной работы является разработка и совершенствование научно-методологических основ и организационно-технологических решений для комплексного ин.кенерно-экологического обеспечения строительства объектов нефтегазового комплекса в районах Крайнего Севера, отвечающего современным требованиям охраны окружающэй среды, рационального использования природных ресурсов, качества, надежности и экологической безопасности объектов.

Исследования, охватившие длительный этап освоения северных газоконденсатных месторождений, рассчитаны на предстоящий продолжительный период работы отрасли в арктической зоне и ориентированы на совершенствование и создание новых экологически безопасных технологических комплексов и организационно-управленческих структур нефтегазового строительства в криолитозоне.

Указанные цели достигнуты автором при решении задач по следующим основным направлениям:

1. Исследования механизмов влияния на природную среду криолитозоны технологических процессов нефтегазового . строительства, а также особенностей теплофизического и механического взаимодействия подземных трубопроводов с ММГ с учетом природосбере-

гащих конструктивно-технологических решений при их сооружен«;!.

2. Разработка и совершенствование теоретических основ инженерной экологии нефтегазового строительства и нормативно-технических решений, обеспечивающих экологическую безопасность осваиваемых регионов Крайнего СеЕера.

3. Совершенствование существующих и создание новых технологий, строительной техники и транспорта наземного и трубопроводного строительства и защиты природной среды с учетом современных требований по охране природы и особенностей районов залегания многолетнемерзлых грунтов.

4. Формирование эффективных организационно-управленческих структур для планирования управления и контроля природоохранной деятельности на всех стадиях формирования объектов нефтегазового комплекса с учетом экологических и экономических факторов.

научная новизна выполненных исследований. Научная новизна результатов исследований заключается прежде всего в приоритетном развитии методологии природосберегающего строительства нефтегазовых объектов в условиях криолитозоны с теоретико-экспериментальным обоснованием организационно-технологических и конструктивно-технических решений. Выполнение исследования позволили определить принципиально новые пути решения проблемы экологической совместимости интенсивного нефтегазового строительства с региональными особенностями и адаптационными свойствами природной среды экологически уязвимых районов.

Впервые разработаны и обоснованы общие принципы и методологические основы прикладной теории инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства в криолитозоне, опирающейся на предложенные интегральные критерии устойчивости и экологической безопасности нефтегазотранспортных природно-технических геосистем и комплексные модели их формирования.

Разработана модель взаимодействия термически активных трубопроводов, закрепленных вмораживаемыми анкерами, с МИГ, в которой впервые учитывается положительное влияние ореола оттаивания в формировании эффекта самокомпенсации трубопроводов. На основании предложенной модели разработан метод определения области рационального применения дисковых анкерных устройств и методика оценки теплового влияния в элементах системы "трубо-

провод • анкер - грунт".

Разработана расчетно-аналитическая модель накопления антропогенных изменений и развития экологически экстремальных ситуаций в нефтегазотранспортной природно-технической геосистеме, на основе которой создана методика прогнозирования экологических отказов.

Впервые в системе инженерно-экологического обеспечения предложены и обоснованы новые понятия опережающей инженерно-экологической подготовки территорий и трасс строительства в криолитозоне и инженерно-биологической стабилизации криогенных процессов на ММГ, введение которых привело к пересмотру традиционной концепции сооружения нефтегазовых объектов на Крайнем Севере.

Разработана методика адаптации базовых технологических процессов наземного и трубопроводного строительства к природно-территориальным ограничениям, на основе которой определены нормативно- технические требозания и разработан параметрический ряд строительных машин, механизмов и транспорта нового поколения для сооружений нефтегазовых объектов в условиях Крайнего Севера.

Разработана имитационная многофакторная модель управления природоохранной и ресурсосберегающей деятельностью в проектировании и строительстве нефтегазовых объзктов, которая позволяет обеспечить рациональный выбор и оптимизацию управленческих решений, организационной структуры планирования, управления и контроля на всех этапах формирования объектов.

Предложен и обоснован метод сбалансирования строительного цикла во временном и пространственном интервалах с определением зон максимального и минимального экологического риска по критерию минимизации техногенных нарушений (расчетному коэффициенту рационального землепользования).

Предложена концептуальная модель формирования эколого-эко-номической результативности нефтегазового строительства, которая увязывает характеристики нормативно-допустимого и реального ущерба с экономическим стимулированием труда по критериям рационального землепользования.

Разработанная автором и реализуемая на практике система комплесного инженерно-экологического обеспечения строительства нефтегазовых объектов позволила определить пути решения крупной

к

научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, связанное с экологически безопасным развитием топливно-энергетического комплекса страны.

практическая значимость и реализация научных результатов.

Результаты системных исследований и разработок, выполненных под научно-методическим руководством и при участии автора, явились основой отраслевых целевых комплексных программ "Экология нефтегазового строительства на 1985-1990 гг. и на период до 1995 г.", "Трубопровод", и "Новые машины". При их практической реализации с непосредственным участием автора были разработаны и внедрены основные технические и организационно-технологические решения экологически безопасного строительства нефтегазовых объектов ЯмСургского ГКМ, системы газопроводов "Ямбург-Центр" и проекта обустройства месторождений п-ва Ямал:

- новые природосберегающие конструктивно-технологические решения по закреплению трубопроводов в ММГ при помощи вмораживаемых анкеров на 260 км системы магистральных газопроводов "Ямбург-Центр", что позволило сэкономить 5 тыс. тонн железобетона на каждый километр трассы, снизить в 2,0-2,3 раза техногенное воздействие и экологический ушерб в полосе отвода за счет сокращения объема транспортных операций;

- параметрический ряд трубопроводостроительных технологий, строительных машин и транспорта нового поколения, минимизирующего негативное воздействие на почвенно-растительный покров в районах Крайнего Севера, являющийся нормативной базой для про-ектно-конструкторских организаций;

- новый способ и комплекс оборудования для бестраншейной прокладки трубопроводов под препятствиями методом направленного бурения. С его применением построено пять переходов диаметром до 720 мм и протяженностью до 200 м через водные преграды;

- методы инженерно-биологической стабилизации нарушенных ландшафтов, позволившие на 30-35% сократить затраты на природо-восстановительные работы при освоении нефтегазовых месторождений в криолитозоне. Эффективность методов и технологии инженерно-биологической стабилизации подтверздена практическим применением на площади более 120 га нарушенных земель Ямбургского и Медвежьего месторождений;

- организационно-техническая структура функционального контроля и управления природоохранными и ресурсосберегающими мероприятиями при создании нефтегазовых систем на всех стадиях жизненного цикла

Результаты исследований и разработок автора вопли в следующие нормативно-технические документы, регламентирующие различные аспекты инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства: "Рекомендации по определению мощности и потенциала долговременного потока. Р5-91-86". - М.: ВНШСТ, 1986; "Рекомендации по определению оптимальных границ использования тру-бопроводостроителькых подразделений различной технической производительности. Р5-92-86". - М.: ВНИИСТ, 1986; "Руководство по природоохранной деятельности в системе Миннефтегазстроя СССР", 1988; "Ведомственные строительные нормы. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Охрана окружающей среды. ВСН 014-89/Миннефтегазстрой". - II: ВНШСТ, 1989; "Методические указания по организации и проведению экологической экспертизы проектно-конструкторской, нормативно-технической и технологической документации в системе строительства объектов нефтяной и газовой промышленности". - к: ВНШПКтехоргнефге-газстрой, 1990; Государственный стандарт 17.1.10-90. "Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами при транспортировании их по магистральным трубопроводам". Миннефтегазпром, Миннефтегазстрой, Госстрой СССР, 1990; "Природоохранный регламент нефтегазового строительства в районах Крайнего Севера Западной Сибири". ГГК "Газпром", 1990.

Разработаные с участием автора учебные программы, пособия и методические рекомендации используются в системе подготовки и повышения квалификации кадров в области нефтегазового строительства.

Фактический экономический эффект от внедрения законченных разработок составил 106 млн. рублей при долевом участии автора более 3,7 млн. рублей.

апробация работы. Основные положения работы, научные выводы и практические рекомендации докладывались и обсуждались на международных симпозиумах "Методы производства работ в условиях отрицательных температур" (г. Эспоо, Финляндия, 1985г.), "Проб-

лемы сбора, подготовки и магистрального транспорта нефти" (г. Уфа, 1988г.), "Геокриологические исследования в арктических районах" (г. Надым, 1989г.), "Трубы и сварка" (г. Москва, 1989г.); международных конференциях "Координация исследований в Арктике" (г.Ленинград, 1988г.), "Зимние дороги" (Норвегия, 1990 г.); всесоюзных научно-практических конференциях и семинарах (г. Нижневартовск, 1979г. , г. Иркутск, 1985г. , г. Мэсква, 1981, 1984,1987гг., г. Надым, 1988г., г.Магадан, 1989г.); отраслевых экологических семинарах ( г. Москва, г. Ленинград, г. Надым, г. Оренбург, г. Подольск - 1989-1990гг.); Научном совете по криологии Земли АН СССР (г. Москва, 1989-1990 гг.); научном семинаре АН СССР по комплексным проблемам развития энергетики (г. Москва, 1989- 1990 гг.); заседаниях Научно-технического совета Миннефтегазстроя СССР (1987-1990гг.); совместных межведомственных совещаниях (1985-1990гг.).

объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глаз, выводов и приложений. Список литературы включает 217 наименований. Общий объем работы 331 страница основного текста (в том числе 63 рисунка и 16 таблиц).

публикация работы. По материалам диссертации опубликовано во всесоюзных и отраслевых изданиях 63 печатные работы, в том числе 4 книги, 13 брошюр, 12 авторских свидетельств и 8 нормативных документов.

основное содержание работы.

во введении обоснована актуальность научной проблемы, изложен личный вклад автора в исследования, сформулированы защищаемые положения, научная новизна и практическая ценность работы, а также приведены сведения об апробации и внедрении основных положений.

в первой главе ("Особенности взаимодействия нефтегазовых объектов с окружающей средой крколитозоны") даны региональная характеристика условий строительства нефтегазовых объектов в криолитозоне с широким развитием мерзлотных процессов, анализ формирования и развития природно-технических геосистем и прин-

ципов управления ими.

По совокупности характеристик ландшафты севера Западной Сибири подразделятся более чем на 40 типов природных комплексов (в ранге урочищ) по признаках« слияния отдельных видов нарушений в общэе, устойчивости к техногенно-антропогенным воздействиям, типам природных и мерзлотных процессов, сельскохозяйственной и промысловой продуктивности (по С. Е. Гречищеву и др).

Для целей инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства приоритетным являются характеристики устойчивости и естественной регенерации природных и природно-техни-ческих геосистем.

В соответствии с экологической программой научно-исследовательских работ нефтегазового строительства, осуществляемой под руководством и при участии автора, проведены широкомасштабные исследования и эксперименты на территориях Ямбурга и Ямала с целью классификации ИГР криолитозоны по степени устойчивости к техногенезу, характернсму для нефтегазового комплекса По результатам исследований выделены следующий группы устойчивости различных типов ПГГ:

- относительно устойчивые - способны к самовосстановлению за 3-5 лет;

- слабоустойчивые - способны к самовосстановлению через 810 лет путем естественной смены нескольких видов растительных сообществ; на подверженных эрозии участках необходима стабилизация и рекультивация;

- неустойчивые - способность к самовосстановлению очень слаба; необходима стабилизация и технобиорекультивация всех нарушенных участков;

- крайне неустойчивые - не выдерживают любых техногенных воздействий (крутые склоны и др.), к самовосстановлению не способны; необходима технобиорекультивация с искуссвенным закреплением грунтов; при строительстве эти участки следует обходить, выделено;

- устойчивых природных геосистем в исследованном районе не выделено.

Исследование автора 1987-1989 гг. подтвердили широкое распространение активных склоновых процессов на Ямале в естественных условиях. Многочисленные оползания пологих склонов (ме-

нее 3®) обусловлены потерей их устойчивости, вследствии увеличения протаивания грунта во время трех аномально теплых летних периодов 1988-1990 гг.

Другим направлением исследования по экологической программе является классификация типов нарушений, обусловленных техно-логическми процессами нефтегазового строительства, взаимодействием трубопроводов с ММГ. Исследования по этой программе охватывали практически все месторождения севера Западной Сибири, находящиеся на разной стадии освоения и в разных геокриологических условиях: Мессояхского, Медвежьего и Уренгойского (техногенез в эксплуатации); .Ямбургского (техногенез наиболее интенсивного периода строительства) и Бованенского (техногенез геологической разведки).

Анализ показал, что нарушения распространяются на значительно большие территории, чем непосредственно отведенные для сооружения объекта, особенно большие нарушения наблюдаются около буровых и вдоль трасс трубопроводов в тундровой и лесотундровой зонах. Так например, на головном участке Ямбургских газопроводов, проложенных в УМ1, фактически нарушенные в разной степени земли (таблица. 1) превышали нормативную полосу отвода, равную 36-45 м на один трубопровод.

Таблица 1

Тип зоны нарушения ! Средние размеры нарушений от оси почвенно-раститель- I трубопровода, м

ного слоя I-----------------------------------------

I минеральные редко- древние современные I тундры лесья болота болота

1. Полное механичес-

кое разрушение 25 18 30 -

2. Частичное механи-

ческое разрушение 40 45 45 50

3. Буферная зона до 300 до 350 св. 350

4. Зона изменения стока поверхност-

ных вод 15 - 30 40

Изучение и классификация динамики развития нарушений и сопутствующих геокриологических процессов в различных подзонах криолитозоны, а также источников и видов техногенных нарушений на всех этапах и технологических циклах строительства и эксплуатации объектов НТК позволили автору определить основные направления создания системы комплексного инженерно-экологического обеспечения при технологическом проектировании и строительстве объектов НТК в районах Крайнего Севера.

Положения теоретических исследований по данной проблеме были уточнены в ходе эксприментов с учетом дифференциации по этапах«: инженерно-экологической подготовки территорий и трасс строительства; строительно-монтажных работ с наиболее интенсивными воздействиями; ликвидации строительных нарушений, проведения инженерно-биологической стабилизации и природовосстанови-тельных работ.

Разработанные классификации нарушений природной среды по интенсивности техногенных воздействий, выполненный анализ взаимодействия нефтегазовых объектов с окружающей средой криолитозоны и проведенные экспериментальные исследования на северных месторождениях позволили автору определить круг научно-методологических и практических вопросов инженерной экологии в нефтегазовом строительстве и сформулировать концепцию системного инженерно-экологического обеспечения нефтегазового комплекса на всех стадиях его формирования.

во второй главе ("Общие принципы комплексного инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства на Крайнем Севере") рассмотрены расчетно-аналитические модели экологического равновесия системы "объект НТК - окружающая среда" применительно к двум основным типам объектов - подземным трубопроводам и площадочным объектам НТК наземного базирования, с учетом влияния строительного техногенеза на природные ландшафты.

Кроме разработанных моделей в основу методологии комплексного инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства легли классификационные структуры и методы оценки экологического состояния геотехнической системы, базирующиеся на объективных количественных критериях.

Реализация методологических разработок на этапах планиро-

вания, исследований и обоснования экологически рациональных решений позволила создать систему комплексного природосбережения на всех стадиях формирования нефтегазовых объектов.

Экологическая эффективность строительного процесса количественно оценивается величиной коэффициента зкологтесш полезного действия КЭПД-Re, определяемого в виде:

u- C£tiTc)t

t\e= —г (1)

(¿птс/о

где: (£nTc)t и (£пто)0 - соответственно, интегральная оценка экологического состояния региона после и до техногенного воздействия на регион. Очевидно, что 0<Ке< 1, причем Ке - 0 соответствует полной экологической деградации региона, а Ке - 1 -его полной экологической сохранности.

Многостадийный технологический цикл, формирующий конкретный объест строительства и необходимость гарантированного получения на каждой формирующей стадии природоохранного потенциала %->0 ставит на передний план проблему опережающего природоохранного обеспечения. Очевидно, что интервал временного опережения ton должен быть таким, чтобы время выработки и эффективного срабатывания необходимой обратной связи отвечало условию:

ton-(tnu-t3u)>t Г¥<г]нормЛ

1!Ч\гЗнорм)*1 j (2)

Формирование опережающей природоохранительной стратегии состоит в необходимости обеспечения выработки конкретных решений и выполнении работ по охране окружающей среды с временным опережением по формирующим стадиям жизненого цикла планируемого к строительству объекта НТК и гарантированного природоохранного потенциала на каждой опережающей стадии инженерно-экологического цикла.

Для условий Крайнего Севера функционирование современных природно-технических систем связано с развитием экзогенных геокриологических процессов (криогенное пучение, растрескивание , термокарст, заболачивание и др.), поэтому нормирование экологически оправданного допуска методологически обеспечивается путем .логико-инженерного анализа^рмирующей цепи:

Н J

ь______(3)

где: О - количественный показатель техногенного воздействия;

<5э- комплекс геокриологических процессов и явлений, лимитирующих величину нормативного допуска Г Де] .

Разработанные расчетно-аналитические критерии экологического равновесия системы "сооружаемый объект - окружающая среда" позволяют обосновать выбор определяющих принципов и практических методов комплексного инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства в условиях Крайнего Севера.

в третьей главе ("Экологические аспекты нефтегазового строительства в криолитозоне") рассмотрены конструктивные и технологические решения строительства объектов НТК, направленные на минимизацию экологического ущерба. На примере освоения газоконденсатных месторождений Западной Сибири показано, как в результате внедрения в практику прогрессивных технических и организационно-технологических решений по строительству объектов НТК, добыче, сбору, подготовке и транспортировке продукта, внедрению вахтово-экспедиционных режимов и поточно-скоростной организации строительного производства достигнут определенный природо- и ресурсосберегающий эффект (таблица. 2).

Нарушение гидрогеологической обстановки и геокриологических условий вдоль трасс трубопроводов создает серьезные предпосылки для нарушения их устойчивости и вызывает нерасчетные силовые воздействия на трубопровод. Проявляется обратная связь в системе "трубопровод - ПГГ". Воздействие трубопровода приводит к изменению природной подсистемы, а изменившиеся природные условия приводят к снижению надежности самого трубопровода Это влияние выражается в возникновении дополнительных напряжений в стенках труб, нарушении системы закрепления и всплытию трубопровода, а в отдельных случаях - к его аварии.

Основными типами криогенных процессов, подлежащих инженерному прогнозированию в районах трубопроводного строительства являются: новообразования многолетнемерзлых пород; сезонное пучение; многолетнее криогенное пучение; криогенное растрескивание и рост повторно-жильных льдов; термокарст; наледеобразова-ние.

Механизм образования антропогенного ландшафта в регионе нефтегазового строительства связан со всеми процессами, форми-

Таблица 2

I Северные газоконденсатные I месторождения

Показатели I---------------------------------------

! Медвежье Уренгой- Ямбург- Ямал I ' ское ское (проект)

1. Число установок по сбору и подготовке га-

за к транспорту 9 19 10 3

2. Единичная производительность установок,

млрд. мЗ/г. 5-7 15-20 26,5 40

3. Число использованных суперблоков _ _ 227 180

4. Число скЕажин в кусте 3-5 3-7 8-12 20

5. Площадь отчуждаемых

земель,га/1 млрд. мЗ/г. 130 110 60 35

6. Численность строителей,

тыс. чел. /1 млрд. мЗ/г. 0,66 0,20 0,07 0,04

рующими строительный комплекс. В этом смысле комплексный показатель антропогенного ландшафта определен как отображение функционально связанных групп: конструктивно-технологического формирования нефтегазового объекта (или группа факторов строительного техногенеза) и антропогенного изменения ландша<}гга (или группа реактивных факторов по компонентам природы).

Важным методологическим принципом оптимизации экологически безопасных норм нефтегазового строительства является установление существенных признаков экологической безопасности для конкретных ситуаций техногенно-антропогенного развития геотехнической системы. Решение этой задачи дано в работе для линейной структурно-функциональной модели развития системы "строительный объект - окружающая среда".

В рамках рассматриваемой модели рассчитывается допуск (АСдеЦ на организационно-технологические ограничения с учетом экологических требований непревыжния техногенных нагрузок С(^е:

д6птг-[иЗе1]- I О)еь-(0ен1 СдсОеОи <Со)е1]

Исследование процессов взаимодействия трубопровода с окружающей природной средой, проводимое на головных участках Уренгойских и Ямбургских трубопроводов, позволило отработать методологию прогноза техногенных воздействий и антропогенных изменений ГГГГ. На основе наработанных методик спланированны и ведутся с 1988 г. долговременные исследования взаимодействия других типов объектов НТК с ШГ с тем, чтобы на их основе выработать практический набор конструктивно-технологических решений по стабилизации систем "объект - природа" в криолитозоне и обеспечению необходимых условий для планирования и проведения комплекса долгосрочных восстановительных работ.

четвертая глава ("Методология оценки и обеспечения экологической безопасности нефтегазового строительства на Крайнем Севере") посвящена обоснованию объективных критериев и методов оценки экологической безопасности формируемых природно-технических геосистем.

В основе методологии оценки и обеспечения экологической безопасности сооружаемых нефтегазовых объектов лежит зональная классификация промышленно осваиваемых регионов по видам техногенного воздействия на свойства окружающей природной среды и взаимодействий с ней. Разработка такой классификации потребовала накопления и тщательного изучения информации по следующим направлениям:

- учет факторов техногенного воздействия на окружающую среду в гоне промышленного освоения территории.

При этом устанавливаются: номенклатурный состав техногенных факторов интенсивности их воздействий, оцениваемые коэффициентами экологической весомости \)э1.. Уровень техногенного воздействия как характеристика объекта строительства является показателем его потенциальной экологической опасности и может быть представлен в локальном (единичном) и общем (комплексном) виде. В частности, такая градация оправдана для отдельного вида воздействий (механического, теплового, химического, биологического и т.д.) по единичному показателю уровня

и^Л^Е^у^) , а пля обшего воздействия объекта - по комплексному показателю Щ5 И^ООэОЗ.

Расчетные соотношения по определению значений и II имеют вид

где: N^0 - величина VI 1-го показателя конкретного вида действия, выраженная в системе единиц физических величин; 0 - величина зоны, подвергаемой техногенному воздействию.

Качественная оценка уровня техногенного воздействия объекта строительства требует предварительного факторного анализа, позволяющего определить значения величины VI) и . Приближенные значения "Оэь установленные путем обобщения многолетнего опыта строительства и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса представлены в таблице 3.

Таблица 3

Виды техноген-! Коэффициент экологической весомости для ного воздейст-! объектов нефтегазового строительства

вия объекта не-!-------------------г-------------------------

фтегазового ко-1 линейная часть магистра-1 объекты наземного мплекса I льного трубопровода I базирования

1 газопровод нефтепровод промьпплен- граждан! ные ские

Механическое 0.35/0.10 0.05/0.10 0.01/0.10 0.01/0.03

Тепловое 0.02/0.40 0.30/0.35 0.05/0.20 0.05/0.15

Биохимическое 0.05/0.15 0. 40/0. 55 0.10/0. 45 0.10/0. 35

Электромагнитное 0. 05/0. 25 0. 05/0.25 0.15/0. 25 0.10/0. 20

Примечание: в числителе - кратковременное техногенное воздействие, в знаменателе - долговременное.

- установление признаков и показателей антропогенного изменения природного ландшафта в регионе ММГ.

В данном случае такие показатели также могут быть преде-

тавлены в единичной и комплексной форме. При заданной номенклатуре таких показателей 5 е1 целесообразно в качестве обобщенного критерия антропогенного изменения природного ландшафта использовать размер (в одно-двух или трехмерном выражении) зоны поражения (отрицательного воздействия на природу со стороны объекта), т.е.йв^зОЭД.Х^Хэдесь fэ функция экологического воздействия, определяющая реакцию окружающей среды в радиусе действия 1?э во времени.

- анализ особенностей природных ландшафтов в зоне ШГ, определяющих выбор экологической модели прогноза регионального уровня взаимодействия сооружаемого объекта с окружающей средой.

Интегральная оценка экологической безопасности предполагает необходимость ощ>еделения уровня комплексной экологической защиты Цэ, который количественно может быть представлен суммой

иэ-иэи-иэп

(6)

где изи, Цэп - соответственно,уровни экологической зашиты, обусловленные искусственно созданными (техническими) средствами и возможностями самовосстановления (компенсация потерь) объектов природы. Комплексная оценка 1)э, с учетом технических возможностей современных средств экологической защиты и компенсационных возможностей самих объектов природы, является необходимым, но недостаточным условием определения реального природоохранного потенциала Уровень из, по существу, определяет ту верхнюю границу допустимых антропогенных изменений в окружающей среде криолитозоны, переход эа которую связан с потерей необходимого экологического равновесия, а следовательно, резкого повышения экологического риска в ПТГ. Поэтому область, ограниченную текущим значением уровня Цэ можно назвать областью экологического запрета. По отношению к границе этой области необходимо оценивать реально запасенный природоохранный потенциал, который в абсолютном выражении определяет величину экологического запаса Де, равного

де-иэ-ит (?)

Таким образом, разработанная методика количественной оценки уровня экологичекой безопасности, наряду с возможностями материальной оценки прогнозируемого экологического ущерба,

позволяет уже на стадиях планирования и предпроэктной проработки решений по освоению какой-либо нефтегазоносной территории оценить сопоставляемые варианты не только с хозяйственно-экономических , но и с природоохранных позиций.

в пятой главе ("Исследование новых конструктивных решений для термически активного трубопровода, проходящего в многолет-немерзлом грунте") содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований устойчивости магистрального газопровода в ШГ и экологического равновесия системы "трубопровод -анкер - гр> нт" в режиме эксплуатации.

Увеличение диаметра, давления и температуры газа привело к тому, что устойчивость трубопровода в грунте стала одним из главных факторов, определяющих надежность транспорта газа. В процессе эксплуатации газопровода возникают продольные сжимающие усилия, обусловленные изменением температуры стенки трубы, что при строительстве первых систем большого диаметра в слзбос-вязанных грунтах приводило к выпиранию труб из грунта и, как следствие, к опрокидыванию утяжелителей, разрушению крановых узлов КС, разрывам трубопроводов и др.

Сооружение трубопроводов в районах с экстремальными " условиями потребовало применение нетрадиционных конструктивных и технологических решений, обеспечивающих его стабилизацию в проектном положении. Среди известных способов обеспечения стабильного положения трубопровода особое место занимают вмораживаемые дисковые анкеры, в разработке и внедрении которых участие принимал автор диссертации. Эти конструкции имеют ряд преимуществ перед традиционными способами балластировки за счет: ресурсосбережения, высокой технологичности установки, достаточной удерживающей способности, снижения транспортно-техногенных нагрузок и т. п. Принцип действия вмораживаемых анкеров предполагает , что грунт в окрестности дисков анкера всегда находится в мерзлом состоянии. Однако при эксплуатации трубопроводов с положительной температурой .газа невозможно избежать образования ореола оттаивания грунта. Задача . состоит в том, чтобы ограничить размеры этого ореола путем регулирования температурного режима трубопровода.

Следовательно, обоснование теплового режима транспорта гя-

за в сочетании с рациональной расстановкой вмораживаемых анкеров по трассе для закрепления газопроводов в проемном положении является определяющим условием обеспечения надежного функционирования газопровода и охраны окружающей среды в зоне его влияния.

Автором предложен метод определения рациональной расстановки вмораживаемых анкеров, включающий определение минимально допустимого ореола оттаивания вокруг трубы в зоне мерзлых грунтов, расчет профиля температур вдоль трубопровода.и допустимого уровня охлаждения газа с учетом обеспечения сохранности окружающей среды. Решения получены численно-аналитическим методом на базе уравнения теплопроводности (ореол оттаивания) и уравнений стационарного неизотермического течения природного газа в трубопроводе. Для оценки точности полученных решений в период 1986 -1989 гг. под научным руководством и при участии автора был выполнен комплекс натурных экспериментальных исследований теплового взаимодействия трубопроводов с мерзлыми грунтами, отвечающих различным способам охлаждения газа и без него. Исследования проведены на головном участке системы газопроводов "Ямбург -Дентр" (0-180 км).

Натурные эксперименты позволили количественно определить удерживающую способность анкера в зависимости вида: U - U(N,t), где: U - смещение анкера, N - действующие на анкер нагрузки, t - время; для конкретных совокупностей грунтовых условий на начальном периоде эксплуатации (t < 5 лет).

Для прогнозирования работоспособности системы "трубопровод - анкер - грунт" на весь период эксплуатации газопровода с учетом характера затухания реологических процессов в грунтовом массиве, окружающем анкер, проведено исследование на модели процессов ползучести мерзлого грунта в механической системе "анкер - грунт".

Моделирование взаимодействия анкера с вязкопластичным мерзлым грунтом выполнялось по следующей схеме. Предполагалось, что к анкеру с диаметром диска 120 мм мгновенно прикладывается вертикальная нагрузка N - Ют. Продолжительность нагружения Т* анкера принята равной 20 часам, согласно материалам НПО "Тюмен-газтехнология" (анкер N 7, анкерный полигон-" 133 км"). Предполагалось, что обусловленные нагрузкой вертикальные напряжения

(6г - б0кгс/см2) на поверхности диска анкера превосходят предел текучести мерзлого грунта, что повлечет за собой развитие пластических деформаций в окрестности анкера. Для того, чтобы смоделировать начальные пластические деформации, нагрузка на анкер постоянно повышалась от 0 до заданной величены N. за промежуток времени . Таким образом, было смоделировано начальное

условно-мгновенное напряженно-деформированное1 состояние грунта в окрестностях анкера.

Для последующих значений переменной времени ТСТв^^^) нагрузка на анкер оставалась постоянной. Вследствие развития механизма ^язкопластического деформирования грунта в окрестности анкера происходит перераспределение начального поля напряжений. В диссертации рассчитано распределение напряжений 6т ,

б« для различных значений в горизонтальном сечении анкера на расстоянии 5 см над его диском (2 -5см).

Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными (рис. 1), свидетельствует-об адекватности матема-1 тической модели и возможности ее использования в практических целях.

Таким образом, данные наблюдений и результаты моделирования показали эффективность и надежность работы анкернйх устройств типа ДАУ. На их основе определены области применения вмораживаемых анкеров на различных типах ландшафтов в ранге урочищ.

в шестой главе ("Развитие техники и технологии комплексного инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства") содержатся конструктивные разработки и технологические решения по реализации инжэнерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства в криолитозоне.

Автором сформулирована новая концепция комплексного инженерно-экологического обеспечения строительства нефтегазовых объектов, на основе которой разработаны и обоснованы рациональные решения по природосберегающему линейному и наземному нефтегазовому строительству в криолитозоне. Определены граничные критерии применимости и рационального использования строительных. машин, механизмов и транспорта для объектов НТК на много-летнемерзлых грунтах.

Разработана система адаптации к природно-региональнмм ог-

10 2.0 3.0 4.0

/.О ¿.О 3.0 АО

Положение фронта фазового перехода вокруг трубопровода (режим охлаждения с п см ад ью АЬО, второй год эксплуатации: X - зима. 2 - лето

и

НН

4

г о

6 а и ¿ч зо ¿6 Т

Перемедание нагруженного анкера (мм) во времени (час)

Рис. 1. Сравнение результатов моделирования (Л) с экспериментом (?) на полигоне

А^ Г1

1 А * у! ^ Б

4 У * А ■г

' ' в

раничениям Крайнего Севера основных технологических циклов наземного и линейного строительства. В технологию включены разработанные новые операции по опережающей инженерно-экологической подготовке трасс и плошадок строительства, а также по завершающей инженерно-биологической стабилизации нарушенных в ходе строительства земель.

Один из вакнейших этапов строительства - комплекс работ по инженерной подготовке территории - пересмотрен с учетом природоохранных критериев, дополнен специальными работами и мероприятиями, направленными на минимизацию техногенеза пионерного вы' хода и исключение нарушений вне полосы отвода при выполнении строительно-монтажных работ.

Ключевой элемент концепции - завершающий технологический передел по стабилизации геокриологических процессов на фоновом уровне техническими и биологическими методами - слукит для предотвращения оттаивания, развития эрозионных, оползневых и других процессов в полосе отвода, выполняется сразу по завершении основных работ, обеспечивает устойчивость сооружений в проектном положении и создает благоприятные условия для продолжительных процессов саморегенерации естественных биогеоценозов крио-литозоны.

Практическая реализация разработанной системы инженерно-экологического обеспечения в криолитозоне при освоении Ям-бургского месторождения и строительстве системы газопроводов Ямбург-Центр позволяет на базе существующих л применяемых технологий и машин снизить общий экологический ущерб и сократить затраты на восстановительные работы в среднем на 30-35%, е что для Ямбурга составит 90-95 млн. рублей.

Одним из наиболее экологически уязвимых участков трубопроводов является подводные переходы через водоемы. Применяемые конструктивные решения и технологии не обеспечивают их должной экологической надежности и приводят к нарушению устойчивости русловых и береговых участков, не обеспечивают круглогодичного строительства и изменяют гидрологический режим рек. В работе предложен, защищенный авторскими свидетельствами, способ безт-раншейной прокладки подеодных переходов трубопроводов. В результате комплексных научных исследований и анализа зарубежного опыта разработаны основные технологические схемы направленного

бурения и прокладки трубопровода под дном водоема без нарушения урезноП и русловой части.

В настоящее время осуществлено строительство пяти подводных переходов по новой технологии с полным исключением ущерба в русловой и пойменной части рек, что подтвердило эффективность и экологичность метода.

Для реализации этого способа в условиях ММГ разработана принципиально новая технология, сущность которой заключается в прокладке лидерного трубопровода, используемого как линейный нагреватель.

Для оценки практической пригодности использования линейных нагревателей в скважинах разработана инженерная методика расчета зоны оттаивания ММГ (рис. 2). Решение задачи в такой постановке позволило значительно упростить расчеты, погрешность которых не превышает 107..

1 \ 1 \ \ \ V \ \ \ \ \

\ \ \ \ V V , 1000мм \ \ \ ч^ 1500мм 4 N Ч

Д=219мм 720мм «•»__

О { 1 5

Погонная мощность ТЗНов ,кЗт/м

Рис.2. Расчетная схема и зависимость времени дотаивания вокруг трубы-лидера от погонной мощности ТЭНов 1 - труба-лидер, 2 - движущаяся граница раздела фаз 3 - радиус ореола оттаивания

Доминирующим источником строительного техногенеза является воздействие опорно-движительных механизмов транспортно-технологических средств на почвенно-растительный покров. Для проведения

сравнительного анализа этих характеристик транспортных средств с различными типами движителей использовался безразмерный критерий эффективности транспортного средства Кэ, величина которого определяется по зависимости вида:

К.^впУ (8)

Кэ N

где: вп - полезная весовая нагрузка, кН; V - скорость движения, м/с; N - мощность силовой установки, кВт.

На основании данных, полученных при проведении испытаний транспортных средств, была получена зависимость безразмерного критерия эффективности транспортного средства Кэот допускаемого удельного давления на грунт (рис. 3).

На основании анализа свойств двигателей транспортных средств определены наиболее перспективные движители экологически безопасных внедорожных машин. Наиболее эффективными ягляются движители в виде шин и пневмокатков низкого (5-30 кПа) давления или комбинации движителей различного типа (колесного, гусеничного, роторновинтового, с воздушной подушкой).

В результате исследований разработан параметрический ряд строительных машин и механизмов, обеспечивающих максимальную сохраняемость природной среды Крайнего Севера. На этой базе разработано семейство транспортных и транспортно-технологичес-ких средств нового поколения с удельным давлением на грунт менее 10 кПа и грузоподъемностью от 0,5 до 60 т.

Для повышения устойчивости и экологической безопасности сооружений, возводимых на ММГ, проведены экспериментальные исследования по применению метода ударного желонирования для погружения и быстрого вмораживания свай, в результате которых разработана природосберегающая технология устройства свайных фундаментов без нарушения структуры, состава, влажности и температуры мерзлых грунтов. Эта технология позволяет достигать полной несущей способности свай сразу после их погружения.

Для реализации указанной технологии создана принципиально новая буро-сваепогружающая машина УВ-81, проходящая испытания в районе Крайнего Севера.

Таким образом, выполненные автором исследования и разработки по созданию строительных машин, транспортных средств и

давление на гр/нт Р, к11а

Рис. 3. Зависимость безразмерного коэффициента эффективности транспортного средства К от допускаемого давления на грунт для аппаратов с различными видами движителей

Аппараты на пневмобаллонах сверхнизкого давления: 1 - Росомаха, 2 - Патруль;

Аппараты с воздушной ра31ТУ-жой: а - САВР-3 (двтитель-воз-душный винт), 4 - САВР-50(движитель гусеничный или колесный); Аппарат с роторно-винтовым движителем Б-1: 5 - как транспортное средство, 6 - как буксир плат!}>стрмы АВП; Грузовой автомобиль Формулы 6x6: 7 - Урал-5920, В - Ямал,

9 - Урал-375;

10 - зона применения строительно-дорожных машин с традиционными движителями

технологий, не оказывающих разрушающего действия на почвенно-растительные комплексы криолитозоны;выделение в самостоятельные технологические циклы операций по инженерно-экологической подготовке трассы и инженерно-биологической стабилизации нарушенных земель; адаптация применяемых строительных машин и технологий к природно-климатическим условиям криолитозоны - весь этот комплекс технических и технологических решений позволяет

сооружать объекты НТК в районах Крайнего Севера с минимальными нарушениями слоя сезонного оттаивания в пределах возможности стабилизации экзогенных процессов и самовосстановления.

в седьмой главе ("Организационно-экономические и производственно-технические задачи управления и контроля охраны природной среды в нефтегазовом строительстве на Крайнем Севере") изложена разработанная автором структурно-функциональная система управления отраслевой природоохранной деятельностью, включающая самостоятельные подсистемы организационной структуры экологической службы, производственных природоохранных подразделений и экологического контроля.

Многоаспектная задача управления охраной природы в нефтегазовом строительстве реализуется на основе системного подхода с использованием математических, программных, вычислительных, технических и организационных средств, разработанная модель АСУ нефтегазовым строительством с учетом природоохранных критериев представляет систему логических, программно и организационно увязанных блоков и алгоритмов, используюпщх инженерно-экологическую информацию по состоянию и динамике природной среды, получаемую в процессе экологического контроля (в т. ч. мониторинга). В отличие от традиционных моделей, она позволяет динамически корректировать по природоохранным критериям процесс формирования объектов НТК на всех этапах жизненного цикла При этом поиск оптимальных инженерно-экологических решений осуществляется с использованием исходной базы знаний и непрерывно пополняемых баз данных. В качестве критериев оптимальности использованы показатели совокупности ( с затратами на экологию) приведенных затрат, капитальных вложений, экологической безопасности на период строительства и на все время эксплуатации с учетом непроектных, экологически экстремальных и аварийных ситуаций.

Автоматизация процессов управления охраной природы поставила задачу обеспечения нового уровня качества экологической информации, требования к которой сформулированы и определены по предложенным автором критериям с позиции теории нечетких множеств. Данные критерии послужили базисом нормативно-методической основы экологического контроля в производственной сфере, как элемента в системе управления.

Комплексный экологический контроль выступает как в Функции

активного обеспечения экологической безопасности строительства (за счет устойчивых обратных связей и придания контролю функций регулирования и управления), так и функции объективной оценки экологической обстановки в регионе освоения.

Разработанная автором структура экологического контроля позволяет осуществить организацию такой системы оценки состояния окружающей среды в процессе строительства, которая обеспечивает накопление информационной базы по основным объектам нефтегазового строительства.

Исследования проводились на комплексных технологических потисах наземного и трубопроводного строительства (УКПГ, газопровод "Ямбург-Центр") в районах залегания ММГ. Организационно-технологические схемы работы потоков были сформированы по предложенным автором экологически рациональным критериям выбора технологий, оборудования, машин и поточно-скоростного метода строительства

Исследования и анализ практики строительства показал, что поточно-скоростное строительство в его современном организационно-технологическом решении обладает наибольшим потенциалом в сравнении с альтернативными формами организации, в снижении воздействия технотиза при условии включения в технологический цикл операций опережающей инженерно-экологической подготовки и завершающей инженерно-биологической стабилизации нарушенных земель. Все эго в совокупности позволяет в период минимального экологического риска выполнить максимум основного объема работ.

Обоснованные в ходе исследований периоды максимума и минимума экологического риска были положены в основу разработанных автором типовых циклограмм производства работ наземного и линейного строительства в районах Крайнего Севера с учетом при-родно-территориальных ограничений.

Такие решения обеспечивают наименьшую транспортно-строи-тельную техногенную нагрузку на полосу (площадку) отвода на 15202, а также позволяют обосновать принципы экономического стимулирования природосберегающего строительства на основе предложенного автором количественного показателя рационального землепользования.

Новые конструктивно-технологические решения и методы управления охраной природной среды при строительстве объектов НТК

подкреплены в работе анализом экономической и экологической результативности системы инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства.

Разработанная автором эколого-экономическая модель и сформулированные принципы рационального использования природосберегающих и восстановительных функций природы, а также ограничения наносимого ущерба в процессе строительства позволили обосновать возможность экологического нормирования по уровню допускаемых антропогенных изменений и допускаемых техногенных воздействий. Эта модель позволяет дифференцированно и комплексно оценить ущерб для 1.::его жизненного цикла объекта уже на стадии проектирования и обосновать нормативный уровень затрат по этой стадии.

Проведенные исследования и внедрения разработки обеспечили природосберегающий эффект, который выражается в снижении уровня экологического ущерба на осваиваемой территории трассы.

По сравнению с периодом освоения Уренгойского ГКМ удельные показатели нарушенное™ территории снижены на Ямбургском ГКМ и на трассе Ямбург-Центр в 2-2,3 раза.

• Внедрение концепции комплексного инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства сдерживается остаточными принципами финансирования охраны природы, для ее реализации необходимо органичное включение затрат на охрану природы (на всех этапах) в структуру общей стоимости функционирования нефтегазовых систем, что позволяет сократить ущерб на 30-40%.

Внедрение ряда законченных разработок по инжненрно-экологическому обеспечению нефтегазового строительства в криодитозо-не позволило получить прямой экономический эффект в размере 1.06 млн. рублей, при долевом участии автора - 3,7 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышенная уязвимость природно-территориальных комплексов Крайнего Севера к обустройству и эксплуатации нефтегазовых месторождений обуславливает необходимость принципиально новой экологической стратегии их освоения. Разработка, научное обоснование и внедрение такой стратегии в практику нефтегазового строительства в регионах с экстремальными природно-климатическими и инженерно-геологическими условиями занимают в диссерта-

ции центральное место. Полученные автором в ходе выполнения исследований основные научные и практические результаты сводятся к следующему.

1. Разработаны общие принципы и методологические основы прикладной теории инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства в криолитозоне, опирающиеся на классификацию новых интегральных природосберегающих критериев нефтегазот-ранспортных природно-технических геосистем и комплексные модели их формирования. Выполненные автором исследования общих закономерностей системы "технология строительства - нефтегазовый объект - окружающая среда" позволили сформулировать новую концепцию инженерно-экологического обеспечения не<$ггегазового строительства, дающую возможность совместить интенсивную строительно-производственную деятельность при сооружении нефтегазовых объектов с региональными особенностями и адаптационными свойствами природной среды. Реализация этой концепции, минимизирующей экологический ущерб по всем стадиям жизненного цикла сооружаемого объекта, обеспечивает стабилизацию геокриологических процессов в нефтегазотранспортлых геотехнических системах Крайнего Севера

2. Впервые на трубопроводах . диаметром 1420 мм в криолитозоне выполнены комплексные натурные исследования теплового и механического взаимодействия заанкеренного трубопровода с многолетнемерзлыми грунтами, на основании которых разработаны и обоснованы математическая модель, в которой учтено положительное влияние ореола оттаивания в формировании эффекта самокомпенсации трубопровода, и новые природосберегающие конструктивные и технологические решения, обеспечивающие снижение техногенных воздействий и экологического ущерба на трассах строительства в 2,0 - 2,3 раза.

По результатам экспериментов и математического моделирования:

- оценены размеры зоны теплового влияния заанкеренного трубопровода и установлено, что оттаивание не затрагивает вмораживающих крепящих элементов, что полностью гарантирует удержание трубопровода в проектном положении;

- определены зоны рационального применения вмораживаемых анкеров, что позволило обеспечить их использование на 260 километрах системы газопроводов "Ямбург-Центр";

- обоснованы профили температур на участках между компрессорными станциями, обеспечивающие устойчивость заанкеренных трубопроводов в многолетнемерзлых грунтах.

3. Поставлены и решены задачи обеспечения экологической безопасности нефтегазового строительства на Крайнем Севере. С этой целью разработаны и обоснованы нормируемые показатели экологической безопасности (экологический риск, экологический допуск, ущерб и др.), с использованием статистико-вероятностного подхода разработан классификатор экологических отказов по сооружаемым и действующим нефтегазовым объектам на ММГ. Разработана новая ...этодика оценки экологического баланса геотехнической системы, учитывающая механизм накопления антропогенных изменений и способность экосистемы к самокомпенсации.

4. Разработаны и обоснованы новые технологические решения по природосберегающему нефтегазовому строительству в криолито-эоне, вытекающие из ранее разработанной.концепции и включающие:

- граничные критерии экологически безопасного использования строительных машин и транспорта для сооружения нефтегазовых объектов на Крайнем Севере;

- систему адаптации к природно-региональным ограничениям Крайнего Севера основных технологических циклов наземного и трубопроводного строительства путем их перераспределения во временном и пространственном интервалах и введением новых технологических операций - опережающей инженерно-экологической подготовки территорий и завершающей инженерно-биологической стабилизации нарушенных земель;

- параметрический ряд трубопроводостроительных технологий, строительных машин и траспорта нового поколения, минимизирующего негативное воздействие на почвенно-растительный покров в районах Крайнего Севера, являющейся нормативной базой для проект-но-конструкторских организаций;

- новый способ и icoмплеке оборудования для бестраншейной прокладки трубопроводов под препятствиями методом направленного бурения, с применением которого построено пять переходов диаметром до 720 мм и протяженностью каждого до 200 м через водные преграды;

- методы инженерно-биологической стабилизации нарушенных ландшафтов, позволяющие сократить затраты на природовосстанови-

тельные работы при освоении нефтегазовых месторождений в крио-литозояе. Эффективность методов и технологии инжецерно-биологи-ческой стабилизации подтверждена практическим применением на площади более 120 га нарушенных земель Ямбургского и Медвежьего месторождений;

- организационно-техническая структура функционального контроля и управления природоохранными и ресурсосберегающими мероприятиями при создании нефтегазовых систем на всех стадиях их жизненного цикла.

5. Разработана имитационная модель управления природоохранной и ресурсосберегающей деятельностью в нефтегазовом строительстве, включашая в себя реальные многопараметрические процессы защиты природной среды при сооружении нефтегазовых объектов наземного и подземного базирования, с помощью которой обеспечены рациональный выбор и оптимизация управленческих решений, организационные структуры планирования, управления и контроля на всех уровнях.

6. Решены задачи сбалансирования строительного цикла во временном и пространственном интервалах с учетом минимизации техногенных нарушений в окружающей природной среде при строительстве магистральных газопроводов посредством структурно-функциональной адаптации поточно-скоростных строительных процессов к различным типам природно-климатических условий. Это позволило обосновать и внедрить циклограммы временных интервалов выполнения работ с минимальным экологическим риском, а также обосновать и апробировать . принципы экономического стимулирования природосберегающего строительства на основе предложенного количественного показателя рационального землепользования.

7. Результаты системных исследований и разработок, выполненных под научно-методическим руководством и при участии автора, явились основой отраслевых целевых комплексных программ "Экология нефтегазового строительства на 1985-1990 гг. и на период до 1995 г.", "Трубопровод", и "Новые машины", а также вошли в ряд нормативно-технических документовы, регламентирующие основные аспекты инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства.

Практическая реализация разработанной системы снижает экологический ущерб и сокращает затраты на поиродовосстановитель-

кие работы при освоении нефтегазовых месторождений Крайнего Севера в среднем на 30-35%.

Внедрение ряда законченных разработок по инженерно-экологическому обеспечению нефтегазового строительства в криолитозо-не позволило получить экономический эффект в размере 106 млн. рублей, при долевом участии автора - 3.7 млн. рублей.

основные публикации и изобретения по теме диссертации

книги, монографии и научно-технические обзоры

1. Маьур И. И., Молдаванов О. И. Введение в инженерную экологию. - М.: "Наука", 1989, 37бс.

2. Мазур И. И. , Иванцов О. М. , Молдаванов 0. II Конструктивная надежность и экологическая безопасность трубопроводов.-М.: "Недра", 1990, 264с.

3. Мазур И. И. Инженерно-экологические решения в практике строительства нефтегазовых объектов. - М.: "Недра", 1990, 187с.

4. Мазур И. И. Экология строительства объектов нефтяной и газовой промышленности. - М.: "Недра", 1990,318с. (сдано в набор).

5. Мазур И. И. Охрана окружающей среды при сооружении объектов нефтегазового комплекса. Обзор. - М.: ВНИИПКтехоргнефте-газстрой, 1987, 58с.

6. Мазур И. И. Организационно-технические решения охраны окружающей среды в нефтегазоносных районах Арктики. Обзор. -

1,1: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1989, 57с.

7. Мазур И. И. Научные и организационно-технологические основы инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства на Крайнем Севере. Обзор. - Ы.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1989, 42с.

8. Мазур И. И. , Сидоренко В. П. Совершенствовать, отраслевую систему организации поточно-скоростного строительства. Сб. "Ускорение, перестройка". - М.: "Недра", 1986, 17с.

9. Мазур И. И. , Сидоренко Е П., Лугина И. II , Позина Л. И. Организация поточногскоростного строительства газопроводов . Об -зор. - М.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1987, 38с.

10. Мазур И. И. , Завизион Е Г. , Сидоренко В. П. , Лугина И. И. Организация образцового режима строительства УКПГ-2 на Ямбур-ге. Обзор. -М.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1987 , 42с.

11. МазурЯИ,, ЗавизионЕГ., Гродзинский В. В. Вопросы экологии строительства нефтегазовых объектов в условиях Крайнего Севера. Обзор. - М.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой ,1986, 40с.

12. Мазур И. И. , Зиновьев Е Е , Сидоренко Е П. , Позин Л. Е Программно-целевое управление поточно-скоростным строительством. Обзор. - М.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1988 , 41с.

13. Мазур И. К , Щербаков С. М. , Антонов-Дружинин Е Е Совершенствование методов обеспечения и контроля устойчивости магистральных трубопроводов в криолитозоне. Обзор. -¡ М.: ВНИЙЭга-впром, 1989, 56с.

14. Мазур И. И., Молдаванов 0. И. , Новиков И. Е и др. Вопросы экологической паспортизации объектов и технологий нефтегазового строите льства. Обзор. - М.: ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1990, 36с.

15. Мазур И. И., Минаев Е А., Мэсесов С. К Новые методы и машины для строительства магистральных трубопроводов с минимальным экологическим влиянием. Обзорная инф. Серия"Строит. магистр, трубопр. вып. 7,- KL: ИИЦ ВНИИПКтехоргнефтегазстроя, 1990,35с.

16. Мазур И. И., Кривошеин Б. JL , Сусоколов А. Е Теоретические основы прогноза удерживающей способности вмораживаемых анкеров для магистральных газопроводов. Обзор. - М.: ВНИИЭгазпром, 1990, 41с.

основные статьи

1. Мазур И. И. Развитие новых непрерывных и специализированных видов трубопроводного транспорта. -"Строительство трубопроводов", 1981, N 4, с. 7-9.

2. Мазур И. И. Устройство подливок под колонны в зимнее время. - "Бетон и железобетон", 1985, N 3, с. 4-8.

3. Мазур И. И. Особенности технологии устройства подливок и обетонировок колонн и технологического оборудования в условиях низких отрицательных температур. - М.: Информнефтегазс-трой, 1986, N 3, с. 23-31.

4. Мазур И. И. Определение рациональных границ использования строительных подразделений различной мощности. - "Строительство трубопроводов", 1986, N 5, с.9-11.

5. Мазур И. И. Основные направления совершенствования строительного производства. - М.: Информнефгегаэстрой 1986, N 8-9,

с. 7-19.

6. Мазур И. И. Задачи совершенствования природоохранной деятельности з отрасли. - "Строительство трубопроводов", 1987, N 8, с. 5-9.

7. Мазур И. И. Слагаемые надежности охраны природы в нефтегазовом строительстве. - "Строительство трубопроводов", 1987, N 12, с. 7-11.

8. Мазур И. И. Природоохранная политика в строительстве : проблемы, пути решения. - "Газовая промышленность", 1983, N 5, с. 24-28.

9. Ма~ур И. И. Коренная перестрой!«! природоохранной деятельности: от планов к практической реализации. - "Строительство трубопроводов", 1988, N б, с. 19-22.

10. Иазур И. И. Новая технология и организация поточно-механизированного строительства линейной части магистральных трубопроводов. Научно-технический обзор. - Я :. ВНИЗЯШтехорг-нефгегвзстрой, 1988, N 13, с. 17-29.

11. Мазур 1111 Нефтегазовое строительство на Севере - проблемы экологии. "Строительство трубопроводов", 1908, М 8,с. 14-24.

12. Мазур И.II Проблемы инженерной экологии нефтегазового комплекса и пути их эффективного решения. Сб. докладов 1-ой Всесоюзной экологической конференции. Надым, - 11: ВНШИтехорг-нефтегазстрой, 1987, с. 3-8.

13. Мазур И. И. Пути решения экологических и социальных вопросов Ямала. - "Строительство трубопроводов", 1939, N О, с. 6-9.

14. Мазур И. И. Инявне'рно-экологические основы освееиия нефтегазоносных районов Севера. - "Строительство трубопроводов", 1989, N 12, с. 14-16.

15. Мазур И. II, Минаев а Л Сооруявние подводных переходов методом направленного бурения. - "Строительство трубопроводов", 1988, N 4, с. 9-14.

16. Мазур 1111, Сидоренко Е П. Снижение техногенного воз' действия при поточно-скоростном строительстве. Научно-технический обзор. - М. : ВНИИПКтехоргнефтегазстрой, 1989, N 12, с. 34-44.

17. Мазур II и .Голубчиков Ю, Н.,Соломатин. В. Я .Семенов Л П. Устойчивость экосистем. - М.: ВШШЭгазпром, 1990, с. 11-19.

18. Мазур И. И., Соломатин а И., Чигир Е Г.. Семенов Л П.

Разработка нормативных основ инженерно-экологического обеспечения нефтегазового строительства на Крайнем Севере, Н-т. инф. сб. "Передовой производственный опыт", N7/90,- \к ИИЦ ВНИИПКтехорг-нефтегазстроя, 1990, с. 31-36.

19. Мазур И. И., Сидоренко В. П. Исследование техногенного воздейстия при строительстве в условиях Крайнего Севера ""Строительство трубопроводов 1990, N 3, с. 18-23.

список изобретший

1. А. С. N 1093862 СССР. Способ прокладки подводного трубопровода типа труба в трубе. Заяв. 02.03.83 / соавторы Латы-пов Е С., Полозов А. Е. , Слепокуров Е. И. , Ахтимиров Е Д. - Б. И., 1984, N 19.

2. А. С. N 111S576 СССР. Многогусиничное транспортное средство. Заяв. 18.11.83/ соавторы Капустин Г. Е , Бортаковс-кий С. Я , Дудоладов Ю. А. , Сеиин Е. Л. , Исмагилов Р. М. - Б. И. , 1984, N 38.

3. А. С. N 1234698 СССР. Торцевой упор трубопровода. Заяв. 15.07.83. / соавторы Минаев Е И. , Березин Е Л. , Чирсков К Г. , .Торопов С. Ю. , Киркин С, Ф. - Б. И. , 198б", N 20.

4. А. С. N 1372146 СССР. Устройство для монтажа и укладки трубопроводов. Заяв. 21.02.84 / соавторы Чирсков R Г., Минаев Е И. , Березин В. Л. , Пермикин Ю. Е - Б. И. , 1938, N 5.

5. А. С. N 1237659 СССР. Способ безтраншейной прокладки трубопроводов преимущественно под водными препятствиями и устройство для его осуществления. Заяв. 30.04.85 / соавторы Минаев ЕИ., Березин В. Л., ОКель С. П., Кочетов ЕИ. - Б. И. . 1935, N 6 (ДСП).

6. А. С. N 1498080 СССР. Способ возведения подземного сооружения в мерзлом грунте. Заяв. 15.10.87 / соавторы Щербаков С. М. , Бородавкин П. IL , Репкель А. Ф. - Б. И. , 1987, N З(ДСП).

7. А. С. M 1488398 СССР. Устройство для безтраншейной прокладки трубопроводов под водными прэградами. Заяв. 17.06.87 / соавторы Минаев Е И. , Шкирятов В. В. , Никитин И. В. - Б. И. , 1989, N 23.

8. Способ замены магистрального трубопровода. Заяв. 20.02. 89 / соавторы Минаев В. И. , Иващенко Е Е Положительное решение ВНИИГГО от 28.08.89 (ДСП).

9. Устройство для образования скванин в грунте. За-яв. 29.03. 89 / соавторы Минаев Е И. , Бобылев И. И. Положительное решение ВНЖГПЭ от 25. 03. 89.

10. Способ беэтраншейной прокладки трубопровода За-яв. 03.02.89 / соавторы Мосесов С. К. , Никитин М. В. Положительное решение ВНИИГПЭ от 25. 08.89 (ДСП).

11. Способ формирования трубопровода в грунте и устройство для его осуществления. Заяв. 20.02.89 / соавторы Минаев В. И. , Мосесов С. 1С Положительное решение ВНИИГПЭ от 16.08.89 (ДСП).

12. Платформа транспорная самоходная с воздушной разгруз кой. Заяв. 01.03.89 N 50141/49/06069& / соавторы Киркин С. Ф. , Охотин Ю. Е , Короинов К. А. , Акулов Е И., Арбан Д. Н. Положительное решение ВНИИГПЭ от 05.10.1989.

нормативные документы

1. Рекомендации по определению мощности и потенциала долговременного потока. Р5-91-86. - М.: ВНИИСТ, 1986.

■2. Рекомендации по определению оптимальных границ использования трубопроводостроительных подразделений различной техни ческой производительности. Р5-92-86. - М.: ВНИИСТ, 1966.

3. Руководство по природоохранной деятельности в системе Миннефтегазстроя СССР, 1988.

4. Ведомственные строительные нормы. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Охрана окружающей среды. ВСН 014-89/Миннефтегазстрой. - М.: ВНИИСТ, 1989.

5 . Методические указания по организации и проведению экологической экспертизы проектно-конструкторской, нормативно-технической и технологической документации в системе строительства объектов нефтяной и газовой промышленности. - М.: ВНИИПКтехорг-нефгегазстрой, 1990.

6. Государственный стандарт 17.1.10-90. Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами при транспортировании их по магистральным трубопроводам. Миннефте-газпром, Миннефтегазстрой, Госстрой СССР, 1990.

7. Природоохранный регламент нефтегазового строительства в районах Крайнего Севера Западной Сибири. ГГК "Газпром". 1990.

8. Учебные программы с методическими рекомендациями для экологического всеобуча в системе Миннефтегазстроя СССР. М.: ВПИИПКтехоргнефтегазстрой, 1990.