Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности

Попов, Александр Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности"

На правах рукописи

Попов Александр Петрович

УПРАВЛЕНИЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ ГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА В КРИОЛИТОЗОНЕ. ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ.

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тюмень 2005 г.

Работа выполнена в ООО "Надымгазпром", Институте криосферы Земли Тюменского Научного Центра СО РАН, Институте геологии и геоинформатики Тюменского государственного нефтегазового университета

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Бухгалтер Эдуард Борисович

доктор геолого-минералогических наук, профессор Баулин Владимир Викторович

доктор технических наук, Коновалов Александр Александрович

Ведущее предприятие - ФГУП "Фундаментпроект"

Защита состоится "_2_" _ноября_ 2005 г._в_10 — на заседании диссертационного совета ДМ 003.042.01 при Институте криосферы Земли Сибирского отделения Российской академии наук по адресу по адресу: г. Тюмень, ул. Малыгина, 86.

Отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять ученому секретарю совета по адресу 625000, г. Тюмень, а/я 1230, Институт криосферы Земли СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института криосферы Земли СО РАН: г. Тюмень, ул. Таймырская, 74.

Автореферат разослан" 9 " сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук —^Р5^*---Е-А. Слагода

/397/

Г7-/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время и в перспективе до 2020 года север Западной Сибири является основным газодобывающим регионом России, обеспечивающим энергетическую безопасность экономики и жизнедеятельности населения самой холодной в климатическом и геокриологическом отношении страны мира.

Актуальность темы. Методическая основа исследований. Изменение теплового состояния многолетнемерзлых грунтов основания сооружений в процессе эксплуатации является причиной активизации опасных инженерно-геокриологических процессов. Практика показывает, что их развитие периодически приводит к возникновению аварийных ситуаций на объектах газового комплекса с тяжелыми финансово-экономическими, материально-техническими, экологическими и социальными последствиями. Особенности динамики не только механического, но и других форм взаимодействия инженерных сооружений с ММП свидетельствуют о значительном влиянии процесса формирования теплового поля вокруг инженерных сооружений на их надежность (Н.А.Цытович, С.С.Вялов, П.И.Мельников, В.А. Кудрявцев, Е.С.Мельников, Л.Н. Хрусталев, С.Е.Гречищев, В.Р.Цибульский, А.А.Коновалов, М.М.Дубина и др.)

В связи с этим создание технологии обеспечения надежности инженерных сооружений газодобывающего комплекса посредством управления тепловым состоянием грунтов оснований - одна из важнейших и актуальных проблем не только газовой отрасли, но и всего государства.

Ведущие советские и российские ученые Э.Д.Ершов, Л.Н.Хрусталев, Л.С.Гарагуля, Л.Н.Максимова, А.Б.Чижов, М.А.Минкин и др. в своих трудах отмечают актуальность методического развития технологии прогнозирования, позволяющей разрабатывать технические средства управления температурным режимом оснований сооружений и обеспечить надежность инженерных сооружений в криолитозоне.

Качественная оценка теплового воздействия "проблемных" геотехнических систем (ГТС) на геологическую среду и эффективности применения комплекса технических решений по управлению тепловым состоянием грунтов основания сооружения невозможна без количественного теплофизического прогноза. К сожалению, применение количественного прогноза в проектировании ограничено рамками использования стационарных или одномерных решений задачи теплообмена.

М.А.Минкин, 1987; М.М.Дубина 1982, 1999) и методологических основ постановки вычислительного эксперимента (А.А.Самарский и др.), создают предпосылки для разработки технических решений по использованию средств тепловой мелиорации грунтов оснований сооружений на базе прогнозных расчетов с применением метода вычислительного эксперимента.

Именно поэтому развитие научно-методических основ криогеотехнологиче-ского прогнозирования, позволяющих разработать технические средства управления температурным режимом основания конкретного сооружения, учитывать реализуемых превентивных и оперативных мероприятий, случайных и юванных факторов эксплуатационного воздействия, является акту-ной проблемой, решение которой имеет важное хозяйственное значе-

г"осе обеспечения надежности функционирования газодобывающего 5ЛОМ ведущее место занимает проблема эксплуатации добывающих одного из его основных элементов. Наибольшую опасность для тавляют возникающие под действием механических нагрузок осе-гальные деформации крепи. Причиной их возникновения в значи-:лучаев является изменение характера действия механических на-вие растепления мерзлых грунтов в результате их взаимодействия сак источником тепла. Применение традиционных и типовых техни-:й, разработанных за 50-летний период промышленного строитель-овиях других регионов криолитозоны России, оказалось недостаточно течения надежной эксплуатации добывающих скважин месторождений фова Ямал. Научно-методические основы криогеотехнологического про-хди.здрования позволяют разработать комплексные технические решения с применением современных средств по сохранению, воспроизводству или усилению криогенного ресурса многолетнемерзлых пород (ММП), используемых в качестве оснований сооружений. Проверка "работоспособности" таких технических ре-¡ессе длительного промыслового эксперимента позволяет не только возможности их практической реализации, но и доказать адекват-татов применения технологии прогнозирования экспериментальному то является актуальным с научной, и особенно с практической то-

<аботы. Усовершенствовать научно-методические основы управления ым полем оснований сооружений с использованием количественного прогноза нестационарного теплового режима грунтов для обеспечения надежности геотехнических систем в криолитозоне.

Основные задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Выполнить анализ причин остановок и отказов систем добычи и подготовки газа к транспорту на месторождениях Крайнего Севера, выявить наиболее значимые причины "отказов" добывающей геотехнической системы и ее компоненты, наиболее подверженные таким отказам. Обобщить результаты 12-летнего цикла режимных наблюдений за состоянием оснований и фундаментов газопромысловых сооружений месторождения Медвежье, выявить характерные типы деформаций, установить их причины, провести классификацию элементов геотехнических систем по характеру их теплового взаимодействия с многолетнемерз-лыми породам..

2. Усовершенствовать научно-методические основы технологии управления качеством криотехнической (опорной) компоненты ГТС посредством целенаправленного преобразования температурного поля грунтов на базе применения известных средств расчета нестационарного теплового режима грунтов и методики вычислительного эксперимента. Произвести опытно-промышленное внедрение разработанной технологии посредством разработки и реализации рациональных комплексов технических решений для вновь проектируемых, требующих реконструкции и ликвидируемых объектов газодобывающего комплекса севера Западной Сибири. Оценить фактическую экономическую эффективность реализованных мероприятий.

3. Выполнить анализ опыта строительства и эксплуатации скважин газовых месторождений Западной Сибири, результатов промысловых исследований теплового воздействия скважины на ММП, существующих методов обеспечения надежности ее конструкции, материалов параметрического бурения на кустовых площадках месторождений Ямала. Провести типизацию геокриологических условий кустовых площадок по степени опасности строительства добывающих скважин. Сформулировать принцип выбора конструкции скважины, обеспечивающий надежность ее ствола в условиях пород с аномальной льдистостью и засоленностью.

4. Исследовать конструкции скважин, как источники теплового воздействия при различных способах их размещения в пределах кустовых площадок и эксплуатации продуктивных горизонтов, изучить воздействие добывающих скважин на ММП и их нестационарное тепловое взаимодействие с сезонноохлаждаю-щими парожидкостными трубчатыми системами вблизи поверхности Земли территории Бованенковского месторождения на основе реализации технологии управления качеством опорной компоненты геотехнической системы в части разработ-

ки методик постановки и проведения вычислительных и промысловых экспериментов.

5. Выполнить разработку и научное обоснование теплотехнических критериев, технологических и технических требований к новым средствам управления состоянием криотехнической компоненты ГТС "добывающая скважина" посредством изменения ее тепловой мощности и целенаправленного преобразова-ня строительных свойств грунтов с использованием ресурсов атмосферного холода. Провести опытно-промышленные испытания разработанных средств управления и проверку адекватности сценариев теплового взаимодействия экспериментальному материалу в процессе годичного цикла исследований в промысловых условиях на территории полуострова Ямал.

6. Оценить эффективность и перспективы практического применения разработанных положений работы как научной основы проектирования, эксплуатации и управления состоянием сооружений в сложных геокриологических условиях и обосновать перспективы исследований на стыке разделов наук о Земле ("геоэкология", "экологическое нормирование", "строительная геотехнология", "инженерная геология, мерзлотоведение", "ландшафтоведение") в рамках "прикладного криогеотехнологического прогнозирования".

Объекты исследований. Многолетнемерзлые грунты оснований инженерных сооружений газового комплекса севера Западной Сибири, технические устройства, обеспечивающие сохранение, воспроизводство или усиление криогенного ресурса ММП, тепловое взаимодействие между техническими устройствами, промысловыми сооружениями газодобывающих комплексов и природно-'еологической средой, возникающее на различных этапах "жизненного цикла" систем добычи газа.

Методы исследований. Для решения задач прогноза, проектирования и управления тепловым взаимодействием инженерных сооружений с ММП применены известные численные методы решения задач теории теплопроводности с фазовыми переходами во влагосодержащих породах и метод вычислительного эксперимента для решения соответствующих "обратных" задач теплообмена. При планировании и реализации промысловых экспериментов использованы методы газодинамических исследований добывающих скважин, скважинной термометрии. При обработке экспериментального материала использованы методы математической статистики, анализа геолого-промысловой информации.

свайных оснований и режимных термометрических исследований наблюдательных скважин по площадкам строительства. В работе использованы данные двенадцатилетнего цикла наблюдений по скважинам и деформационным маркам сети инженерно-геокриологического мониторинга на 18 площадках размещения основных объектов добычи и подготовки газа к транспорту на месторождении Медвежье, на площадках установок комплексной подготовки газа (УКПГ) и дожимных компрессорных станциях (ДКС) Юбилейного и Ямсовейского месторождений, материалы экспериментальных термометрических исследований на скважинах Бова-ненковского месторождения (БГКМ), длительного промыслового эксперимента по перекачке газа из аптского продуктивного горизонта в сеноманский на кустовой площадке № 64 БГКМ.

Теоретические и методические положения работы получены с использованием апробированных в научной и прикладной литературе методов современной теории теплопроводности дисперсной среды с фазовыми переходами воды, численных методов решения соответствующих задач математической физики, а также развитой в области прикладной математики технологии вычислительного эксперимента. Результаты работ подтверждены многолетней практикой контроля устойчивости объектов газодобычи на лицензионных участках ООО "Надымгаз-пром" в пределах территории Ямало-Ненецкого автономного округа, использованием материалов работы в проектных решениях по реконструкции действующих сооружений и при проектировании новых объектов в зоне распространения ММП.

Научная новизна.

Автором существенным образом усовершенствованы научно-методические основы технологии управления состоянием опорной компоненты криогенной ГТС. Технология заключается в применении методической основы постановки вычислительного эксперимента для решения "прямых" и "обратных" задач нестационарного теплообмена ГТС и ММП и отличается тем, что, возможность получения информации при реализации комплекса работ по эксплуатационному геотехническому мониторингу позволяет, используя вычислительный эксперимент, определить изменения параметров техногенного климата под действием случайных и детерминированных объективных и субъективных факторов воздействия, вычислить "эффективные" технические параметры и технологические характеристики средств управления этими факторами и обеспечить необходимое "качество" ГТС течение всего срока ее эксплуатации.

вия инженерных сооружений с ММП оснований для целей проектирования эффективных мероприятий по управлению температурным полем грунтов и состоянием сооружения. Заложены основы нового междисциплинарного научного направление "прикладного криогеотехнологического прогнозирования", обоснованы пути для его дальнейшего развития на стыке наук о Земле.

Впервые сформулирован принцип выбора конструкции, обеспечивающий повышение надежности добывающей скважины в условиях пород с аномальной льдистостью и засоленностью (месторождения полуострова Ямал) с допущением оттаивания и полной потери механической связи крепи с вмещающими ее грунтами. Предлагаемый принцип заключается в выборе способа "крепления" устьевой части скважины с помощью пассивных или пассивно-активных неэнергоемких тепловых экранов исходя из результатов типизации разреза на основе материалов предварительного параметрического бурения кустовых площадок. Для практической реализации принципа предложены и защищены патентами РФ способы крепления приустьевой зоны скважины. Посредством проведения вычислительного эксперимента с использованием квазитрехмерной постановки задачи теплообмена обоснованы принципиальные характеристики технических средств, необходимых для реализации способа.

Впервые в промысловых условиях проведены исследования фактического коэффициента теплоотдачи добывающих скважин различной конструкции "тепловой защиты". Для этого разработаны и защищены патентом РФ программа промыслового и методика вычислительного эксперимента, основанного на "обработке" результатов термометрии в трубке сателлите за направлением с помощью численного решения уравнений математической модели нестационарного теплообмена скважины и грунтового основания, применительно к условиям льдистого разреза ММП полуострова Ямал.

Впервые в процессе длительного промыслового эксперимента по исследованию нестационарного теплового влияния кустовых добывающих скважин на ММП в годичном цикле теплового воздействия произведена проверка адекватности экспериментальному материалу разработанных математических моделей, испытан способ крепления устья скважины трубчатой сезонноохлаждающей системой, исследован процесс восстановления естественной температуры пород после окончания теплового воздействия.

На защиту выносятся следующие основные положения: 1. Возникновение аварийных ситуаций по причине потери надежности "опорной" компоненты ГТС уступает по значимости лишь отказам технологического характера. В отличие от существующих представлений о затухании деформаций

во времени, традиционных для территориальных зон строительства без наличия ММП в грунтах оснований, деформации развиваются во времени, что обусловлено динамикой криогенных процессов техногенного характера. На начальной стадии освоения более значимы отказы на добывающих скважинах, по мере выработки месторождения ущерб от отказов по причине воздействия на ММП все больше смещается в сторону фундаментов объектов подготовки газа к дальнему транспорту. Причины отказов "опорной" компоненты (непроектные изменения мерзлотно-геологических условий, связанные с объективными и субъективными факторами проектирования) подтверждают необходимость разработки и совершенствования методической основы управления тепловым взаимодействием ГТС и ее надежностью.

2. Усовершенствованные научно-методические основы технологии управления состоянием опорной компоненты криогенной ГТС представляют собой, по сути, технологию прогноза изменений окружающей среды, позволяющую, на всех стадиях "жизненного цикла" различных типов ГТС разработать, научно обосновать критерии и технологические требования к созданию именно тех новых технические средств управления, которые своевременно локализуют или ликвидируют возможные последствия негативных техногенных воздействий.

Практическая реализация технологии позволяет с достаточной степенью эффективности решить крупную народохозяйственную задачу - обеспечить эксплуатационную надежность инженерного сооружения с одновременной оптимизацией финансовых затрат, направляемых на достижение этой цели.

3. Практическое применение технологии для наиболее "значимого" типа объектов газодобывающей системы - кустовых эксплуатационных скважин, позволило спланировать и провести серию промысловых и вычислительных экспериментов по их исследованию, как источников теплового воздействия на ММП, оценить перспективы использования новых строительных технологий и технических средств управления ГТС и криогенным ресурсом территории, обеспечить повышение надежности конструкций горных выработок при их проектировании, строительстве и восстановлении, одновременно улучшая показатели экономической эффективности проектных решений. Реализованные в промысловых условиях на территории полуострова Ямал опытно-промышленные испытания разработанных средств управления позволили констатировать адекватность сценариев теплового взаимодействия ГТС с ММП экспериментальному материалу в процессе годичного цикла исследований.

Использование технологии в смежных отраслях науки о Земле позволяет получать сведения о характеристиках (параметрах) и свойствах реальных природ-

ных и природно-технических систем и (или) их элементов, решать проблемные вопросы классификации объектов, изучать характер взаимосвязей, особенности структуры и строения криогенных геосистем и их компонентов посредством вычислительного эксперимента, реализующего решение совокупности прямых и обратных задач теплообмена, что свидетельствует о создании научно-методической основы нового междисциплинарного направления - "прикладного криогеотехно-логического прогнозирования"

Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в следующем.

для целей проектирования эффективных мероприятий при искусственном управлении температурным полем грунтов основания;

для разработки прогноза динамики геокриологических условий площадок строительства при проведении инженерно-геологических изысканий;

при использовании в качестве ключевого элемента в комплексе производственных работ по инженерно-геологическому мониторингу сооружений в зоне распространения ММП.

Во-вторых, промысловые экспериментальные исследования позволяют убедиться в достоверности теоретических прогнозов взаимодействия скважины и ММП, откорректировать конструкцию крепи добывающей скважины для месторождений полуострова Ямал с целью повышения ее устойчивости и экологической эезопасности.

В-третьих, результаты научных исследований и научно-методических разработок соискателя нашли применение на предприятиях:

1. ООО "Надымгазпром" - в 1992-2004 г.г. в качестве методической основы деятельности производственной службы инженерно-геологического мониторинга в повседневной практике предприятия. В течении ряда лет на них основаны ежегодные планы текущего, капитального ремонтов и реконструкции "нулевых циклов" добывающих сооружений Медвежьего, Юбилейного, Ямсовейского, Бова-ненковского и Харасавейского месторождений.

2. ООО "Надымгазпром" - в 2001-2004 г.г. в процессе экспериментальных работ при реализации мероприятий начального периода обустройства Бованенков-ского ГКМ.

Подтвержденная документально экономическая эффективность внедрения на предприятии "Надымгазпром" технических мероприятий за 1999 год составила

51960,357 тыс. рублей, за 2000 год - 28389,210 тысяч рублей, за 2001 год -28647,187 тысяч рублей, за 2002 год - 30315,17 тысяч рублей.

3. ООО "ТюменНИИГипрогаз" - при разработке проектной документации на экспериментальный промысловый полигон по испытанию приустьевых охлаждающих систем на Песцовом месторождении. Выборе принципиальных решений по конструкции скважин для Бованенковского ГКМ.

4. ООО "Фундаментстройаркос", ОАО "ВНИПИГаздобыча" - при разработке проектной документации для реализации перечисленных выше мероприятий в строительной практике.

Апробация работы. Основные результаты работ обсуждены в процессе докладов и дискуссий при проведении ряда конференций, семинаров, совещаний и конгрессов. Наиболее значительные из них: Первая конференция геокриологов России, МГУ, 1996 г.; Второй международный конгресс "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего" Москва, 1997 г.; Горно-геологический Форум "Природные ресурсы стран СНГ", С.Петербург, 1998 г.; Международная конференция "Нефтегазэкспо" С.-Петербург, 1998 г.; Interna-sional Gas Research Conference, San Diego, California, USA, 1998 г.; Вторая конференция геокриологов России, МГУ, 2001 г.; Международная конференция "Консервация и трансформация вещества и энергии в криосфере Земли, Пущино, 2001 г.; IX международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах. Моделирование технологий замораживания грунтов искусственным холодом", Санкт-Петербург, 2003 г., Международная конференция "Криосфера нефтегазоносных провинций", Тюмень-Надым, 2004 г., Научно-практический семинар "Исследования засоленных мерзлых грунтов в строительных целях", Тюмень 2005 г., Третья конференция геокриологов России, МГУ, 2005 г.

Результаты работы и ее промышленной апробации на предприятии "Надым-газпром" были представлены и обсуждены на секции "Экология и охрана окружающей среды НТС ОАО "Газпром" (июль, 1998 г., Решение № 12-98). В 1999 г. комплекс работ отмечен отраслевой премией за лучшую научно-техническую разработку (Постановление Правления ОАО "Газпром" № 94 от 9 августа 1999 г.).

В 2002 г. научно-техническая разработка "Разработка и внедрение методики прогнозирования теплового взаимодействия объектов газового комплекса с мно-голетнемерзлыми грунтами" отмечена дипломом лауреата отраслевой премии за лучшую научно-техническую разработку (Постановление Правления ОАО "Газпром" № 61 от 29 августа 2002 г.).

Защищенные патентами РФ (№ 2158353, № 2157872) способы обеспечения надежности фундаментов и скважин, основанные на искусственном управлении температурным режимом грунтов, отмечены в 2001 г. серебряной и бронзовой медалями Женевского международного салона изобретений (Salon International Des Inventions, Geneve, le avril 2001) . В 2002 г. патентные разработки отмечены дипломом конкурса "Изобретатель года, Тюмень, 2002 ".

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 83 научных работах, включая 5 монографий и 8 научных обзоров. По результатам представленных в работе исследований получено 7 патентов РФ на изобретения, 9 работ опубликовано единолично, 8 работ опубликовано в изданиях, выпускаемых в РФ и включенных в Перечень ВАК. Наиболее существенные из опубликованных работ приведены в автореферате.

Личный вклад автора состоит в постановке проблемы, разработке методологии исследований, научном руководстве промысловыми и вычислительными экспериментами, в непосредственном их проведении, участии в термометрических и газодинамических исследованиях, в проведении интерпретации и обобщения результатов. Разработка основных положений научно-методических основ технологии управления состоянием ГТС в криолитозоне, разработка способов и методик, реализация вычислительных экспериментов для ряда конкретных инженерных сооружений выполнены непосредственно автором. Помимо этого автором сформулированы "формулы изобретений" и тексты заявок на патенты РФ 2157872, 2126887, 2159308, 2127356, работа над формулами изобретений к патентам РФ 2158353 и 2157882 выполнена совместно с к.т.н. Г.К. Смоловым, к патенту РФ 2209934 с д.т.н. М.М. Дубиной.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, изложенных на 319 листах, в том числе 291 страница машинописного текста, 57 рисунков, 4 таблицы, списка литературы из 409 наименований, из 1 графического и 3 текстовых приложений.

В работе приведены результаты самостоятельных исследований автора, а так же результаты, полученные под его научным руководством в творческом сотрудничестве с А.Б.Осокиным, Г.К.Смоловым, Г.И.Гривой, А.И.Березняковым.

Автор выражает признательность и благодарность Академику РАН В.П.Мельникову, чьи ценные рекомендации помогли автору "взглянуть" на практические результаты проделанной работы с несколько иной, методологической точки зрения, отчего последняя приобрела стройность и "законченный", цельный вид, д.т.н., профессору М.М. Дубине, советы и замечания которого способствовали улучшению структуры и содержания работы.

Автор искренне благодарен своим первым научным руководителям В .П.Мельникову, Б.И.Геннадинику (ИМ СО АН СССР, 1982), В П.Цареву, Б.В.Дегтяреву, Ю.Н.Ширихину (ИПОС СО РАН, 1987), О.М.Ермилову (НФ "Тю-менНИИГИпрогаз", 1991, ООО "Надымгазпром", 1996) за полученную "школу", советы, наставления и поддержку; руководству ОАО "Газпром" В.В.Ремизову, Н.В.Михайлову; предприятия "Надымгазпром" Л.С.Чугунову JI.C., В.И.Кононову, Г.И.Облекову, З.С.Салихову и его Научно-технического центра А.И.Березнякову, Л.Н.Решетникову за организационную и техническую помощь в проведении исследований.

Автор особенно благодарен промысловому, инженерному и руководящему персоналу Ямальского газопромыслового управления В.В.Арефьеву, В.А.Дмитриеву, Г.Э.Гаджиеву, коллективу лаборатории исследований газовых и газоконденсатных скважин и отдела инженерно-геологического мониторинга НТЦ Надымгазпром В.Б.Полякову, Ю.П.Архшюву, Э.Ю.Галактионову, ПА.Бендас, А.Т.Дуденко, которые в экстремальных условиях Бованенковского, Медвежьего, Юбилейного и Ямсовейского месторождений помогли автору собрать основной объем экспериментальных данных и делили тяготы полевой жизни.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы, ставится цель и задачи исследования, рассматриваются методы и возможные средства исследования, научная новизна и практическая значимость результатов.

Первая глава посвящена обсуждению предметно-объектной области и методических основ исследования, постановке проблемы.

Разрабатываемые месторождения углеводородного сырья представляют собой сложную газодобывающую систему (рис.1).

Помимо собственно природной геологической компоненты (имеется ввиду газоносный геологический горизонт), в этой системе взаимодействуют друг с другом отдельные технические компоненты, а именно, собственно добывающая (эксплуатационные газовые скважины), перерабатывающая (установки комплексной подготовки газа) и транспортная (дожимные компрессорные станции, трубопроводы межпромыслового транспорта внутрипромысловые трубопроводы сбора газа).

Кроме этого, размещение месторождений в зоне распространения ММП усложняет этот комплекс еще одной природно-технической компонентой - грунты оснований, фундаменты и тепловой технологический режим эксплуатации всех перечисленных: сооружений. Элементы этой компоненты находятся в тесной взаимосвязи не только между собой, но и влияют (обратные связи) на состояние других компонентов ГТС. Именно через эту компоненту окружающая среда сущест-

венным образом влияет на надежность эксплуатации и стабильность подачи газа

потребителю. Такую систему, состоящую из

НЙтШ

I еплш«йвоя соггаилчюаря < ' Кпиматичегчач ссетдаля сшэя U---

Природные подсистемы

Подсистема продуктивного горизонта

Естественный

Геокриологическая подсистема

I деградация, I аарадация ММП

I флюида

Техногенный климат

Криотехническая (опорная) подсистема

грунты оснований, фундаменты, технические средства управление I состоянием грунтов и тепловой технологический режим эксплуатации инженерных сооружений

Добывающая"

эксплуатационная скважина -1-

—Транспортная"'

ДКС, внутрипро числовые и межпромысловые трубопроводы

" П ер~а рабатьЛв а ю щая установки комплексной подготовки газа

U-.

Технические j подсистемы г

--------1----------1.

деформации технологического оборудования

Рис.1. Газодобывающая геотехническая система

природной (геокриологической) и технической компоненты, назовем криотехнической опорной компонентой (подсистемой).

Следует отметить, что газодобывающая ГТС представляет собой совокупность технологически обусловленных, иерархически подчиненных

ей типов природно-технических систем. При этом природные компоненты этих типов существенно преобразованы техногенным воздействием, что необходимо учитывать при управлении состоянием таких систем.

Исследователи устойчивости природных геосистем (Н.А.Граве, С.Ю. Пар-музин, А.А.Коновалов, Д.В. Московченко, С.Е.Суходольский, А.И.Сташенко, Э.Д.Ершов, В.Г.Чигир, Т.В.Звонкова, Л.И.Мухина, А.А.Крауклис, В.В.Куликов, Г.Е.Гришаков, B.C. Преображенский, А.Д.Арманд, М.А.Глазовская, Т.П.Куприянова, З.В.Дашкевич, Ю.Л.Шур., М.Д.Гродзинский, А.Н.Федоров) определяли последнюю как свойство природного комплекса активно противостоять (сохранять свои параметры) внешним возмущающим воздействиям. Понятие "надежность" в отношении природных геосистем практически не используется, однако для анализа их устойчивости М.Д.Гродзинским (1987; 1989) был применен концептуальный и математический аппарат теории надежности.

Понятие "надежность" для оснований (Г.П.Пустовойт, 1997) и ГТС (Л.Н.Хрусталев, 2000) введено на основе вероятностного описания "внешних воздействий". Для технических систем понятие "устойчивость" большинством исследователей связывается с механической (пространственной) устойчивостью, хотя существуют определения, основанные на понятии "потеря качества" или "функциональных" характеристик от фиксированного внешнего воздействия. При этом "качество" определено как целостная совокупность основных потребительских характеристик системы.

Процесс проектирования ГТС заключается в обосновании (вычислении) таких параметров системы, которые позволили бы поддержать упомянутую совокупность потребительских свойств в течение заданного проектом времени, равного сроку эксплуатации. Нетрудно заметить, что последнее выражение совпадает с классическим определением надежности — "свойство системы сохранять качество в течение фиксированного периода времени" под влиянием внешних воздействий.

Известные нормативные документы [СНиП 2.02.04-88, СНиП 2.02.01-83] подразумевают проведение в процессе проектирования расчетов фундаментов по материалам и конструкциям, а грунтов оснований по предельным состояниям - по прочности (несущей способности) и по деформациям. Если расчеты самих фундаментов достаточно хорошо разработанная область инженерной деятельности (об этом свидетельствует и тот факт, что СНиП 2.02.01-83 действует уже более чем 20 лет), то задача об "описании" нестационарного напряженно-деформированного состояния грунтового массива еще "далека" от точного решения ввиду своей сложности.

Тем не менее, для грунтового массива, находящегося в мерзлом состоянии, при достаточно сильной зависимости механических характеристик грунтов от температуры вблизи точки, соответствующей началу замерзания (Н.А.Цытович, М.И.Сумгин, А.А.Коновалов, Л.С.Гарагуля, АЛЗ.Брушков), существует возможность уверенного прогнозирования динамики механических свойств посредством решения нестационарной задачи теплопроводности в постановке Стефана. Такого рода задачи широко разработаны, мало того алгоритмы их реализации "доведены" до достаточно простых "пользовательских программных комплексов" (ЛН.Хрусталев, М.А.Минкин, М.М.Дубина и др.)

Таким образом, возможность проведения численного нестационарного прогноза температурного поля в грунтах основания инженерного сооружения в криолитозоне дает возможность не только прогнозировать (проектировать) его поведение в процессе эксплуатации, но и сознательно "управлять" последним с целью изменения механических свойств пород для "поддержания" потребительских свойств криотехнической подсистемы ПТС на проектном уровне в течение срока эксплуатации-сооружения. Иными словами, управлять состоянием криотехнической подсистемы ГТС возможно посредством управления температурным полем многолетнемерзлых грунтов основания.

Математическим моделям теплообмена сооружений с ММП уделяли внимание Л.С.Лейбензон, А.В.Лыков, Б.М.Будак, А.Б.Успенский, А.Н. Тихонов, А.А.Самарский, Г.В.Порхаев, Д.И.Федорович, М.Р.Гохман, Л.Н.Хрустал ев,

Г.П.Пустовойт, Э.А.Бондарев, Б.А.Красовицкий, М.М.Дубина, Г.М.Фельдман, С.Е.Гречищев, Я.Б.Горелик, В.А.Истомин, В.И.Исаев, М.А.Минкин, Н.Б.Кутвицкая и др., в том числе на уровне нормативных документов (СНиП 2.02.04-88, РСН67-87, Ю.Я. Велли "Справочник по проектированию...").

Известна многолетняя и эффективная практика использования подобных моделей, основанных на численных методах решения задач Стефана для прогноза теплообмена сооружений в криолитозоне. Здесь следует отметить работы НА.Бучко, АА.Плотникова, ЯА.Кроника, Е.Ф.Гулько, М.Г.Мнушкина, В.И.Васильева, Е.Е.Слепцова, П.П.Пермякова, Л.Н.Хрусталева, Г.П.Пустовойта, М.М.Дубины, М.А.Минкина, Н.Б.Кутвицкой и др. Тем не менее, использование численных методов решения задачи Стефана в практике производственных и проектных организаций до сих пор не нашло широкого применения. Естественно, что расширение возможностей использования прогнозных средств требует разработки методик их применения в соответствии с целевым назначением. В частности, основной проблемой совершенствования управления состоянием ГТС в криолитозоне является адаптация имеющихся средств прогноза температурного режима грунтов к решению практических задач. При этом приходится решать ряд методических вопросов: 1) какие исходные данные, характеризующие геокриологические, природно-климатические, технологические условия эксплуатации объектов, использовать при разработке прогнозных сценариев (вычислительного эксперимента); 2) какова должна быть точность и достоверность вводимых величин параметров теплового взаимодействия; 3) каким образом оценивать адекватность прогнозной модели с тем или иным набором параметров и происходящих в действительности процессов; 4) как производить корректировку моделей по данным измерений температур, характеризующих фактическое состояние тепловых полей и т.д. Газодобывающие предприятия, расположенные в криолитозоне, вынуждены постоянно заниматься вопросами обеспечения устойчивой и надежной, безопасной эксплуатации ГТС, что обуславливает актуальность разработки и внедрения технологии прогнозирования как составной части управления их состоянием.

Одним из ключевых элементов системы добычи углеводородного сырья является эксплуатационная (добывающая) скважина. Аварии и отказы этого элемента системы, их экономические, технические и экологические последствия, трудности проведения работ по ликвидации таких последствий не сопоставимы с ущербом от аварий на других элементах добывающих систем. Проблема осложняется региональными особенностями инженерно-геокриологических условий севера Тюменской области, где сосредоточены основные запасы углеводородов в России.

В период, предшествующий началу разработки газовых, газоконденсатных месторождений севера Тюменской области, расположенных в области распространения ММП, а также во время опытно-промышленной эксплуатации Медвежьего, а затем Уренгойского, Ямбургского месторождений, в академической (Э.А.Бондарев, Б.А.Красовицкий, М.М.Дубина) и отраслевой науке (А.В.Марамзин, Г.С.Грязнов, Р.И.Медведский, С.В.Стригоцкий, И.Ю.Быков, В.Ф.Шохин, В.Ф.Штоль, В.А.Истомин, Б.В.Дегтярев, Н.Р.Колушев, А.В.Полозков) пристально рассматривался вопрос безаварийной работы высокопроизводительных газовых скважин в зоне развития ММП.

Известные в настоящее время и достаточно широко применяемые в отраслевых нормативных документах математические модели, описывающие температурное взаимодействие добывающей скважины на ММП (В.А.Истомин, Б.В.Дегтярев, Н.Р.Колушев и др. (ВНИИГАЗ)), основаны, по сути, на приближенных решениях упомянутой системы дифференциальных уравнений (одномерная постановка, стационарное (квазистационарное) приближение и т.д.).

Промысловые эксперименты по изучению процессов протаивания ММП (Н.Е.Щербич, И.Ю.Быков, М.А.Гудмен, В.В.Бак, А.М.Зотеев, А.Л.Палесик, Н.А.Носков, С.М.Выщенский, Б.В.Дегтярев, ВЛ.Истомин, В.А.Хилько,) и влияния этого протаивания на состояние крепи скважин (Н.Р.Колушев, Б.В.Дегтярев) пока, в большинстве работ, не выходит за рамки планирования исследований, в связи с чем, целый ряд теоретических разработок не обоснован фактическим материалом, а эксплуатационная проверка этих разработок в натурных промысловых условиях отсутствует.

Вышеизложенное свидетельствует, что решение проблемы устойчивости газовой скважины для месторождений п-ова Ямал, где геокриологические условия верхней части разреза существенно отличаются от условий действующих месторождений, актуально как с научной, так и с практической точек зрения.

Для обоснования выбора мер по предотвращению потери устойчивости конструкции скважины в условиях ММП требуется систематизация ранее выполненных, планирование и реализация промысловых экспериментальных работ и вычислительных экспериментов связанных с изучением теплового и механического взаимодействия элементов системы "скважина-породы - охлаждающие системы".

Закономерным результатом таких исследований следует считать разработку средств управления температурным режимом пород, вмещающих добывающую скважину, реализация которых позволит ликвидировать (локализовать) негативные техногенные воздействия на ММП и, следовательно, снизить риск возможных

экологических последствий в случае отказа технологического элемента добывающей системы.

Вторая глава посвящена анализу технологических отказов и аварий, произошедших на Медвежьем месторождении за время его эксплуатации с 1972 г. Исходный материал включает в себя информацию о дате аварии, объекте, на котором

она произошла, месте аварии на объекте, сведения о характере и причинах аварии, о работах по ликвидации последствий, о длительности простоя оборудования, включая длительность непосредственно ремонтных работ, сведения о причиненном предприятию ущербе. База данных содержит сведения о более чем 600 отказах, зарегистрированных соответствующими службами газодобывающего предприятия, начиная с момента обустройства месторождения и заканчивая 1995 годом. Результат Ранг значимости

В Прочие причины

□ Нарушение технологического режима эксплуатации оборудования

ИБрак при сварке

£3Техногенное воздействие на ММП

0 Нарушение технологии и правил строительства и освоения скважин

Рис. 2. Распределение параметра "потери добычи"

приведен на

обработки рис.2.

Оценка значимости влияния на надежность эксплуатации добывающей системы, причин, обусловленных техногенным воздействием объектов газодобычи на процессы в ММП, свидетельствует о том, что возникновение аварийных ситуаций по

2 -

Рис. 3. Ранговые значимости причин отказов.

причине потери надежности "опорной" компоненты ГТС уступает по значимости лишь отказам технологического характера (рис.3).

В отличие от существующих представлений о затухании деформаций во времени, традиционных для территориальных зон строительства без наличия ММП в грунтах оснований, деформации развиваются во времени, что обусловлено динамикой криогенных процессов техногенного характера.

Сравнение ранговых значимостей причин отказов на различных стадиях обустройства ГТС показало, что техногенное воздействие на ММП является одной из основных причин возникновения аварийных ситуаций, независимо то того, на какой стадии разработки находится месторождение. При этом, если в начальной стадии освоения Медвежьего месторождения наибольший ущерб от отказов по причине воздействия на ММП зафиксирован на добывающих скважинах, то на поздних стадиях разработки акцент все больше смещается в сторону фундаментов объектов подготовки газа к дальнему транспорту.

На основании изложенного выше целесообразно сформулировать промежуточный вывод о том, что приоритет при вложении финансовых средств в "надежность" добывающей ПТС следует "отдать" криотехнической и добывающей подсистемам.

Далее в главе рассмотрены вопросы, связанные с эксплуатационной надежностью газопромысловых сооружений, отказы на которых имеют большую значимость на поздних стадиях эксплуатации добывающей ГТС. На основе динамики деформаций газопромысловых сооружений, динамики температурных полей в грунтовых основаниях и обобщения результатов многолетнего опыта проведения работ по инженерно-геологическому мониторингу в процессе эксплуатации сооружений Медвежьего месторождения выявлены наиболее распространенные типы деформаций и их причины.

Наиболее распространенными типами деформаций фундаментов основных газопромысловых объектов являются: 1) сезонное пучение (после цикла пучения свая возвращается в исходное состояние); 2) многолетнее (остаточное) пучение; 3) многолетняя осадка.

Причинами наблюдаемых деформаций являются: 1) непроектные изменения температурного поля в грунтах оснований, являющиеся следствием неблагоприятных мерзлотно-геологических условий промплощадок после создания насыпи; 2) нарушения при проектировании строительных норм и правил; 3) отклонения от проектов в процессе строительства и эксплуатации сооружений, в результате которых изменился характер теплообмена в системе "сооружение - грунты основания".

По характеру теплового взаимодействия элементов ГТС с ММП автором выделяются следующие объекты:

• в конструктивные особенности которых заложены элементы, обеспечивающие проектный принцип использования грунтов оснований (положительный субъ-

ективный фактор проектирования). Это технологические корпуса с вентилируемым подпольем для охлаждения грунтов оснований при строительстве по принципу I и с полами по грунту для обеспечения теплопотока в грунт при строительстве по принципу II.

* принцип строительства которых регламентирован проектами, однако конструктивных элементов, обеспечивающих его поддержание, не предусмотрено (отрицательный субъективный фактор проектирования).

® в конструкцию которых заложены решения, определяющие отклонения от проектного способа использования грунтов основания вследствие наличия трудно учитываемых факторов, возникших в период эксплуатации (объективный отрицательный фактор проектирования). Температурный режим грунтов определяется неопределенным, зачастую "случайным" набором формирующих температуру факторов: снежного покрова, поступлением прямой и рассеянной солнечной радиации и т.д. К этому типу относятся трубопроводные обвязки газоперекачивающих агрегатов, выполненные частично в подземном варианте в условиях развития ММП, а также ряд аппаратов воздушного охлаждения газа (ABO газа), эксплуатируемых в режиме рециркуляции, что приводит к повышению среднегодовой температуры поверхности грунта.

Причины отказов "опорной" компоненты (непроектные изменения мерз-лотно-геологических условий, связанные с объективными и субъективными факторами проектирования, строительства и эксплуатации) подтверждают необходимость разработки и совершенствования научно-методических основ техно-логииической основы управления тепловым взаимодействием ГТС с ММП, и, следовательно, ее надежностью.

В третьей главе автором сформулированы научно-методические основы технологии управления состоянием криотехнической (опорной) компоненты добывающей ГТС в течение всего срока ее функционирования.

В качестве способа достижения поставленной цели предложена методика постановки и проведения вычислительного эксперимента по целенаправленному проектированию (прогнозированию) теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами и описана схема его реализации.

Традиционный подход к обеспечению надежности криотехнической подсистемы ГТС заключается в том, что на этапе ее проектирования "закладывается" определенный перерасход материальных ресурсов, для того чтобы заведомо обеспечить сохранение качества, даже в случае "случайных" (объективных и субъективных) просчетов при проектировании, строительстве и эксплуатации.

Российские строительные нормы и правила предусматривают реализацию такого подхода, рекомендуя введение при расчетах оснований и фундаментов так называемого "коэффициента запаса" ("коэффициент условий работы" и др.). К сожалению, опыт эксплуатации фундаментов в криолитозоне свидетельствует о необходимости доработки действующих СНиП в части обоснованного увеличения абсолютных значений "коэффициентов запаса". Особо актуальна эта проблема для проектирования и эксплуатации геотехнических сооружений в условиях прерывистой криолитозоны Западной Сибири.

С точки зрения автора наиболее оптимальными финансовыми вложениями в надежность ГТС следует считать такие затраты на проектирование мер по поддержанию "качества", которые позволили бы эксплуатировать последнюю без отказов в течение заданного проектом периода времени, с одномоментной потерей потребительских характеристик непосредственно после окончания этого срока. Этот тезис, позволяет, предположить, что если будет найден способ, каким образом следует определить необходимый момент времени, пространственную точку и целесообразный объем "инвестиций в надежность" в процессе эксплуатации, то, в случае обеспечения "необходимого коэффициента запаса" при проектировании, система "доживет" до момента "ликвидации" с оптимальными капитальными затратами в ее "надежность".

Предлагаемый технологический подход к обеспечению надежности может быть сформулирован в виде следующей технологии (рис.4): 1. Реализация в полном объеме требований строительных норм и правил в части реализации геокриологического прогноза. При этом выполнять именно численный прогноз на

этапе "непосредственного проектирования" (точка В, рис.4) в дополнение к геокриологическому прогнозу, выполняемого на этапе "инженерные изыскания для строительства" (точка А, рис.4). Это требование обусловлено тем фактом, что на

Детерминированные и случайные объективные и субъективные техногенные воздействия в процессе эксплуатации

ф Режимный опрос сети мониторинга

Корректировка сценария температурного Щ техногенного воздействия на грунтовый массив

ф Создание сценария нестационарного

температурного техногенного воздействия (численный геокриологический прогноз)

Рис.4. Этапы "жизненного цикла "криотехнической подсистемы ГТС

этапе "инженерные изыскания" роль геокриологического прогноза сводится в настоящее время по сути лишь к рекомендациям и обоснованию инженер-геологом выбора принципа использования грунтов для проектировщика строительной специальности. В сегодняшней ситуации, на момент реализации геокриологического прогноза инженер-геолог еще не знает всех параметров проектируемой системы (конструкцию фундамента, конкретные технологические тепловые нагрузки на грунты основания и т.д.) и, следовательно, не в состоянии "спроектировать" нестационарное температурное поле грунтов, обеспечивающее сохранение "качества" системы.

2. На последующем этапе необходимо выполнить обязательные требования строительных норм и правил в части проектирования термометрической и топоге-одезической наблюдательных сетей. Здесь следует считать рациональным, совместно с рабочей документацией на конструкцию и места расположения нивелировочных марок, геодезических реперов и термометрических скважин, обосновать рациональное их размещение на площадке строительства в специальном текстовом разделе документации (Программе геотехнического мониторинга). В этом же разделе следует обосновать критерии "сохранения качества системы" в части деформаций и температурного поля, привести исходные данные и результаты постановки задачи нестационарного теплообмена (проектирования температурного поля, сохраняющего качество системы в течение всего срока эксплуатации). Результатом этого будет более рациональное (оптимальное) размещение отдельных точек наблюдательной сети и получение численных критериев отказа криотехниче-ской подсистемы ГТС.

3. На этапе "строительство" следует выполнить монтажные работы по обустройству наблюдательной сети и провести ее "реперный опрос" в момент сдачи объекта в эксплуатацию (точка С, рис.4). В случае использования способов строительства связанных с обеспечением заданной проектной температуры грунтов в процессе строительства (например, предварительное промораживание) дополнительные "опросы" сети следует выполнять на этапе строительства.

4. В процессе эксплуатации криотехнической подсистемы ПТС детерминированные и случайные объективные и субъективные факторы воздействия (отрезок СВ, рис.4) приводят к изменению "проектного" температурного поля в основании сооружения, как следствие, изменяются механические характеристики грунтов, развивается процесс деформации фундамента, приводящий к напряженно-деформированному состоянию надфундаментных конструкций. Рационально спроектированные и обустроенные наблюдательные сети (термометрическая и геодезическая) мониторинга дают возможность зафиксировать в определенный

момент времени фактическое пространственное состояние системы (точка О, рис.4)

5. Использование метода "вычислительного эксперимента" дает возможность при известной математической модели процесса и известном результирующем состоянии системы, "восстановить" численные значения параметров техногенного воздействия (в нашем случае "эффективные" значения коэффициентов теплоотдачи и температуры на границах расчетной области). Исходный сценарий температурного состояния системы, разработанный на этапе "проектирование" следует откорректировать с учетом значений "эффективных" параметров теплообмена (техногенного воздействия на отрезке СБ), выполнить прогнозирование на весь срок эксплуатации системы, оценив пространственную и временную динамику температурного поля, соотнеся последнюю с "проектным" температурным полем (полем, обеспечивающим надежность). При этом наличие информации о динамике пространственных деформаций фундамента (результаты "опроса" геодезической сети в точке Б, рис.4) позволяют прогнозировать при необходимости и напряженно деформированное состояние надфундаментных конструкций.

6. Допустим, что результаты прогноза, выполненного на предыдущем шаге свидетельствуют, что в грунтах основания сооружения развивается неблагоприятный процесс (например, повышение температуры или увеличение сезонного про-таивания) вследствие воздействия техногенных факторов на отрезке СБ. Прогнозный сценарий свидетельствует о том, что в определенный момент времени (например, в точке Б, рис.4) произойдет "нарушение" критериев "сохранения качества системы" по п.2. Однако наша система находится пока в точке Б, и наличие, откорректированной по результатам режимной термометрии, численной модели нестационарного взаимодействия грунтов основания с внешними техногенными (искусственными и природными) факторами воздействия, позволяет "проиграть" спектр состояний системы, управляя искусственными факторами воздействия. При этом спектр таких средств "управления" достаточно широк. Это и сезонноохлаж-дающие устройства, теплоизоляционные материалы, перераспределение снегонакопления, греющий кабель, увеличение модуля вентиляции, изменение эксплуатационной температуры помещений и т.д. Упомянутая выше "температурная модель" (нестационарная многомерная, неоднородная задача Стефана для анизотропной среды) позволяет выбрать из всего многообразия средств управления наиболее эффективное, определить пространственные параметры применения этих средств и рациональный момент времени для реализации "управляющих" воздействий.

Таким образом, описанная выше технология позволяет получить ответ на вопросы в какой момент времени, в какую пространственную точку системы следует "вложить" целесообразный объем материальных ресурсов (стоимость мероприятий по управлению температурным полем) для того, чтобы сохранить целостную совокупность потребительских свойств криотехнической подсистемы ПТС до момента ее ликвидации.

С целью раскрытия научно-методического содержания разработанных основ технологии управления состоянием ГТС, а именно принъртиально обоснованной совокупности средств и методов исследования, структурированной в определенной логической последовательности, ниже представлены основные принъ[ипы, являющиеся следствием определений понятий "устойчивости", "надежности", "управления" и "прогнозирования" ("проектирования") и результатов анализа материалов первой главы диссертационной работы:

1. Надежность добывающей геотехнологической системы определяется надежностью технологической и криотехнической (опорной) компоненты. Вклад этих компонент в общую надежность, как минимум, равный. Криотехническая опорная компонента определяет потерю надежности за счет взаимодействия "техногенного климата" с ММП.

2. Надежность ГТС определяется сезонной и межгодовой динамикой установившегося температурного поля в грунтах основания.

3. В качестве модели исследуемого объекта, отражающей в математической форме важнейшие его свойства - законы, которым он подчиняется, связи, присущие составным его пространственным частям, может быть принята фронтовая (или спектральная) постановка задачи Стефана.

4. Надежность системы будет обеспечена, если температурное поле этой системы определяется характеристиками критических параметров (мощность деятельного слоя, температура на глубине нулевых годовых амплитуд, положение фазовой границы, маркирующей заглубленные границы ММП), совпадающими с используемыми при проектировании объекта.

5. Влияние возмущающих факторов должно быть изучено в той последовательности, в которой они воздействуют (или будут воздействовать) на систему. При этом результат изучения влияния предыдущего импакта, является исходным состоянием для последующего. Любой возмущающий фактор - импакт (конструкция, снег, случайный фактор эксплуатации) может быть описан численно.

Остановимся подробнее на методических приемах. Определим "Прогнозирование" как методический прием, заключающийся в последовательном решении прямых задач Стефана для среды с фактическим теплофизическими характеристи-

ками площадки строительства и граничными теплоисточниками, режим "работы" которых определен режимом внешних импактов. "Проектирование" температур-ноготполя - методический прием, заключающийся в решении "обратной задачи" теплопроводности с проектными или зафиксированными в процессе натурных исследований (инженерно-геологические изыскания или режимная термометрия при эксплуатации) критическими параметрами температурного поля. Следовательно, решение обратной задачи может быть сведено к многократному решению прямой с итерационной корректировкой численных значений внешних импактов. Полученные таким образом численные значения внешних импактов назовем "адаптированными" параметрами теплообмена"

Для исследования объекта (ГТС) целесообразно использовать метод "вычислительного эксперимента" - метод изучения параметров инженерных объектов и устройств обеспечения их надежности или физических процессов с помощью математического моделирования. Он предполагает, что вслед за построением математической модели проводится ее численное исследование, позволяющее "проиграть" поведение исследуемого объекта в различных условиях или в различных модификациях. (Самарский, Горбунов-Посадов). Вычислительный эксперимент дает возможность определять разнообразные характеристики процессов, оптимизировать конструкции.

Суть разработанной методики постановки и проведения вычислительного эксперимента по прогнозированию (проектированию) теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами заключается в разработке серии сценариев - вариантов состояния ГТС "окружающая среда - инженерное сооружение - ММП" для различных моментов времени эксплуатации, отражающих специфику процесса теплового взаимодействия системы, учитывающих динамику климатических, инженерно-геокриологических условий территории, те или иные строительные проектные решения и возможность тепловой мелиорации при реконструкции.

Для необходимости учета изменения характера теплового взаимодействия элементов криотехнической компоненты ГТС между собой в процессе строительства и эксплуатации инженерного сооружения, прогнозирование осуществляется в несколько этапов, каждый из которых соответствует тому или иному состоянию теплового поля грунтов. Ниже кратко описан алгоритм выполнения прогнозирования.

Этап 1. Расчет естественного (установившегося) состояния теплового поля грунтов до начала строительства ("адаптация модели за счет корректировки "ненадежных" параметров воздействия (импактов) в соответствие с реальными усло-

виями формирования природного инварианта"). Алгоритм исполнения этапа представлен на рис.5.

Сбор информации о параметрах природно-геологической среды (параметры теплообмена с приповерхностным споем атмосферы - среднемесячные значения по данным метеонаблюдений, теплофизическиа характеристики инженерно-геокриологического разреза площадки строительства)

«Проектный сценарий»

Прогнозное поле совпадает с проектным (прогнозные температуры не выходят из диапазона, используемых при расчете несущей способности фундамента)

Стадия строительства и эксплуатации инженерного сооружения

Комплекс режимных исследований по измерению фактических параметров теплообмена с окружающей средой за счет конструктивных особенностей средств управпения, режимные исследования температурного поля в грунтах основания на стадии _строительства_

Прогноз нестационарного температурного

поля а грунтах основания в период строительства и эксплуатации сооружения

Итерационная корректировка фактических параметров теплообмена с окружающей средой за счет конструктивных особенностей средств управления и прогноз до совладения расчетного нестационарного температурного поля с фактически измеренным в период режимных исследований при совпадении даты прогноза и режимных исследований

Прогнозное поле не

совпадает с измеренным на дату режимных исследований

Прогнозное поле совпадает с измеренным на дату режимных исследований

л Текущий сценарийя

нестационарного теплового взаимодействия в геотехнической системе "природно-геологическая среда - инженерное сооружение ■ ММП", откорректированный по результатам замеров фактических температур

Лразмозидаа^

Корректировка параметров теплообмена элементов ГТС

Оценка прогнозируемого

изменения состояния теплового поля, развития деструктивных процессов, деформаций сооружения

Обстановка стабильна, развитие опасных процессов не прогнозируется

Дальнейший режимный

контроль и сбор фактических данных о параметрах теплообмена и состоянии теплового поля, корректировка »текущего сценария»

Прогнозирование теплового ' взаимодействия внутри ГТС на заданный интервал времени

I к прогноз-сценарий» 1

Сравнение состояния теплового поля в «проект-сценариил, «текущем сценарии», «прогноз-сценариил

Прогнозируется опасность развития деструктивных процессов и деформации _сооружения_

Стадия проектирования реконструкции __________________________ВЯЯВЗОШШЙ.________________________

Выбор средства управления тепловым режимом грунтов (тепловой мелиорации! Корректировка параметров теплообмена в «проект-сценарии», учитывающих применение тепловой мелиорации

Обеспечивается

прекращение развития опасных

инженерно-геокриологических процессов

Выбор средств управления при реконструкции, расчет параметров теплообмена с окружающей средой за счет конструктивных особенностей средств управления при реконструкции

Прогноз на заданный промежуток времени с учетом мероприятия по

ТВППОЯПЙ МЯПИПр|ПИИ_

Новый «прогноз-сценарий» \

Не обеспечивается прекращение развития опасных инженерно-геокриологических процессов,

Итерационный выбор нового средства управления, расчет параметров теплообмена с окружающей средой за счет конструктивных особенностей этого средства управления

----------------1 Стадия реконструкции инженерного сооружения

Рис. 5. Принципиальная схема реализации методики.

В качестве критериев соответствия разрабатываемого на этом этапе расчетного сценария состояния теплового поля грунтов фактическому принимается:

установившееся (регулярное) состояние температурного поля; совпадение, с точностью равной погрешности термометрии, в точках проведения термометрических наблюдений фактических и расчетных температур на глубине нулевых годовых амплитуд;

совпадение фактических и расчетных глубин сезонного протаивания (промерзания);

совпадение фактического и расчетного положения фазовой границы, маркирующей заглубленную кровлю.

По существу, на этом этапе моделирования осуществляется своеобразная проверка материалов изысканий на соответствие природной норме, определяющей существование именно такого теплового состояния природной составляющей ГТС. Разработанная последовательность методических приемов и критериев "ретроспективного прогнозирования", представляет собой способ определения динамического равновесия природной составляющей ГТС.

Этап 2. Прогнозирование состояния теплового поля грунтов на этапе проектирования (см.рис.5). Здесь разрабатывается новый "сценарий", имитирующий планируемые изменения природной геологической среды при строительстве объекта и, следовательно, соответствующие изменения температурного поля. К таким изменениям относится инженерная подготовка территории, изменение характера теплообмена при строительстве и эксплуатации объекта, "климатических" характеристик, тепло физических свойств грунтов, и др.

Проектирование температурного поля осуществляется посредством корректировки в процессе прогнозирования величин параметров, определяющих тепловое взаимодействие элементов ГТС. Соответственно осуществляется выбор средств управления температурным полем, например, тепловые экраны, греющий кабель, охлаждающие системы и т.д.

Отметим, что на рассматриваемом этапе проектировщик уже располагает информацией о планируемом принципе использования грунтов, определил способ обеспечения надежности сооружения и соответствующие ему проектные параметры геокриологической среды (нормативная глубина сезонного протаивания (промерзания), температура ММП, максимально возможная деградация ММП и т.д.), при которых обеспечивается надежность сооружения.

Совокупность методических этапов по определению динамического равновесия природной составляющей ГТС и прогнозированию состояния теплового поля грунтов основания сооружений на этапе проектирования (этапы 1 и 2) по сути является "Методикой проектирования температурного поля, обеспечивающего "проектную надежность" природно-технической системы в криолитозоне".

Этап 3 Прогнозирование состояния теплового поля грунтов на стадии строительства и эксплуатации сооружения (см.рис.5.).

Разрабатывается новый сценарий, который дает возможность учета субъективных и объективных "техногенных факторов" эксплуатации сооружений. Под субъективными "факторами" мы понимаем несоблюдение проектных решений в процессе строительства, нарушение технологического режима эксплуатации зданий и сооружений, под объективными - изменение свойств грунтов оснований вследствие аварий, техногенную динамику снегонакопления, затенение и другие неучтенные при проектировании техногенные факторы.

При отрицательном результате проверки критериального соответствия проводят итерационную корректировку параметров взаимодействия грунтового основания с окружающей средой и повторяют вычисления вновь. Снова проверяют критериальное соответствие "текущего сценария", но лишь с материалами оставшейся выборки результатов термометрических замеров. Цикл прекращается, когда достигается соответствие расчетных и фактических контрольных величин.

Таким образом, на этапе эксплуатации сооружения (см.рис.5) создается постоянно корректируемая по результатам дальнейших термометрических режимных исследований динамическая модель ("текущий сценарий") теплового взаимодействия фактического инженерного сооружения с грунтами основания. Служба эксплуатации промышленного предприятия, располагая такой моделью, в любой момент времени может прогнозировать динамику инженерно-геокриологических условий и, сопоставив ее с "проектным сценарием", количественно оценив динамику потери устойчивости и надежности ГТС, своевременно и эффективно планировать финансовые затраты на капитальный ремонт и реконструкцию.

Комплексную реализацию методических разработок по созданию динамической модели теплового состояния грунтов опорной компоненты реально функционирующих криогенных природно-технических систем (этапы 1,2 и 3) предлагается использовать в качестве "Методики прогнозирования температурного поля (поля "устойчивости") в процессе эксплуатации ГТС в криолитозоне".

Этап 4. Управление состоянием ГТС в процессе эксплуатации. Проектирование мероприятий по реконструкции.

Дальнейшие действия на этапе 4 осуществляется в том случае, если при оценке текущего состояния получено заключение о необходимости управления тепловым режимом грунтов для обеспечения надежности объекта и безопасности его эксплуатации.

В полученный на этапе 3 "текущий сценарий" вносят необходимые изменения посредством введения новых расчетных параметров, описывающих влияние

технических и технологических решений, управляющих тепловым режимом. Далее, выполняя последовательность операций по этапу 2 ("Методика проектирования...."), получают серию прогнозных сценариев состояния теплового поля. Сравнение их между собой, а также с "прогнозным сценарием", полученным без каких-либо дополнительных мероприятий, позволяет в каждом случае оценить эффективность управления тепловым режимом массива пород.

Технология изучения динамики теплового состояния грунтов основания инженерных сооружений под воздействием импактов и разработки тепломелиора-тивных мероприятий на основе использования методических разработок на 1 - 4 этапах, является "Методикой управления состоянием криотехнической компоненты ГТС в криолитозоне".

В заключительной части третьей главы приведены некоторые примеры практической реализации методических разработок автора в производственной практике газодобывающего предприятия (табл.1).

Таблица 1.

Объекты практической реализации "Методик..."

Стадия "жизненного" цикла ГТС Геотехнические системы

Промышленные сооружения Линейные сооружения Горные выработки Гражданские сооружения

тэо (обоснование инвестиций) Площадка ДКС месторождения Юбилейное; Площадки добывающих скважин БГКМ Надземные эстакады промысловых коммуникаций Добывающие скважины БГКМ Жилые здания п. Пангоды

Проектирован ие и строительство УКПГ, ДКС месторождений Юбилейное и .Ямсовейское; Кусты скважин месторождения Юбилейное Газопровод Лонг-Юган - Салехард -Харп; Тепловые коммуникации селитебной зоны г.Надым Фундаменты устьевых обвязок добывающих скважин Юбилейного ГКМ Аэровокзал г.Салехард; ПРУ месторожде ния Медвежье

Эксплуатация УКПГ, ДКС месторождений Медвежье, Юбилейное, Ямсовейское; Промышленные здания и сооружения г. Надым Насыпные (дороги, площадки) сооружения месторождения Бованенковское; Межпромысловый коллектор месторождения Медвежьего, Газопровод подключения Ямсовейского ГКМ Добывающие скважины месторождения Медвежье (фундаменты устьевых обвязок) Жилые здания г.Надым Жилые здания пос. Пангоды Жилое здание пос. Харасавэй

Ликвидация Добывающие скважины ГП-7 Медвежьего ГМ Жилые здания г.Надым

В четвертой главе диссертационной работы автором, на основе опубликованных источников об отказах и авариях на добывающих скважинах и собственных патентных исследований по способам крепления ствола, материалов параметрического бурения проанализирована проблема устойчивости добывающих скважин в криолитозоне, произведена типизация геокриологических условий кустовых площадок добывающих газовых скважин Бованенковского месторождения по степени опасности строительства и предложен принцип обеспечения эксплуатационной надежности добывающих скважин Бованенковского месторождения.

Работы по оценке и обеспечению устойчивости конструкции добывающей скважины как инженерного сооружения при эксплуатации её в условиях распространения ММП проводились в нашей стране с середины 70-х годов, когда началось активное освоение газовых месторождений Крайнего Севера. Этими вопросами занимались такие крупные научно-исследовательские организации, как: ВНИИНефть, ВНИИБТ, ВНИИГаЗ (г.Москва); ИФТПС СО РАН, ИГДС СО АН (г. Якутстк); Коми филиал ВНИИГАЗ; СеверНИПИГаз (г.Ухта); СибНИИНП, Тю-менНИИГипрогаз, ЗапСибНИГНИ (г.Тюмень). Известны работы А.В.Марамзина, Г.С.Грязнова, П.Б.Садчикова, М.Гудмена (Goodman), Г.Б.Арцимовича, В.Ф.Буслаева, Р.И.Медведскго, А.В.Полозкова, И.Ю.Быкова, С.В.Стригоцкго, М.М.Дубины, Б.В .Дегтярева, О.М.Ермилова.

В качестве основного технического решения, повышающего устойчивость добывающих скважин месторождений полуострова Ямал, принято использование в интервалах залегания высококонсолидированных глинистых горизонтов пород жестких стрингеров и пружинных центраторов (фонарей) с одновременным ограничением теплового потока со стороны скважины теплоизолированной лифтовой колонной (НКТ). Такое решение направлено как на увеличение жесткости самой конструкции, так и на надежное сцепление с породой.

В 1991-96 г.г. НТФ "Криос" (г. Воркута) выполнено бурение параметрических скважин на кустовых площадках. Глубинность исследований составила 250+500 м. Автором в 1996-97 г.г. проведен анализ этих материалов и предложена типизация геокриологических условий кустовых площадок добывающих газовых скважин Бованенковского месторождения по степени опасности строительства (рис. 6.). В 2002-03 г.г. были проанализированы материалы инженерно-геологических изысканий кустовых площадок, выполненных в 1987+1991 г.г. институтом "ЮжНИИГИПРОГАЗ". Глубина исследований от 10+12 до 15+50 м. Содержание дополнительных материалов свидетельствует об отсутствии необходимости принципиальной корректировки предложенной ранее типизации.

Первый тип (группа) геокриологических условий. Устойчивая скважина может быть сооружена по традиционной конструкции. Положительный опыт эксплуатации Медвежьего, Уренгоя, Ямбурга - тому подтверждение. В процессе бурения могут возникнуть приустьевые провалы, засыпка грунтом не вызовет их развития в процессе эксплуатации.

Второй и четвертый тип (группа). Характеризуется наличием льдистых пород до глубин, соответствующим глубине нулевых тепло-оборотов. В процессе бурения и эксплуатации прогнозируется образование значительной приустьевой термокарстовой воронки. Значительная опасность деформаций фундаментов трубопроводной обвязки устьевого оборудования. Едино-

□

Слабольдистые породы (1 < 20%) до глубин 10-25 м, ниже по разрезу льдисгость отсутствует или незначительна и породы праетически не меняют механических свойств при оттаивании. Льдистые породы = 20 +■ 40%) до глубин 3-4 м, ниже по разрезу льдист ость отсутствует или незначительна и по- роды практически не меняют механических свойств при оттаивании.

Льдистые породы А = 20 + 40%) до глубин 1-5 м, слабольдистые (1 < 20%) до глубин 13-25 м, ни> по разрезу льдистосгь отсутствует или незначительна и по- роды практически не меняют механических свойств при оттаивании.

Льдистые породы (1« 20 * 40%) до глубин 6-12 м, ниже по разрезу льдистосгь отсутствует или незначетельна и породы практически не меняют механических свойств при оттаивании.

Льдистые породы = 20 -ь 40%) до глубин 13-27 м, ниже по разрезу льднстость отсутствует или незначительна и породы практически не меняют механических свойств при оттаивании. Сильнольдисгтые породы (1 =40 +50% ) до глубин 30-70 м, ниже по разрезу льдистосгь отсутствует или незначительна и породы практически не меняют механических свойств при оттаивании.

Рис.6. Результаты типизации геокриологических условий кустовых площадок.

временная засыпка воронки привозным строительным материалом не принесет результата, поскольку прогнозируется развитие процесса термокарста во времени. Опасность для скважины как отдельного сооружения маловероятна. Рекомендуемые мероприятия для обеспечения стабилизации деформаций фундаментов трубопроводной обвязки и развития приустьевой термокарстовой воронки - использование сезонноохлаждающих трубчатых систем в комбинации с пассивной теплоизоляцией ствола скважины.

Третий тип (группа). Прогнозируемые последствия и технические средства управления состоянием ГТС аналогичны предыдущим типам. Отличительной особенностью является большая (хоть и не "существенная") вероятность отказа скважины как конструкции ("критическая длина" больше 15 м) поскольку в разрезе присутствуют слабольдистые породы. В аналогичных условиях более 30 лет без серьезных аварий эксплуатируются некоторые скважины Медвежьего месторождения, тем не менее, рекомендуемые мероприятия - ограничение теплопотока со

стороны скважины, применение вертикальных сезонноохлаждающих трубчатых систем.

Пятый и шестой типы могут быть отнесены к единой группе. Здесь льдистые и сильнольдистые (в том числе и пластовые льды) породы зафиксированы до глубин, превышающих "критическую длину". Вероятность отказа конструкции высо-кодебитной добывающей скважины значительна. Механические способы закрепления устья не могут быть рекомендованы по причине развития значительной талой зоны вокруг скважины. Далее в работе будет доказано, что пассивная теплоизоляция с помощью вакуумированных лифтовых труб или теплоизолированных направлений не позволяет обеспечить надежность конструкции в период эксплуатации. Рекомендуемые мероприятия - перенос кустовой площадки или закрепление устья скважины шарнирно (без возможности горизонтального перемещения) посредством использования "избыточного" атмосферного холода. В 5 главе автором с помощью вычислительного эксперимента обоснована возможность такого технического решения (способа).

В 1990-96 г. ВНИЖазом (А.В.Полозков, В.Л.Палесик, В.С.Смирнов), на основе новых данных, полученных в ходе проведенных исследований, произведена по модели Эйлера оценка устойчивости в массиве пород обсадных колонн, как весомого стержня, состоящего из веса обсадных труб и цементных колец и воспринимающего некоторую внешнюю сосредоточенную нагрузку (вес наземной фонтанной арматуры). Авторами определялась критическая длина стержня, при которой он может потерять продольную устойчивость при четырех видах закрепления и разных типах конструкции скважины.

В 2003 г. (Я.Б.Горелик и др.) уточнена оценка специалистов ВНИИГАЗ, в части величин "критической длины" при различных способах крепления колонн (жесткое, шарнирное). Наименьшую устойчивость имеет скважина, закрепленная только снизу. Критическая длина незакрепленного участка составляет от 6 до 30 м., в зависимости от ГТС и конструкции скважины, Дополнительное закрепление "сверху" позволяет значительно увеличить критическую длину "незакрепленного" участка ствола скважины (25-70 м) и повысить её устойчивость.

Таким образом, необходимо при достижении максимальной жесткости конструкции, обеспечить надежное закрепление ствола в приустьевой зоне и (или) в интервалах залегания слабодеформируемых в процессе растепления пород. Эта задача может быть решена либо при наличии в верхней части геологического разреза, к которому приурочена толща ММП, горизонтов малольдистых консолидированных пород, либо при сохранении вмещающих пород в многолетнемерзлом состоянии на весь срок эксплуатации.

Учитывая факт распространения высокольдистых (льдистость 60-80%) пород БГКМ преимущественно в интервале от 0 до 70 м, можно предполагать, что обеспечение устойчивости скважины в условиях БГКМ невозможно без исследования теплового взаимодействия ГТС "приустьевая зона добывающей скважины -ММП". Результаты таких исследований (вычислительных и промысловых экспериментов) приведены автором в 4 и 5 главах.

Таким образом, принцип обеспечения эксплуатационной надежности добывающих скважин Бованенковского месторождения может быть сформулирован следующим образом: "Выбор проектного решения о надежной конструкции должен быть осуществлен из ряда типовых решений на основании материалов исследования инженерно-геологического разреза до глубин 100-150 м."

Пятая глава посвящена исследованию добывающей скважины как источника тепла. В качестве средства исследования использованы натурные промысловые эксперименты по определению фактического коэффициента теплоотдачи скважины, оборудованной вакуумированной насосно-компрессорной трубой (JITT) различных заводов-производителей и вычислительные эксперименты, поставленные и проведенные в соответствии с разработанными автором научно-методическими основами технологии управления состоянием криотехнической компоненты ГТС. Эксперименты позволили оценить перспективы снижения теплового воздействия на ММП с помощью теплоизолированных направлений и одновременно-раздельного способа эксплуатации залежи.

Экспериментальные работы по исследованию эффективности работы вакуу-мированных насосно-компрессорных труб (JITT) были запланированы к проведению на скважине № 6805 в рамках программы "Ямал" В соответствии с решением Управления по добыче РАО "Газпром" на площадке был оборудован полигон (трубки-сателлиты за направлением скважины, аппаратура термокаротажа МГА-5). В соответствии с целями и задачами эксперимента, по программе разработанной сотрудниками ВНИИГАЗа, весной 1995 г. был начат отжиг скважины, оборудованной JITT конструкции экспериментально-опытного завода ВНИИГАЗ (1-я промышленная серия) в атмосферу. В течении более чем б месяцев ежедневно фиксировались термогазодинамические параметры работы скважины, производился термокаротаж (4 мес.) и термометрические исследования стационарными косами (2,5 мес.) в трубках-сателлитах.

Проведение подобных экспериментов сопряжено со значительными материальными затратами. Поэтому автором была выполнена апробация сформулированных к 1995 году основ "Методики..." (Глава 3) для разработки нового способа определения в промысловых условиях коэффиг^иента теплоотдачи с поверхности

трубы направления (патент РФ № 2126887). Основа способа в использовании для обработки результатов нестационарной стефановской постановки задачи теплообмена, возможности определения начального температурного поля в расчетной области (этап 1 "Методики...") и пошаговой корректировки параметров теплообмена на этапе 2 "Методики...".

Разработанная программа промыслового эксперимента предусматривала фиксацию в определенные моменты времени (в логарифмическом масштабе) газодинамических параметров работы скважины с одновременной термометрией стационарных датчиков, установленных на фиксированных глубинах в трубках сателлитах за трубой направления. Предложенный способ позволил сократить время отжига скважины в атмосферу до 7-10 суток.

Результаты проведенных натурных экспериментов по определению в промысловых условиях коэффициентов теплоотдачи добывающих скважин Бованен-ковского месторождения за период с 1995 по 2001 г. приведены на рис. 7.

______ Для оценки

10,0 19,0 30,0 23,0 20,0 35,1

10.0 19,0 10.0 25,0 30.0 35,0 40.0 <5.0 50.0 55,0 90.0

Глубина от поверхности земли, м

возможностей ограничения теплопотока от скважины при одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) выполнен вычислительный эксперимент. Программы эксперимента

.0 15.0 30.0 25,0 30.0 33.0 40.0 43.0 50.0 550 Ю.О ПрвДуСМаТрИВаЛа 2

этапа. На первом с использованием схемы "Методики прогнозирования..." (Глава 3) реализовы-вался сценарий воздействия на ММП скважины, в конст-параллельных насосно-

ч/

13.0 30,0 35,0 30.0

0.0 45.0 50.0 55.0 60.0

Глубина от поверхности земли, м

Рис.7. Результаты обработки материалов промысловых экспериментов

рукции которой был предусмотрен "спуск" 2-х компрессорных труб, а на этапе 2 применен способ обработки расчетных температур на стенке трубы направления по патенту РФ 2126887. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Применение "Методики..." дало возможность, посредством вычислительного эксперимента, имея информацию о состоянии начального и результирующего температурного поля, определять "эффективные" (адаптированные) параметры теплового воздействия, в нашем случае коэффициент теплоотдачи с единицы поверхности трубы-направления (отрезок СО, см. рис. 5). Использование "Методики..." в качестве основы разработки и реализации программ этих экспериментов и позволило сократить сроки и затраты на их проведение.

Информация о фактических свойствах теплоизоляции добывающих скважин позволила автору оценить эффективность проектных решений по пассивной теплоизоляции добывающих скважин месторождений Ямальской группы при традиционном способе добычи и одновременно-раздельной эксплуатации.

Результаты вычислительных экспериментов показали, что при любых технологических вариантах снижения тепловой нагрузки от скважины, проектные решения по применению пассивной теплоизоляции не эффективны.

Первая серия вычислительных эь алиментов представляла собой реализацию схемы "Методики прогнозирования..." (Глава 3) с вариацией исходных параметров (традиционная эксплуатация апта и сеномана; одновременно- раздельная эксплуатация двух горизонтов; "заводской" и "промысловый" коэффициент теплопроводности материала ЛТТ, "заводской" коэффициент теплопроводности материала теплоизолированного направления, величина слоя теплоизоляции материала теплоизолированного направления; различные теплофизические характеристики пород геокриологического разреза кустовых площадок)

Вторая серия реализовала прогноз теплового взаимодействия скважины с

ММП вблизи поверхности Земли с обр|зШШ1ЙШ1^®Ш^а^адфп1ой приустьевой

| БИБЛЯОТе&А I

I С.Пемрвл* '

Таблица 2.

Численные значения расчетных коэффициентов теплоотдачи

Способ эксплуатации а(Вт/м20С)

Однообъектная эксплуатация сеномана по 114-мм НКТ 6,69

Однообъектная эксплуатация сеномана по 168-мм НКТ 9,54

Однообъектная эксплуатация апта по 114мм НКТ 6,73

Однообъектная эксплуатация апта по 168мм НКТ 9,66

Одновременно-раздельная, соосные НКТ (апт по 114-мм трубе, сеноман по щели 114-168 мм, в затрубье неподвижный газ) 6,94

Одновременно-раздельная, соосные НКТ (апт по 114-мм трубе, сеноман по щели 114-219 мм) 12,05

Одновременно-раздельная, соосные НКТ (апт по 168-мм трубе, сеноман по щели 168-219 мм) 13,10

Одновременно-раздельная, параллельные НКТ (апт по 114-мм трубе, сеноман по 73 мм. и по затрубью) 13,26

Одновременно-раздельная, параллельные НКТ (апт по 114-мм трубе, сеноман по 73 мм. в затрубье неподвижный газ) 1,05 ? 7,50

полости-воронки. В процессе "прогонки" сценариев второго цикла экспериментов была показана возможность учета изменения пространственной конфигурации исходной расчетной области. Разработанный на основе этого эксперимента способ определения размеров и конфигурации зоны оттаивания ММП в приустьевой зоне скважины (патент РФ 2157882) позволяет прогнозировать образование на любой заданный момент времени эксплуатации скважины собственно "физическую" термокарстовую воронку, формирующуюся в приустьевой зоне, получать параметры, характеризующие ее форму.

Шестая глава диссертационной работы посвящена результатам вычислительного эксперимента с использованием "квазитрехмерной" модели теплового

прогноза, позволившим обосновать принципиальные характеристики технических средств необходимых для реализации способа теплоизоляции приустьевой зоны добывающей скважины в ММП (патент РФ 2127356) (рис.8).

Способ позволяет "закрепить" породы вмещающие приустьевую зону скважины, обеспечив в течении годичного цикла работы пассивно-активной теплоизолирующей системы требуемую температуру основания сооружения, которая, в свою очередь, гарантирует поддержание заданных механических характеристик грунтов. Суть способа заключается в размещении в трубках-контейнерах за трубой направления теплоизолированной добывающей скважины сезонноохлаждающих парожидкостных термостабилизаторов малого диаметра.

Для подтверждения возможности практической реализации способа автором был проведен вычислительный эксперимент.

В общем случае, для описания теплового взаимодействия такой ГТС с ММП вблизи поверхности Земли требуется постановка трехмерной задачи Стефана. Но современный уровень развития вычислительной техники пока не позволяет максимально использовать все преимущества предложенной в главе 3 "Методики прогнозирования..." - быструю реализацию многовариантных сценариев. Именно поэтому автором предложено использовать "квазитрехмерную модель".

Сезонно-действующие термостабилизаторы (СОУ)

—I | Теплоизолированная —% | лифтовая труба

Труба направления добывающей скважины

Конфигурация расчетной области

Рис.8. Принципиальная схема конструкции охлаждающей трубчатой системы

Итак, пусть имеем двумерную постановку задачи теплообмена. Какую симметрию расчетной области избрать? Если ставить задачу в прямоугольных координатах (Д-модель), то при всей легкости описания пространственных размеров и положения скважины и термостабилизатора (рис.9а.), невозможно учесть влияние дневной поверхности. Если же попытаться решить уравнение в цилиндрических координатах (Л-модель), то при всей элементарности учета теплообмена на дневной поверхности и "геометрии" скважины, невозможно описать термостабилизатор (рис.9б), выполненный в виде трубки и размешенный не в нуле системы координат. Тем не менее, перед автором стояла задача рассчитать работу конкретного технического решения. Если бы удалось добиться "совпадения" температурных полей, полученных при решении задачи в прямоугольной симметрии (см. рис.9а) с решением в цилиндрических координатах, где термосифоны заданы не в виде вертикальной трубки, а в виде устройства, имеющего цилиндрическую симметрию (например, в виде колец, см.рис.9б) с "эффективными" параметрами мощности, то можно было бы надеяться, что задача прогноза теплового поля вокруг ГТС "скважина - термосифоны - вблизи поверхности Земли" была бы адекватно поставлена и, следовательно, разрешена. На основании этого автором было предложено использовать следующие критерии перехода от Д к Я-модели:

• численные значения коэффициентов теплоотдачи на границах описывающих СОУ в Ы-модели следует откорректировать, исходя из необходимости обеспечения одного и того же удельного (на 1 п.м. охлаждающей системы) теплового потока со стороны сезонных термостабилизаторов.

• между кольцами Ш-модели расположен относительно меньший объем описываемый внутренними блоками, чем между трубками Д-модели, а эти участки ГТС должны пропускать равное количество тепла, следовательно, чтобы обеспечить эквивалентность процесса распространения тепла для Д- и 11-моделей не обходимо дополнительно скорректировать теплопроводность этих внутренних блоков .

Сравнительный анализ сценариев, полученных при осуществлении вычислительного эксперимента по сравнению Д- и Я-моделей для различных ГТС (количество СОУ, тип изоляции скважины, теплофизические характеристики среды)

а) б)

Рис.9. Модели геотехнической системы:

а) в декартовых координатах (Д-модель); б) в цилиндрических координатах (И.-модель).

свидетельствуют, что относительная погрешность "перехода" между моделями не превышает 2,5 %.

Для осуществления сравнительной оценки результатов квазитрехмерной и строгой трехмерной постановки задачи была использована программная среда, разработанная д.т.н. Дубиной М.М. («FROST(Bore-hole)-D&K»), реализующая требуемую трехмерную постановку, и любезно предоставленная в распоряжение автора. Совместная постановка задачи позволила выполнить необходимые расчеты. Полученный результат свидетельствует о том, что "квазитрехмерная" (R-модель) постановка может быть применена для инженерных расчетов.

Далее "квазитрехмерная" постановка была использована в вычислительном эксперименте по проектированию (обоснованию) технических характеристик средств, необходимых для реализации способа в области распространения высокольдистых засоленных ММП (точка В, см. рис. 5). Массив параметров (табл.3.)

позволяет осуществить выбор технических средств (количество и тип СОУ, марка теплоизолированной насосно-компрессорной трубы) при необходимости обеспечения заданного радиуса талой зоны (в том числе и равного нулю).

С целью проверки адекватности разработанных сценариев взаимодействия TTC с ММП, на основании анализа результатов российских и зарубежных промысловых экспериментальных исследований процесса длительного теплового взаимодействия добывающей скважины с ММП в процессе ее эксплуатации, автором разработана программа промыслового эксперимента, позволяющая избежать "потерь" фактического материала, определены его задачи, разработана схема размещения наблюдательных термометрических скважин, оп-

Таблица 3.

Параметры технических средств управления

X теплоизоляции ЛТТ, Вт/м °С Кол-во СОУ, шт. Коэфф. теплоотдачи СОУ. Вт/мг0С Ежегодный период работы СОУ, месяц t, °C на границе цементного кольца Размер кольце-аой талой зоны за пределами цементного кольца, м

0,014 2 15 X-III -1.70 0.005-0.010

0,014 2 35 X-III -2.00 0.00

0,014 4 15 X-III -2.60 0.00

0,014 4 35 X-III -3.20 0.00

0,014 а 15 X-III -3.40 H 0.00

0,014 8 35 ■х-ш -3.60 0.00

0,014 1в 35 Г х-ш -3.80 0.00

0,025 2 15 х-ш -0.70 0.180

0,025 2 35 X-III -0.90 0.140

0,025 4 15 X-III -1.15 0.090

0,025 4 35 X-III -1.30 0.050

0,025 8 15 X-III -1.45 0.040

0,025 8 35 X-III -1.60 0.020

0,025 16 35 X-III -1.65 0.015

0,044 2 15 X-III + 0.90 0.360

0,044 2 35 X-lll + 0.65 0.310

0,044 4 15 X-III + 0.25 0.260

0,044 4 35 X-lll 0.00 Г 0.210

0,044 8 15 X-lll -0.20 0.180

0,044 8 35 X-lll -0.40 0.160

0,044 16 35 X-lll -0.50 0.150

ределен тип измерительной аппаратуры, периодичность опроса наблюдательной сети.

Программа экспериментальных работ предусматривала достижение следующих целей:

« определить эффективность технических средств обеспечения устойчивости конструкции скважин в условиях ММП (теплоизолированная насосно-компрес-сорная труба (ОАО "Криогенмаш"), приустьевая сезонноохлаждающая трубчатая система (ООО Фундаментстройаркос") в годичном цикле ее работы; • проверить адекватность "Методики постановки и проведения вычислительного эксперимента..." на примере ГТС "добывающая скважина - ММП".

Экспериментальный участок (рис. 10) представляет собой две добывающие

*--------

Условные обозначения

ТС-16,1с=И,57 м - номер термоскважины 15. расстояние от оси эксплуатационной скважины 1.57 м ТС-9.1.с*2.65 м 1-9 27/40-15 5 м - для опроса температур по глубине скважины используется комплекс аппаратуры

у- «ЛОГГБР» (ВСЕГИНГЕО) N2 27, тармокоса № 40, глубина спуска косы 15,5 м;

/ ТК 4/70-ба,5 м - для опроса температур по глубина скважины используется комплекс аппаратуры

£ «ТК-0,1-10» (ПНИИС), термокоса N34. глубина скважины 70 м, глубина спуска косы 60,5 м.

0 -термометрические наблюдательные схважмны, рабочая глубина 70 м., • -наблюдательные трубки-саттвлиты, рабочая глубина 39,5 -56,0 м;

-трубки -контейнеры для размещения термостабилизатороа малого диаметра, глубина 12 и; 8 -термометрические наблюдательные схважмны. рабочая глубина 12 м.;

Рис. 10. Схема экспериментального полигона, скважины (6401 и 6402) ГП-1 Бованенковского месторождения. За трубой направления добывающих скважин, в процессе их сооружения оборудованы трубки-сателлиты. Вблизи скважин пробурены наблюдательные термометрические скважины различной глубины. На кустовой площадке смонтирован комплекс промыслового оборудования, состоящий из системы сепарирования газа, системы подачи метанола на устье и забой добывающих скважин и устьевого подогревателя газа закачки. Вблизи устья добывающей скважины № 6401 смонтированы трубки-контенеры, в которых размещены 7 сезонноохлаждающих трубчатых систем.

Природный газ аптского продуктивного горизонта планировалось извлекать из скважины 6401 по теплоизолированной НКТ, сепарировать воду и стабильные углеводороды, подогревать и подавать по теплоизолированной НКТ на забой скважины 6402 для закачки в сеноманский продуктивный горизонт.

Комплекс экспериментальных промысловых исследований был начат 6.10.01 г. По данным выполненных газодинамических исследований рассчитаны

технологические параметры работы скважин и 22.10.01 г. начат перепуск газа из

6401 в 6402 06401=27-28 °С, 164О2=14-15 °С). На таком установившемся режиме перекачка осуществлялась до 1.10.02 г. (344 сут). Регистрация температур по различным наблюдательным скважинам полигона производилась с периодичностью от 2-х раз в сутки до 1 раза в 6 часов. После окончания перекачки 1 октября 2002 г. термометрические наблюдения аппаратурой ручного опроса производились до 24 января 2003 г. (459 сут.), автоматическая регистрация продолжалась до марта 2002 г. (506 сут.)

В результате использования основ технологии управления состоянием ГТС при обработке экспериментального материала, полученного к февралю 2001 (точка С, отрезок СБ, см. рис. 5) года был разработан прогноз температурного поля пород, вмещающих скважину до октября 2002 г - планируемого окончания перекачки. Частично результаты сопоставления прогноза и экспериментального материала, позволяющие

судить об адекватности "Методики прогнозирования..." приведены на рис.11.

Рис. 11. Сопоставление "прогноз-сценария" с результатами эксперимента в части значений температуры

Рис. 12. Динамика температур пород: а) в зоне влияния добывающей скважины б) в зоне влияния скважины и СОУ

Об эффективности технических средств обеспечения устойчивости конструкции скважин в условиях ММП свидетельствует результат, представленный на рис. 12.

В заключении автор проводит анализ и соотнесение цели и результатов диссертационной работы с предметно-объектной областью исследований отдельных направлений науки о Земле.

В диссертационной работе объект исследования (ГТС в кршлитозоне) изучается средствами "инженерной геологии и мерзлотоведения" (эксперимент и прогноз) на основе методов и технологий управления окружающей средой, относящихся к области "геоэкологии" (управление состоянием ГТС) для реализации и получения практического результата в "геотехнологии" (конкретные технические решения, технологии, способы строительства и эксплуатации). Таким образом, разработки автора могут рассматриваться как новое междисциплинарное направление - прикладное кргюгеотехнологическое прогнозирование.

В этом же разделе работы рассмотрены вопросы экономической эффективности применения разработанных основ управления, обсуждены перспективы их практического использования.

Использование методологических основ нового междисциплинарного направления - "прикладного криогеотехнологического прогнозирования", весьма перспективно для применения в смежных направлениях науки о Земле. Посредством вычислительного эксперимента, реализующего решение совокупности прямых и обратных задач теплообмена можно получать сведения о характеристиках (параметрах) и свойствах реальных природных и природно-технических систем и (или) их элементов, решать проблемные вопросы классификации объектов, изучать характер взаимосвязей, особенности структуры и строения криогенных геосистем и их компонентов и т.д. Более подробно, в приложении 4, на конкретных практических примерах, детализированы перспективы применения в смежных направлениях наук о Земле.

Рамки междисциплинарности и области практического применения методологических основ прикладного криогеотехнологического прогнозирования существенно расширяются реальными возможностями реализации:

• при проведении инженерно-геологических изысканий в качестве одного из инструментов выполнения количественного прогноза при изучении динамики теплового состояния грунтов и развития опасных криогенных процессов под воздействием типичных техногенных нарушений условий теплообмена, неизбежно возникающих при освоении территории, а также для проверки кондиции материалов геотермических исследований;

• в геокриологии при обобщении материалов региональных исследований и составлении геокриологических карт, выполнении геокриологической съемки, изучении динамики и оценке чувствительности криогенных геосистем к техногенным нарушениям;

« при "экологическом нормировании" для определения диапазона изменчивости значимых биогидроклиматических и геокриологических характеристик, обеспечивающих устойчивое квазиравновесное состояние экосистем, представленных природно-территориальными комплексами различного таксономического ранга;

• в ландшафтоведении для оценки устойчивости литогенной основы мерзлотных ландшафтов;

• как методологической основы управления ГТС криолитозоны при проведении комплекса работ по инженерно-геокриологического мониторингу в процессе эксплуатации зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения;

• как научной основы проектирования сооружений в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов.

Выводы:

Техногенное воздействие на ММП является одной из основных причин возникновения аварийных ситуаций, независимо от того, на какой стадии разработки находится месторождение. При этом, если в начальной стадии освоения наибольший ущерб от отказов по причине воздействия на ММП зафиксирован на добывающих скважинах, то на поздних стадиях разработки акцент все больше смещается в сторону фундаментов объектов подготовки газа к дальнему транспорту. Причины отказов "опорной" компоненты - непроектные изменения мерзлотно-геологических условий, связанные с объективными (недоработка нормативной базы) и субъективными ("случайные" тепловые воздействия при строительстве и эксплуатации) факторами проектирования, подтверждают необходимость разработки и совершенствования методической основы проектирования теплового взаимодействия ГТС.

Разработанная методика вычислительного эксперимента по проектированию теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерз-лыми грунтами отражает специфику процесса внутри системы, учитывает динамику климатических, инженерно-геокриологических условий территории, строительные проектные решения и возможность тепловой мелиорации грунтов, а ее реализация позволяет управлять состоянием ГТС. Ежегодный фактический и ожидаемый экономический эффект в размере 20-25 млн.руб. от практической реализации

"Методики..." в производстве подтверждает, что обеспечение надежности функционирования газодобывающих ГТС на севере Западной Сибири является важной хозяйственной задачей.

Установлено, что проектирование и строительство добывающих скважин на 55% из обследованных кустовых площадок требует специальных мероприятий по повышению надежности конструкций, вследствие высокой льдистости верхних горизонтов многолетнемерзлой толщи, что дало основание автору предложить принцип обеспечения эксплуатационной надежности добывающих скважин, позволяющий выбрать наиболее целесообразное проектное решение из их параметрического ряда.

Результаты промыслового эксперимента по испытанию теплоизолированных лифтовых труб свидетельствуют о том, что выпускаемые в настоящее время промышленностью теплоизолирующие скважинные конструкции не обеспечивают мерзлое состояние пород в течение всего срока эксплуатации добывающей скважины. Для решения проблемы надежности скважин для Ямальской группы месторождений с помощью теплоизолированной НКТ, учитывая влияние засоленности грунтов на температуру фазового перехода, необходимо на порядок улучшить свойства "материала" ее теплоизоляции (до 0,002-Ю,003 Вт/м °С). Результаты вычислительных экспериментов показали, что при любых технологических вариантах снижения тепловой нагрузки от скважины, проектные решения по применению пассивной теплоизоляции не эффективны.

Вследствие существенной льдистости пород разреза расчетные величины ореолов оттаивания вокруг добывающих скважин Бованенковского месторождения при 30-ти летней эксплуатации меньше, чем на Медвежьем, Ямбурге, Уренгое и достигают 5,0+8,0 м. (однообъектная эксплуатация) 3,0+6,0 м (одновременно-раздельная). Температурная интерференция соседних кустовых скважин приводит к тому, что температуры мерзлой зоны между ними по своим величинам незначительно отличаются от температур фазовых переходов грунтов (на 0,01-0,1°С). Твердомерзлые породы переходят в пластичномерзлое состояние, что приведет к потере несущей способности грунтового основания и развитию неблагоприятных инженерно-геокриологических процессов на кустовой площадке.

Для повышения устойчивости конструкции добывающих скважин в условиях высокольдистых грунтов эффективны и целесообразны к применению способы (патенты РФ № 2127356, 2158353, 22099340), позволяющие "закрепить" породы, вмещающие приустьевую зону скважины, обеспечив в течение годичного цикла работы пассивно-активной теплоизолирующей системы требуемую температуру

основания сооружения, которая, в свою очередь, гарантирует поддержание заданных механических характеристик грунтов.

Адекватность методики проектирования теплового взаимодействия элементов ГТС "добывающая скважина" и работоспособность приустьевой сезонноохла-ждающей трубчатой системы в годичном цикле ее работы подтверждена результатами длительного промыслового эксперимента.

Разработанная совокупность структурированных в определенной логической последовательности методов, методических приемов, средств исследования и управления состоянием криогенной ГТС (определения текущего состояния, прогнозирования развития, проектирования управляющих воздействий) широко и эффективно реализована на практике в качестве методологических основ на примере различных типов ГТС в криолитозоне Западной Сибири.

Основные публикации по теме диссертации

1. Совершенствование систем разработки, добычи и подготовки газа на месторождениях Крайнего Севера / О.М.Ермилов, Л.С.Чугунов, В.В.Ремизов, А.Н.Дмитриевский, Ю.Г.Тер-Саакян, В.Ф.Зайнуллин, К.Л.Каприелов, А.П.Попов, А.Н.Харитонов - М.: "Наука", 1996. - 415 с.

2. Проблемы устойчивости добывающих скважин месторождений полуострова Ямал / Л.С. Чугунов, А.И.Березняков, Г.И.Грива, З.С.Салихов,

A.Б.Осокин, А.П.Попов, Г.К.Смолов. - М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 159 с.

3. Надымгазпром: геотехмониторинг в криолитозоне / В.В.Ремизов,

B.И.Кононов, А.И.Березняков, А.П.Попов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов. - М.: ИРЦ Газпром, 2001.- 148 с.

4. Попов А.П. Математическое моделирование процесса теплового взаимодействия объектов газодобычи и многолетнемерзлых пород - Уфа: Из-во УГ-НТУ,1996. - 46 с.

5. Попов А.П. Экспериментальные и теоретические исследования процесса теплообмена между газовой скважиной и многолетнемерзлыми породами -Уфа: Из-во УГНТУ, 1996. - 44 с.

6. Инженерно-геологический мониторинг объектов компремирования газа месторождений Крайнего Севера: Обз. информ. Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений / В.В.Ремизов, Л.С.Чугунов, О.М.Ермилов, Н.В.Михайлов, А.П.Попов, А.Б.Осокин, Л.Н.Решетников. - М.: ИРЦ Газпром, 1995. - 124 с.

7. Динамика температурного режима грунтов оснований объектов подготовки газа месторождений севера Тюменской области: Обз. информ. Сер. Подготовка и переработка газа и газового конденсата / В.В.Ремизов, Л.С.Чугунов,

0-М.Ермилов, Н.В.Михаилов, А.П.Попов, А.Б.Осокин. - М.: ИРЦ Газпром, 1995. -77 с.

8. Расчет ореола оттаивания многолетнемерзлых пород вокруг эксплуатационной скважины Бованенковского месторождения Обз. информ. Сер. Разработка и эксплуатация газовых месторождений / Л.С.Чугунов, О.М. Ермилов, А.И. Березняков, А.Б. Осокин, А.П. Попов, Г.К.Смолов. - М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 28 с.

9. Проблемы эксплуатации геотехнической системы "газовая скважина -многолетнемёрзлые породы" в условиях Бованенковского газоконденсатного месторождения: Обз. информ. Сер. Разработка и эксплуатация газовых месторождений / А.И. Березняков, Г.И. Грива, А.Б. Осокин, А.П. Попов, З.С. Салихов, Г.К. Смолов. - М.: ИРЦ Газпром, 1997. - 40 с.

10. Повышение надежности эксплуатации трубопроводов технологической обвязки компрессорных станций месторождения Медвежье: Обз. информ. Сер. Транспорт и подземное хранение газа / В.В. Ремизов, О.М. Ермилов, Л.С. Чу-гунов, A.M. Шаммазов, П.С. Коротеев, C.B. Власов, С.С. Фесенко, А.П. Попов, А.Б.Осокин. - М.: ИРЦ Газпром, 1997, - 36 с.

11. Моделирование теплового взаимодействия с многолетнемерзлыми породами геотехнической системы "теплоизолированная добывающая скважина - се-зоннодействующий парожидкостной термостабилизатор" вблизи поверхности земли: Обз. информ. Сер. Разработка и эксплуатация газовых месторождений / Л.С.Чугунов, О.М.Ермилов, А.П.Попов, А.И.Березняков, А.Б. Осокин, Г.К.Смолов, Ю.Г.Тер-Саакян. - М.: ИРЦ Газпром, 1998. - 62 с.

12. Опыт проведения инженерно-геокриологического мониторинга на газовом месторождении Медвежье: Обз. информ. Сер. Охрана человека и окружающей среды в газовой промышленности / А.Б.Осокин, А.П.Попов, Л.Н.Решетников, А.И.Березняков - М.: ИРЦ Газпром, 2000. - 48 с.

13. Новый метод решения инструментальных задач инженерно-геологического мониторинга: Обз. информ. Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений / Л.С.Чугунов, О.М.Ермилов, Д.В.Парахонский, А.П.Попов. - М.: ИРЦ Газпром, 1997. 68 с.

14. Попов А.П. Геокриологический прогноз как основа оптимального решения по реконструкции нулевых циклов газопромысловых сооружений на Крайнем Севере // Повышение эффективности освоения газовых месторождений Крайнего Севера: Сб. науч. тр. -М.: Наука, 1997, С. 374-388.

15. Попов А.П. Анализ причин, снижающих эксплуатационную надежность фундаментов газодобывающих объектов, и способы стабилизации оснований в условиях распространения многолетнемерзлых пород // Проблемы освоения газовых месторождений Западной Сибири: Сб. науч. тр. - Тюмень: Из-во ТГНГУ, 1995. -С.48-81.

16. Попов А.П. Технология принятия оптимального управленческого решения по обеспечению надежности оснований газопромысловых сооружений // Геология бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений: Науч.-техн. сб. -М.: ИРЦ Газпром, 1995. - №7-8. - С.9-17.

17. Попов А.П. Моделирование теплового взаимодействия с многолетне-мерзлыми породами геотехнической системы "добывающая скважина - сезонно-действующий парожидкостной термостабилизатор" вблизи поверхности Земли // Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах. Моделирование технологий замораживания грунтов искусственным холодом: Материалы IX международной научно-практической конференции под ред. д.т.н., проф., В.В. Улитина. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - С. 57-65.

18. Попов А.П. Крепление устья добывающей скважины в криолитозоне с помощью трубчатой сезонноохлаждающей системы // Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах. Моделирование технологий замораживания грунтов искусственным холодом: Материалы IX международной научно-практической конференции под ред. д.т.н., проф., В.В. Улитина. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - С. 71-80.

19. Попов А.П. Результаты исследования теплового взаимодействия скважин с многолетнемерзлыми породами в условиях полуострова Ямал // Материалы Международной конференции "Криосфера нефтегазоносных провинций". -М.: Из-во ТИССО, 2004. - С 54-55.

20. Попов А.П. Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне. Прогноз состояния и обеспечение надежности // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2005. -№ 4. - С. 6-16.

21. О генерации углеводородов в толщах многолетнемерзлых пород / П.И.Мельников, В.П.Мельников, В.П.Царев, Б.В.Дегтярев, Н.Б.Мизулина, А.П.Попов, А.И.Березняков, А.М.Свечников // Известия Академии Наук СССР. Сер. Геологическая. - 1989. - №2. - С. 118-128.

22. Изучение теплового взаимодействия газовых добывающих скважин многолетнемерзлыми породами / А.И.Березняков, Л.Н.Решетников, А.П. Попов, А.Б. Осокин, Г.К. Смолов, Ю.В. Юрьев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суще и на море. - 1996. - №5-6. - С.18-22.

23. Проблема устойчивости стенок ствола скважин в ММП / Л.С.Чугунов, А.И.Березняков, А.П.Попов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов, Ю.В.Юрьев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 1996. - №5-6. - С.2-5.

24. Металлические трубчатые сваи для многолетнемерзлых грунтов / А.КБерезняков, Н.В.Михаилов, А.Б.Осокин, А.П.Попов // Газовая промышленность. 1998. - № 2. - С. 54-55.

25. Геотехнический мониторинг - основа обеспечения надежности инженерных сооружений / А.И.Березняков, А.Б.Осокин, А.П.Попов, Э.Ю.Галактионов, Г.К.Смолов // Газовая промышленность. - 2002. - №6. - С. 45-47.

26. Разработка и внедрение методики прогнозирования теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами / Г.И.Грива, А.И.Березняков, А.Б.Осокин, А.П.Попов, Г.К.Смолов // Наука и техника в газовой промышленности. - 2003. - №3. - С. 48-52.

27. Обеспечение устойчивости добывающих скважин в условиях распространения многолетнемерзлых пород на севере Западной Сибири / Г.И.Грива, А.И.Березняков, А.Б.Осокин, А.П.Попов, Г.К.Смолов // Наука и техника в газовой промышленности. -2003. - № 3. - С. 53-58.

28. Технологический подход к решению задачи повышения устойчивости оснований сооружений, эксплуатируемых в зоне распространения многолетне-мерзлых пород / А.П.Попов, А.И.Березняков, Г.И.Грива, Н.В.Михайлов //. Проблемы освоения газовых месторождений Западной Сибири: Науч.-тех. сб. - Тюмень: Из-во ТГНГУ, - 1995. С.30-38.

29. Создание системы геотехнического мониторинга объектов газового комплекса в криолитозоне / Г.В.Крылов, В.П.Мельников, А.П.Попов, В.Н.Маслов, Я.Б.Горелик, Е.Е.Подборный, А.И.Березняков, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов, Г.И.Грива, Э.Ю.Галактионов // Материалы Международной конференции "Крио-сфера нефтегазоносных провинций". - М.: Из-во ТИССО, 2004. - С.2-3.

30. Комплексный мониторинг природно-технических систем как технология управления надежностью инженерных сооружений / А.ИБерезняков, Г.К.Смолов, А.П.Попов Г.И.Грива, Э.Ю.Галактионов // Проблемы экологии газовой промышленности: Науч.-техн. сб. - М.: ИРЦ Газпром, 2002. - № 3. - С. 40-56.

31. Состояние оснований и фундаментов промысловых сооружений газового месторождения Медвежье. Результаты инженерно-геокрилогического мониторинга 1986-1997 г.г. / А.Б.Осокин, А.П.Попов, А.И.Березняков, Л.Н.Решетников // Основные направления создания системы производственного экологического мониторинга РАО «Газпром», ее разработка и опытно-промышленное внедрение: Материалы Науч.-техн. совета ОАО "Газпром" (Саратов 7-10 июля 1998 г.). - М.: ИРЦ Газпром, 1998. С.50-70.

32. Особенности проектирования и строительства инженерных сооружений газового комплекса в северных регионах (на основе опыта эксплуатации газового месторождения Медвежье) / А.П.Попов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов, А.И.Березняков, В.И.Кононов // Севергазпром: Союз науки и производства в области геологии, разработки месторождений и транспорта газа в Тимано-Печерской провинции. Сб. научн. тр. - Ухта: Из-во СеверНИПИГаз, 1999. - С. 173-195.

33. Инженерно-геокриологический мониторинг насыпей автодорог и промплощадок Бованенковского месторождения / А.Б.Осокин, Г.И.Грива, А.П.Попов, А.И.Березняков // Проблемы экологии газовой промышленности: На-уч.-техн. сб. - М: ИРЦ "Газпром", 1999. - №2. С.28-40.

34. К вопросу о тепловом влиянии на многолетнемерзлые породы подземных газовых коллекторов на Медвежьем месторождении / Л.С.Чугунов, Л.Н.Решетников, А.П.Попов // Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений на суше и шельфе: Науч.-техн. сб. - М.: ИРЦ Газпром, 1998. - № 4-5. - С. 34-44.

35. Попов А.П., Самсонова В.В. Моделирование теплового взаимодействия геотехнической системы "металлическая трубчатая свая - многолетнемерзлые грунты - климат Надым-Пур-Тазовского междуречья // Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах. Моделирование технологий замораживания грунтов искусственным холодом: Материалы IX международной научно-практической конференции под ред. д.т.н., проф., В.В. Улити-на. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. - С.65-71.

36. Попов А.П., Смолов Г.К. Способ определения фактического коэффициента теплоотдачи добывающей скважины // Проблемы разработки, эксплуатации и экологии газовых и нефтегазоконденсатных месторождений: Сб. науч.тр. -Уфа, Из-во УГНТУ, 1998, с. 213-217.

37. Прогнозирование образования термокарстовых воронок в приустьевой зоне эксплуатационных скважин в условиях Крайнего Севера / Г.К.Смолов А.П.Попов, Г.В. Олиневич, А.Б.Осокин, А.И.Березняков В.И.Кононов // Севергаз-пром: Союз науки и производства в области геологии, разработки месторождений и транспорта газа в Тимано-Печерской провинции. Сб. научн. тр. - Ухта: Из-во СеверНИПИГаз, 1999. - С. 320-334.

38. Промысловые исследования теплового взаимодействия бурящейся скважины с мерзлыми породами / Б.В.Дегтярев, В.А.Истомин, А.П.Попов // Совершенствование техники и технологии строительства газовых и газоконденсатных скважин: Сб. научн. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 1989. - с.161-167.

39. Тепловая и механическая устойчивость эксплуатационной скважины в условиях развития многолетнемерзлых пород (на примере Бованенковского месторождения) / Л.С.Чугунов, А.И.Березняков, А.П.Попов, З.С.Салихов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений: Сб. научн. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 1997. - 4.2. - С.138-150.

40. Эксплуатационная газовая скважина Бованенковского ГКМ - как тепловой источник / Л.С.Чугунов, А.И.Березняков, А.ПЛопов, З.С.Салихов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений: Сб. научн. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 1997. - 4.2. - С.150-159.

41. Прогноз теплового воздействия на ММП добывающей скважины при одновременно раздельной эксплуатации двух объектов Бованенковского ГКМ / Л.С. Чугунов, А.И.Березняков, А.П.Попов, З.С.Салихов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 1997. - 4.2. - С.159-174.

42. Эффективность проектных решений по пассивной теплоизоляции добывающих скважин Бованенковского ГКМ при традиционном способе добычи и одновременнораздельной эксплуатации / Л.С.Чугунов, А.И.Березняков, А.П.Попов, З.С.Салихов, А.Б.Осокин, Г.К. Смолов // Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 1997. -4.2. - С.174-192.

43. Оценка величины коэффициента теплоотдачи с трубы направления при параллельном спуске двух НКТ и одновременно-раздельной эксплуатации двух газовых объектов / Л.С.Чугунов, А.И.Березняков, А.П.Попов, З.С.Салихов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИГАЗ, 1997. - 4.2. - С. 192-204.

44. Тепловое взаимодействие скважин месторождений углеводородного сырья с многолетнемерзлыми породами и проблемы обеспечения надежности их эксплуатации (на примере Бованенковского месторождения) / А.П.Попов, А.И.Березняков, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Материалы Первой конференции геокриологов России. -М.: Из-во МГУ, 1996. - С.114-124.

45. Опыт управления тепловым режимом грунтов основания строящегося газового промысла в условиях севера Западной Сибири / А.П. Попов, А.Б. Осокин, Э.Ю. Галактионов, Г.К. Смолов // Материалы Второй конференции геокриологов России.- М.: Из-во МГУ, 2001. -Т.4. - С. 227-233.

46. Отказы работы грунтовых оснований в сложных геокриологических условиях г. Надым / А.Б.Осокин, А.П.Попов, Г.К.Смолов // Материалы Второй конференции геокриологов России. - М.: Из-во МГУ, 2001. - Т.4. - С. 201-208.

47. Решение проблемы обеспечения устойчивости добывающих скважин в сложных геокриологических условиях месторождений полуострова Ямал / А.И.Березняков, Г.И.Грива, А.Б.Осокин, А.П.Попов, Г.К.Смолов // Материалы Третьей конференции геокриологов России. - М.: Из-во МГУ, 2005. - Т.4. -4.9. -С. 270-277.

48. Современная технология строительства оснований и фундаментов на ММП с применением парожидкостных охлаждающих установок / Г.М.Долгих, С.Н.Окунев, А.Б.Осокин, АЛ.Попов, Г.К.Смолов, Э.Ю.Галактионов // Материалы Третьей конференции геокриологов России. - М.: Из-во МГУ, 2005. -Т.4. - 4.8. -С. 100-104.

49. Геокриологические условия площадок расположения газовых скважин Бованенковского месторождения на полуострове Ямал / А.Б.Осокин, Г.К.Смолов, Г.И.Грива, А.П.Попов, А.И.Березняков, В.В.Кондаков, О.М.Язынин // Материалы Третьей конференции геокриологов России. - М.: Из-во МГУ, 2005. - Т.4. - 4.9. -С. 312-319.

50. Geological-geophysical and engineering-geocryological monitoring of the Medvezhye field / V.V.Remizov, L.S.Chugunov, A.P.Popov, O.M.Errailov // Proceedings of the 1998 International Gas Research Conference (8-11 November 1998, USA). -San-Diego: - S. 44-45.

51. Патент РФ № 2157872, кл. 7 E 02 D 3/115 Конструкция насыпного охлаждающего основания сооружений и способ стабилизации многолетнемерзлых грунтов / А.И.Березняков, Н.В.Михайлов, А.П.Попов, Ю.Н.Ширихин, А.Б.Осокин, Р.Р.Гумеров; заявл. 26.12.96. опубл.20.10.00, бюл. № 29.

52. Патент РФ № 2126887, кл. 6 Е 21 В 47/00, 43/00 Способ определения коэффициента теплоотдачи эксплуатационной скважины / Попов А.П., Березняков

A.И., Смолов Г.К., Осокин А.Б.; заявл. 24.03.97., опубл. 27.02.99, бюл. № 6.

53. Патент РФ № 2157882 кл. 7 Е 21 В 36/00 Способ определения размеров и конфигурации зоны оттаивания многолетнемерзлых пород в приустьевой зоне скважины / В.И.Кононов, А.И.Березняков, Г.И.Облеков, Г.К.Смолов, АЛЛопов, А.Б.Осокин, ГВ.Олиневич; заявл. 02.11.98., опубл. 20.10.00., бюл. № 29.

54. Патент РФ № 2158353 кл. 7 Е 21 В 36/00 Способ стабилизации теплового состояния устьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах /

B.И.Кононов, А.И.Березняков, Г.К.Смолов, Л.С.Забелина, Г.В.Олиневич, АЛЛопов, А.Б.Осокин; заявл. 10.03.99., опубл. 27.10.00., бюл. № 30.

55. Патент РФ № 2159308 кл.7 Е 02 D 3/00 Способ повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне / В.И.Кононов, А.И.Березняков, АЛ.Попов, Г.К.Смолов, Л.С.Забелина, Л.Н.Решетников, А.БОсокин; заявл. 10.03.99., опубл. 20.11.00., бюл. № 32.

56. Патент РФ № 2127356 кл. 6 Е 21 В 36/00 Способ теплоизоляции приустьевой зоны добывающей скважины в многолетнемерзлых породах и устройство для его осуществления / Л.С.Чугунов, О.М.Ермилов, А.ПЛопов, А.И.Березняков, Ю.Г.Тер-Саакян, Л.Н.Решетников, В Л.Кононов, С.С.Фесенко; заявл. 16.02.98., опубл. 10.03.99. бюл. №7.

57. Патент РФ № 2209934 кл.7 Е 21 В 36/00 Способ стабилизации системы скважина-породы в криолитозоне / М.М.Дубина, А.ПЛопов, В.Ф.Штоль; заявл. 15.07.02., опубл. 10.08.03., бюл. №22.

f'l 4 fr fi ** ñ

1 1 f/ -J L

РИБ P yccKiiíí фон,

2006-4 13971

Содержание диссертации, доктора технических наук, Попов, Александр Петрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Объектно-предметная область исследования.

1.1.1. Природные и геотехнические системы.

1.1.2. Понятия надежность, устойчивость природных, технических и геотехнических систем.

1.1.3. Типы геотехнических систем газодобывающего комплекса.

1.1.4. Эксплуатационная скважина, как специфическая геотехническая система в криолитозоне.

1.1.5. Инженерно-геокриологические условия районов размещения геотехнических систем газодобывающего комплекса севера Западной Сибири.

1.2. Использование криогенного ресурса в фундаментостроении.

1.3. Современные средства и способы управления надежностью геотехнических систем в криолитозоне.

1.3.1 .Мониторинг как технология управления надежностью.

1.3.2. Численный теплотехнический прогноз - основа разработки управляющих решений по обеспечению надежности сооружений.

1.3.3. Тепловая мелиорация грунтов как способ управления температурным полем.

1.3.4. Охлаждающие системы - современное средство стабилизации температурного режима грунтов оснований.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. ПОТЕРЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТОВ ПОДГОТОВКИ ГАЗА К ДАЛЬНЕМУ ТРАНСПОРТУ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМ ОСНОВАНИЕМ.

2.1. Оценка доли потерь в результате отказов опорной компоненты при строительстве и эксплуатации геотехнических систем месторождения Медвежье (1972-1996 г.г.).

2.2. Анализ осложнений, возникающих при строительстве и эксплуатации скважин в многолетнемерзлых породах.

2.3. Состояние оснований и фундаментов различных типов газопромысловых сооружений Медвежьего месторождения, опыт эксплуатации.

2.4. Типизация газодобывающих геотехнических систем по характеру теплового взаимодействия с многолетнемерзлыми породами.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В КРИОЛИТОЗОНЕ.

3.1. Технология управления надежностью геотехнической системы в криолитозоне.

3.2. Принципиальная основа криогеотехнологического моделирования.

3.3. Постановка и схемы реализации вычислительных экспериментов по моделированию теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами.

3.3.1. Методика определения динамического равновесия природных составляющих геотехнической системы

3.3.2. Методика проектирования температурного поля, обеспечивающего "проектную надежность".

3.3.3. Методика прогнозирования температурного поля (поля "устойчивости") в процессе эксплуатации.

3.3.4. Методика управления температурным полем, обеспечивающим надежность геотехнических систем в криолитозоне.

3.4. Результаты использования технологии для управления надежностью геотехнических систем.

3.4.1. Блок подсобных производственных помещений УКПГ Медвежьего газового месторождения

3.4.2. Технологическая трубопроводная обвязка газоперекачивающих агрегатов ДКС 9 Медвежьего месторождения.

3.4.3. Трубопроводная обвязка эксплуатационных кустов скважин Юбилейного месторождения.

3.4.4. Цех регенерации ТЭГа УКПГ Юбилейного месторождения.

3.4.5. Эстакада межцеховых коммуникаций УКПГ Юбилейного месторождения.

3.4.6. Площадка испарителей УКПГ Юбилейного месторождения

3.4.7. Защитные противорадиационные укрытия ГП Медвежьего месторождения.

3.4.8. Узел приема очистного устройства газопровода подключения "Ямсовейское месторождение-44 км".

3.4.9. Аппараты воздушного охлаждения газа ДКС-9 Медвежьего месторождения.

3.5. Выводы

ГЛАВА 4. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛОВИЯХ ЯМАЛА.

4.1. Проблемы бурения, строительства и эксплуатации добывающих скважин.

4.1.1. Отказы при строительстве и эксплуатации добывающих газовых скважин в криолитозоне.

4.1.2. Способы обеспечения надежности эксплуатации скважин в мерзлых породах.

4.1.3. Практическая реализация способов обеспечения надежности добывающих скважин в криолитозоне в России и за рубежом

4.2. Типизация геокриологических условий кустовых площадок добывающих газовых скважин Бованенковского месторождения по степени опасности строительства.

4.3. Устойчивость крепи приустьевой части скважины в интервале мно-голетнемерзлых пород с повышенной льдистостью. Принцип обеспечения эксплуатационной надежности добывающих скважин Бованенковского месторождения.

4.4. Выводы

ГЛАВА 5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СИСТЕМЫ "ДОБЫВАЮЩАЯ СКВАЖИНА - ПОРОДЫ" В УСЛОВИЯХ ПОЛУОСТРОВА ЯМАЛ.

5.1. Промысловый эксперимент по определению фактического коэффициента теплоотдачи добывающей теплоизолированной скважины.

5.1.1. Программа экспериментальных работ и методика обработки результатов.

5.1.2. Результаты серии промысловых экспериментов оборудованных теплоизолированной НКТ различных конструкций (1996г.г.)

5.1.3. Выводы.

5.2. Вычислительный эксперимент по оценке коэффициента теплоотдачи скважины при параллельном спуске двух эксплуатационных колонн и одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных горизонтов.

5.2.1. Теплоперенос в конструкции добывающей скважины при различных способах эксплуатации продуктивного горизонта.

5.2.2. Методическая основа и результаты вычислительного эксперимента

5.2.3. Перспективы использования пассивной теплоизоляции для обеспечения надежности добывающих скважин на Ямале

5.2.4. Выводы.

5.3. Результаты вычислительных экспериментов по прогнозированию температурного поля грунтов, вмещающих скважину в течение эксплуатации месторождения.

5.3.1. Тепловое воздействие на ММП при одновременно-раздельной и традиционной эксплуатации месторождения.

5.3.2. Оттаивание ММП вокруг скважины вблизи поверхности Земли.

5.3.3. Тепловая интерференция добывающих скважин при различных способах их размещения на кустовой площадке

5.3.4. Выводы.

ГЛАВА 6. СПОСОБ УПРАВЛЕНЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ "ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ ДОБЫВАЮЩАЯ СКВАЖИНА - СЕЗОННОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПАРОЖИДКО-СТНОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР - ММП" ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ.

6.1. Способ стабилизации теплового состояния устьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах с помощью сезонноохлаждающих устройств малого диаметра.

6.2. Результаты вычислительного эксперимента по обоснованию технических характеристик средств, необходимых для реализации способа.

6.2.1.Постановка задачи с использованием квазитрехмерной модели.

6.2.2. Результаты реализации квазитрехмерной постановки задачи.

6.2.3. Оценка результатов сравнительного анализа постановки задачи в декартовых и цилиндрических координатах

6.2.4. Оценка результатов трехмерной и квазитрехмерной постановки задачи.

6.2.5. Выводы

6.3. Промысловый эксперимент по реализации способа в годовом цикле наблюдений на кустовой площадке 64 Бованенковского месторождения.

6.3.1. Цели и задачи длительного промыслового эксперимента.

6.3.2. Программа работ и описание экспериментального полигона.

6.3.3. Результаты промыслового эксперимента по исследованию теплового взаимодействия добывающих скважин 6401 и 6402 с многолетнемерзыми породами кустовой площадки №

6.3.3.1. Результаты исследований теплового взаимодействия скважин 6401 и 6402 в процессе отжига на факельные линии (с 6.10.2001 г. по 19.10.2001 г.)

6.3.3.2. Результаты исследований теплового взаимодействия скважин 6401 и 6402 в процессе перепуска газа из апта в сеноман (22.10.2001 г. по 15.11.2002 г.)

6.3.3.3. Прогноз нестационарного теплового взаимодействия геотехнической системы "добывающая скважина-многолетнемерзлые породы" для 6401 БГКМ.

6.3.3.4. Сравнение результатов промыслового и вычислительного экспериментов.

6.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности"

Изменение теплового состояния многолетнемерзлых грунтов основания сооружений в процессе эксплуатации является причиной активизации опасных инженерно-геокриологических процессов. Практика показывает, что их развитие периодически приводит к возникновению аварийных ситуаций на объектах газового комплекса с тяжелыми финансово-экономическими, материально-техническими, экологическими и социальными последствиями. Особенности динамики не только механического, но и других форм взаимодействия инженерных сооружений с ММП свидетельствуют о значительном влиянии процесса формирования теплового поля вокруг инженерных сооружений на их надежность (Н.А. Цытович, С.С. Вялов, П.И. Мельников, В.А. Кудрявцев, Е.С. Мельников, С.Е. Гречищев, В.Р. Цибульский, А.А. Коновалов, М.М. Дубина и др.)

Ведущие советские и российские ученые Э.Д. Ершов, JI.C. Гарагуля, JI.H. Максимова, А.Б. Чижов, М.А. Минкин и др. в своих трудах отмечают актуальность методического развития технологии прогнозирования, позволяющей разрабатывать технические средства управления температурным режимом оснований сооружений и обеспечить надежность инженерных сооружений в криолитозоне.

Качественная оценка теплового воздействия "проблемных" геотехнических систем (ГТС) на геологическую среду и эффективности применения комплекса технических решений по управлению тепловым состоянием грунтов основания сооружения невозможна без численного теплофизического прогноза. К сожалению, применение численного прогноза в проектировании ограничено рамками использования стационарных или одномерных решений задачи теплообмена.

Наличие программных продуктов, предназначенных для решения многомерных задач теплопроводности с подвижными границами раздела фаз в неоднородных средах (Л.Н.Хрусталев, Г.П.Пустовойт, Л.В.Емельянова, 1983, 1994; М.А.Минкин, 1987; М.М.Дубина 1982, 1999) и методологических основ постановки вычислительного эксперимента (А.А. Самарский и др.), создают предпосылки для разработки технических решений по использованию средств тепловой мелиорации грунтов оснований сооружений на базе прогнозных расчетов с применением метода вычислительного эксперимента.

Именно поэтому развитие научно-методических основ криогеотехнологиче-ского прогнозирования, позволяющих разработать технические средства управления температурным режимом основания конкретного сооружения, учитывать действие реализуемых превентивных и оперативных мероприятий, случайных и детерминированных факторов эксплуатационного воздействия, является актуальной научной проблемой, решение которой имеет важное хозяйственное значение.

В вопросе обеспечения надежности функционирования газодобывающего комплекса в целом ведущее место занимает проблема эксплуатации добывающих скважин, как одного из его основных элементов. Наибольшую опасность для скважин представляют возникающие под действием механических нагрузок осевые и горизонтальные деформации крепи. Причиной их возникновения в значительном ряде случаев является изменение характера действия механических нагрузок вследствие растепления мерзлых грунтов в результате их взаимодействия со скважиной как источником тепла. Применение традиционных и типовых технических решений, разработанных за 50-летний период промышленного строительства в условиях других регионов криолитозоны России, оказалось недостаточно для обеспечения надежной эксплуатации добывающих скважин месторождений полуострова Ямал. Научно-методические основы криогеотехнологического прогнозирования позволяют разработать комплексные технические решения с применением современных средств по сохранению, воспроизводству или усилению криогенного ресурса многолетнемерзлых пород (ММП), используемых в качестве оснований сооружений. Проверка "работоспособности" таких технических решений в процессе длительного промыслового эксперимента позволяет не только убедиться в возможности их практической реализации, но и доказать адекватность результатов применения технологии прогнозирования экспериментальному материалу, что является актуальным с научной, и особенно с практической точек зрения.

Цель работы. Усовершенствовать научно-методические основы управления температурным полем оснований сооружений с использованием количественного прогноза нестационарного теплового режима грунтов для обеспечения надежности геотехнических систем в криолитозоне.

Основные задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

4. Исследовать конструкции скважин, как источников теплового воздействия при различных способах их размещения в пределах кустовых площадок и эксплуатации продуктивных горизонтов, изучить воздействие добывающих скважин на ММП и их нестационарное тепловое взаимодействие с сезонноохлаждаю-щими парожидкостными трубчатыми системами вблизи поверхности Земли территории Бованенковского месторождения на основе реализации технологии управления качеством опорной компоненты геотехнической системы в части разработки методик постановки и проведения вычислительных и промысловых экспериментов.

Объекты исследований. Многолетнемерзлые грунты оснований инженерных сооружений газового комплекса севера Западной Сибири, технические устройства, обеспечивающие сохранение, воспроизводство или усиление криогенного ресурса ММП, тепловое взаимодействие между техническими устройствами, промысловыми сооружениями газодобывающих комплексов и природно-геологической средой, возникающее на различных этапах "жизненного цикла" систем добычи газа.

Достоверность полученных результатов. При решении поставленных задач использованы материалы промысловых журналов регистрации отказов, материалы инженерных изысканий, геодезических наблюдений за деформациями свайных оснований и режимных термометрических исследований наблюдательных скважин по площадкам строительства. В работе использованы данные двенадцатилетнего цикла наблюдений по скважинам и деформационным маркам сети инженерно-геокриологического мониторинга на 18 площадках размещения основных объектов добычи и подготовки газа к транспорту на месторождении Медвежье, на площадках установок комплексной подготовки газа (УКПГ) и дожимных компрессорных станциях (ДКС) Юбилейного и Ямсовейского месторождений, материалы экспериментальных термометрических исследований на скважинах Бованенков-ского месторождения (БГКМ), длительного промыслового эксперимента по перекачке газа из аптского продуктивного горизонта в сеноманский на кустовой площадке № 64 БГКМ.

Научная новизна.

Впервые обоснована и проверена в производственной практике газодобывающего предприятия методическая основа проведения теплотехнических вычислительных экспериментов по прогнозу нестационарного теплового взаимодействия инженерных сооружений с ММП оснований для целей проектирования эффективных мероприятий по управлению температурным полем грунтов и состоянием сооружения. Заложены основы нового междисциплинарного научного направление "прикладного криогеотехнологического прогнозирования", обоснованы пути для его дальнейшего развития на стыке наук о Земле.

Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в следующем.

Во-первых, в применении методических основ постановки вычислительного эксперимента, реализующего решение задачи прогноза теплового взаимодействия конкретных инженерных сооружений с многолетнемерзлыми грунтами оснований: для целей проектирования эффективных мероприятий при искусственном управлении температурным полем грунтов основания; для разработки прогноза динамики геокриологических условий площадок строительства при проведении инженерно-геологических изысканий; при использовании в качестве ключевого элемента в комплексе производственных работ по инженерно-геологическому мониторингу сооружений в зоне распространения ММП.

Подтвержденная документально экономическая эффективность внедрения на предприятии "Надымгазпром" технических мероприятий за 1999 год составила 51960,357 тыс. рублей, за 2000 год - 28389,210 тысяч рублей, за 2001 год -28647,187 тысяч рублей, за 2002 год - 30315,17 тысяч рублей.

В 2002 г. научно-техническая разработка "Разработка и внедрение методики прогнозирования теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами" отмечена дипломом лауреата отраслевой премии за лучшую научно-техническую разработку (Постановление Правления ОАО "Газпром" № 61 от 29 августа 2002 г.).

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Попов, Александр Петрович

6.4. Выводы

Проведенный комплекс исследований (с учетом ранее проведенных промысловых экспериментов по испытаниям различных типов теплоизолированных лифтовых колонн, ЛТТ ВНИИГАЗ 1 серия - апт, скв. 6805, ЛТТ ВНИИГАЗ 2 серия - апт, скв.5602, НКТ Электра-Канада - апт, скв. 6805, нетеплоизолированная НКТ - апт, скв. 6404, НКТ "Криогенмаш" - апт, скв. 6401, НКТ "Криогенмаш" -сеноман, скв.6402) позволяет обоснованно утверждать, что в настоящее время определены в процессе промысловых экспериментов необходимые параметры пассивной теплоизоляции добывающей скважины, которые обеспечат ее длительную (25 лет) эксплуатацию без растепления многолетнемерзлых пород вмещающих скважину.

По имеющимся в распоряжении автора сведениям изготовитель ЛТТ (экспериментально-опытный завод ВНИИГАЗа) заявил об успешных испытаниях труб с теплоизолирующими свойствами лучшими на порядок, чем испытанные ЛТТ. С учетом того, что "стендовый" (заводской) коэффициент теплопроводности оценивается для испытанных в 1995 году моделей на уровне А^0,014 Вт/м °С, возможность изготовления отдельных секций НКТ с характеристиками А^0,002 Вт/м °С может являться основанием уверенности в возможности решения проблемы "растепления" пассивными средствами теплоизоляции скважины. Тем не менее, вопрос о возможности минимизации тепловых утечек в местах муфтовых соединений, при всей проработанности специалистами ВНИИГАЗа конструкции муфтовых соединений (именно у труб данного производителя минимальные тепловые утечки по тепловым мостам в местах стыка отдельных секций), может вызвать значительные технические трудности.

Именно эти возможные технические проблемы заставляют вернуться к обсуждению необходимости и целесообразности задержки протаивания пород вокруг скважины на весь срок ее эксплуатации.

Как известно, специфической проблемой строительства и эксплуатации добывающих скважин в криолитозоне является необходимость учета последствий их теплового воздействия на вмещающие многолетнемерзлые породы (ММП).

Вокруг скважины, представляющей собой линейный тепловой источник, в мерзлых породах формируется ореол оттаивания цилиндрической формы радиусом от 3-4 до 10-12 м (в зависимости от температуры добываемого флюида и дебита, конструкции скважины (теплоизолированные НКТ, кондуктор, направление, теплоизолирующие цементы), состава, свойств и температуры вмещающих пород.

В приустьевой зоне, под совместным воздействием скважины и поверхностных условий, ореол оттаивания имеет форму воронки, радиус которой может достигать 10+12 м. Оттаивание ММП в ряде случаев сопровождается развитием неблагоприятных процессов: осадкой оттаивающих льдистых пород со смещением вдоль ствола скважины и образованием термокарстовых просадочных воронок в приустьевой зоне, повышением проницаемости прискважинной зоны пород.

В связи с этим возможно возникновение двух основных проблем:

1. Деформации колонн скважин, под воздействием оттаивающих ММП и собственного веса в условиях слабого защемления вмещающими породами.

2. Газопроявления в приустьевой зоне из продуктивного горизонта и разреза ММП.

Некоторыми исследователями прогнозируется возможность смятия колонн при остановке скважин и промерзании образовавшихся ореолов оттаивания.

В связи с тем, что геокриологические условия полуострова Ямал характеризуются особой сложностью, вполне закономерно, что при разработке научного обоснования проектов обустройства месторождений п-ова Ямал особое внимание должно быть уделено изучению геокриологического строения разреза ММП и способам обеспечения надежности добывающих скважин в интервале залегания ММП.

В 1995-2000 г.г. автором выполнен широкий комплекс исследований в указанном направлении применительно к условиям Бованенковского ГКМ: собраны и обобщены материалы о геокриологическом строении толщи ММП, испытаны лифтовые теплоизоляционные трубы различных производителей, выполнен большой объем прогнозных расчетов теплового воздействия скважин на ММП и т.д.

Проведенные работы позволяют сделать следующие основные выводы:

1. При всей сложности геокриологических условий месторождения результаты бурения 30 параметрических скважин глубиной 250-400 м на 12 кустовых площадках [Кондаков В.А., 1995] показали, что в пределах 10 из них геокриологические условия вполне приемлемые для строительства и эксплуатации скважин. Сильнольдистые породы, с объемным содержанием льда больше 0,4, залегают в самой верхней части разреза и имеют мощность, как правило, не превышающую 3 - 6 м. Льдистые ММП, дающие осадку при оттаивании, залегают до глубин 10-30 м. Глубже залегают ММП, практически лишенные ледяных включений, не дающие осадки при оттаивании и сохраняющие в оттаявшем состоянии достаточно высокие прочностные и деформационные свойства. В большинстве случаев геокриологические условия кустовых площадок принципиально не отличаются от условий Медвежьего, Уренгойского и Ямбургского месторождений, где имеется обширный и в целом положительный опыт строительства и эксплуатации добывающих скважин без применения специальных решений по защите ММП от теплового воздействия. Согласно результатам бурения, лишь в отдельных случаях высокольдистые породы, теряющие устойчивость при оттаивании и пластовые льды встречены на значительных глубинах (до 60 м). Таким образом, геокриологические условия характеризуются большой изменчивостью, и если при разработке проектов обустройства месторождения размещение кустовых площадок будет сделано с учетом закономерностей геокриологического строения территории, существует возможность избежать "попадания" скважин на неблагоприятные в геокриологическом отношении участки. Соответственно, для обеспечения устойчивости массива вмещающих скважину пород и скважинного ствола либо вовсе не понадобится применения специальных решений, либо они будут минимизированы.

2. По результатам геокриологических исследований, имеющихся в опубликованной литературе, незначительная льдистость ММП с глубин 10-30 метров типична для многих участков полуострова Ямал, особенно в его восточной части.

3. Особо следует отметить, что при бурении вскрыты отрицательнотем-пературные высокоминерализованные воды (криопэги), воздействие которых на скважины должно быть исследовано дополнительно.

4. С учетом изложенного в п.п. 1-3 представляется необоснованно жестким существующий в литературных источниках подход к обеспечению механической устойчивости скважин в пределах месторождений Ямальской группы, не допускающий выход границы оттаивания за пределы цементного кольца в интервале мерзлой толщи в течение всего срока эксплуатации.

Опыт Медвежьего ГМ свидетельствует о том, что какие-либо факты, позволяющие однозначно утверждать, что скважина потеряла механическую устойчивость из-за взаимодействия с ММП, отсутствуют. Приустьевые термокарстовые воронки, наблюдаемые в первые годы эксплуатации на некоторых скважинах, были успешно ликвидированы посредством их засыпки грунтом.

Таким образом, оттаивание ММП вокруг скважин в благоприятных мерз-лотно-геологических условиях при наличии геотехнического обоснования вполне допустимо.

Тем не менее, в настоящее время остается открытым вопрос о разработке расчетной модели и программного продукта для определения напряженно-деформированного состояния системы "скважина-порода" в криолитозоне при оттаивании вмещающих пород с целью определения критериев устойчивости конструкции скважин. Иными словами необходимо ответить на вопрос о том, на какое расстояние от оси скважины можно "выпустить" талую зону.

Решение настоящего вопроса позволит разработать обоснованный (оптимальный) проект конструкции скважины и, по-видимому, отказаться в большинстве случаев от применения какой либо теплоизоляции, определив критерии "допустимой" величины оттаивания ММП.

Промысловые эксперименты по определению свойств теплоизолированных насосно-компрессорных труб, проведенные на скважинах Бованенковского месторождения в 1995-4-97 г.г., теплофизические расчеты и математическое моделирование нестационарного теплового взаимодействия скважины и ММП позволяют сделать вывод о том, что "пассивная" теплоизоляция скважины существенно снижает тепловую нагрузку на ММП. В незаселенных и слабозасоленных породах применение теплоизолированных НКТ может предотвратить выход фронта оттаивания за границу цементного кольца за направлением скважины в течении всего срока ее эксплуатации. Предотвратить оттаивание широко распространенных на территории Ямала, средне- и сильнозасоленных пород с применением только "пассивной" теплоизоляции с использованием современных теплоизоляционных материалов достаточно трудно.

Результаты моделирования теплового взаимодействия скважины с ММП свидетельствуют о том, что сохранение вмещающих скважину средне- и сильнозасоленных пород в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации может быть достигнуто посредством применения комбинированной ("пассивно-активной") теплоизоляции, состоящей из теплоизолированной насосно-компрессорной трубы (например, JITT ВНИИГАЗ 1-я серия) и 4-х и более грунтовых парожидкостных термостабилизаторов малого диаметра (СОУ), установленных вблизи устья скважины (например, типа ТМД 5-М, ВНИИГАЗ). Такое техническое решение достаточно обосновано и с точки зрения теплофизики, и экономичности и позволит обеспечить не только механическую устойчивость скважины, но и закрепить грунты кустовой площадки, предотвратив развитие приустьевой термокарстовой воронки. В свою очередь это дает возможность сократить расстояние между устьями скважин и снизить объемы отсыпки кустовых площадок привозным грунтом.

Алгоритм выбора технических решений, обеспечивающий надежную и безаварийную эксплуатацию добывающих скважин на полуострове Ямал, может быть сформулирован следующим образом.

• Изучение закономерностей формирования геокриологических условий территории месторождения, предварительный выбор мест расположения кустовых площадок на основе решения оптимизационных задач разработки месторождения и геокриологических условий.

• Параметрическое бурение на глубину залегания ММП с детальным исследованием состава, строения и свойств пород.

• Типизация геокриологического разреза в пределах выбранной кустовой площадки

• Выбор типовых технических решений по обеспечению устойчивости ствола скважин: a) без применения специальных решений по теплоизоляции; b) "пассивная" теплоизоляция отдельных интервалов (ЛТТ); c) комбинированная "пассивно-активная" теплоизоляция с применением парожидкостных охлаждающих устройств (СОУ+ЛТТ).

Заключение

Газовые промыслы криолитозоны Севера Западной Сибири представляют собой сложные природно-технические системы. Данные геотехнического мониторинга газопромысловых объектов коренным образом меняют существующие представления о затухании деформаций во времени, сформировавшиеся на базе традиционных взглядов в результате обобщения практического опыта эксплуатации сооружений, расположенных вне области развития ММП в грунтах основания.

Изучение геотехнических проблем освоения газовых месторождений свидетельствует о том, что возникновение аварийных ситуаций по причине потери надежности "опорной" компоненты геотехнической системы уступает по значимости лишь отказам технологического характера. Потеря надежности происходит в результате реакции геологической среды на тепловое воздействие газопромысловых сооружений, когда возникает не предусмотренное проектом взаимодействие между фундаментом и изменяющейся частью геологической среды, которое приводит к формированию специфических не стабильных геотехнических систем деформирующихся сооружений с изменчивым температурным режимом грунтов основания. При этом деформации развиваются во времени, что обусловлено нарастающей динамикой криогенных процессов техногенного характера.

В работе предпринята попытка, разработать методику постановки и проведения вычислительного эксперимента по моделированию динамики тепловых процессов в грунтах оснований сооружений в виде технологии прогноза изменений состояния криотехнической (опорной) геосистемы. Предлагаемая технология управления опорной компонентой ГТС позволяет на всех стадиях "жизненного цикла" различных типов геотехнических систем определять те технические средства управления температурным режимом грунтов оснований, которые своевременно локализуют или ликвидируют возможные последствия негативных техногенных воздействий.

На основе обобщения результатов теоретических и натурных экспериментальных исследований с применением этой методики разработан принцип выбора конструкции добывающих скважин в условиях распространения высокольдистых и засоленных ММП. Этот принцип отличается использованием новых строительных технологий и технических средств управления природно-техническими системами и обеспечивает повышение надежности конструкций горных выработок при их строительстве и восстановлении, одновременно улучшая показатели экономической эффективности проектных решений.

Вышеизложенное подтверждается основными выводами, следующими из содержания диссертационной работы:

1. Техногенное воздействие на ММП является одной из основных причин возникновения аварийных ситуаций, независимо от того, на какой стадии разработки находится месторождение. При этом если в начальной стадии освоения наибольший ущерб от отказов по причине воздействия на ММП зафиксирован на добывающих скважинах, то на поздних стадиях разработки акцент все больше смещается в сторону фундаментов объектов подготовки газа к дальнему транспорту.

2. Причины отказов "опорной" компоненты - непроектные изменения мерзлотно-геологических условий, связанные с объективными (недоработка нормативной базы) и субъективными ("случайные" тепловые воздействия при строительстве и эксплуатации) факторами проектирования, подтверждают необходимость разработки и совершенствования методической основы проектирования теплового взаимодействия ГТС.

3. Разработанная методика вычислительного эксперимента по проектированию теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами отражает специфику процесса внутри системы, учитывает динамику климатических, инженерно-геокриологических условий территории, строительные проектные решения и возможность тепловой мелиорации грунтов, а ее реализация позволяет управлять надежностью геотехнической системы.

4. Ежегодный фактический и ожидаемый экономический эффект в размере 20-25 млн. руб. от практической реализации "Методики." в производстве подтверждает, что обеспечение надежности функционирования газодобывающих геотехнических систем на севере Западной Сибири является важной хозяйственной задачей.

5. Установлено, что проектирование и строительство добывающих скважин на 55% из обследованных кустовых площадок требует специальных мероприятий по повышению надежности конструкций, вследствие высокой льдистости верхних горизонтов многолетнемерзлой толщи, что дало основание автору предложить принцип обеспечения эксплуатационной надежности добывающих скважин, позволяющий выбрать наиболее целесообразное проектное решение из их параметрического ряда.

6. Результаты промыслового эксперимента по испытанию теплоизолированных лифтовых труб свидетельствуют о том, что выпускаемые в настоящее время промышленностью теплоизолирующие скважинные конструкции не обеспечивают мерзлое состояние пород в течение всего срока эксплуатации добывающей скважины. Для решения проблемы надежности скважин для Ямальской группы месторождений с помощью теплоизолированной НКТ, учитывая влияние засоленности грунтов на температуру фазового перехода, необходимо на порядок улучшить свойства "материала" ее теплоизоляции (до

0,002-f0,003 Вт/мх°С). Результаты вычислительных экспериментов показали, что при любых технологических вариантах снижения тепловой нагрузки от скважины, проектные решения по применению пассивной теплоизоляции не эффективны.

7. Вследствие существенной льдистости пород разреза расчетные величины ореолов оттаивания вокруг добывающих скважин Бованенковского месторождения при 30-ти летней эксплуатации меньше, чем на Медвежьем, Ямбурге, Уренгое и достигают 5,04-8,0 м. (однообъектная эксплуатация) 3,04-6,0 м (одновременно-раздельная). Температурная интерференция соседних кустовых скважин приводит к тому, что температуры мерзлой зоны между ними по своим величинам незначительно отличаются от температур фазовых переходов грунтов (на 0,01-0,1 °С). Твердомерзлые породы переходят в пластичномерзлое состояние, что приведет к потере несущей способности грунтового основания и развитию неблагоприятных инженерно-геокриологических процессов на кустовой площадке.

8. Для повышения устойчивости конструкции добывающих скважин в условиях высокольдистых грунтов эффективны и целесообразны к применению способы (патенты РФ № 2127356, 2158353, 22099340), позволяющие "закрепить" породы, вмещающие приустьевую зону скважины, обеспечив в течение годичного цикла работы пассивно-активной теплоизолирующей системы требуемую температуру основания сооружения, которая, в свою очередь, гарантирует поддержание заданных механических характеристик грунтов.

9. Адекватность методики проектирования теплового взаимодействия элементов геотехнической системы и работоспособность приустьевой сезонноохлаждающей трубчатой системы в годичном цикле ее работы подтверждена результатами длительного промыслового эксперимента.

10. Усовершенствована теория, методы, технологии, проектирования и управления природно-техническими системами.

11. Разработаны и научно обоснованы критерии и технологические требования для создания новых технические средств управления надежностью геотехнических систем в криолитозоне.

12. Разработанная совокупность используемых в определенной логической последовательности методов, методических приемов, средств исследования и управления надежностью криогенной геотехнической системы (определения текущего состояния, прогнозирования развития, проектирования управляющих воздействий) широко и эффективно реализована на практике в качестве научно-методических основ управления надежностью различных типов геотехнических систем в криолитозоне Западной Сибири.

В целом предложенный в настоящей диссертационной работе комплекс методических разработок и технических средств позволяет прогнозировать изменения температурного режима верхней части литосферной оболочки Земли с целью проектирования технически и экологически безопасных технологий строительства и эксплуатации инженерных сооружений для ликвидации негативных изменений жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под влиянием природных и антропогенных факторов.

Результаты диссертационной работы, посвященные добывающей газовой скважине, детализируют процесс изучения взаимодействия инженерных конструкций (горных выработок) с многолетнемерзлыми грунтовыми массивами. Предложенный и обоснованный способ строительства (крепления устьевой зоны) надежной добывающей скважины для месторождений углеводородного сырья Ямал, по существу является целенаправленным преобразованием и улучшением строительных свойств грунтового массива, вмещающего инженерную конструкцию. Проведенный комплекс промысловых и вычислительных экспериментов позволил провести практическую проверку элементов разработанной геотехнологии, а так же разработать и научно обосновать критерии и технологические требования для создания новых средств пассивной и активной неэнергоемкой теплоизоляции ствола скважины в криолитозоне.

Предлагаемая в диссертационной работе научно-методическая основа технологии управления надежностью геотехнических систем является, по сути, технологией моделирования нестационарного температурного поля в грунтах основания конкретного инженерного сооружения и позволяет реализовать прогноз развития опасных инженерно-геокриологических процессов во времени-пространстве. Такое прогнозирование, являясь основной составной частью комплекса работ по литологическому мониторингу геотехнической системы, позволяет сознательно создавать массивы грунтовых толщ с заданными прочностными, деформационными, фильтрационными свойствами, т.е. управлять эксплуатационной надежностью инженерных сооружений в криолитозоне.

В диссертационной работе объект исследования (геотехническая система в криолитозоне) изучается средствами инженерной геологии и мерзлотоведения (эксперимент и прогноз) на основе методов и технологий управления окружающей средой, относящихся к области геоэкологии (управление надежностью геотехнических систем) для реализации и получения практического результата в геотехнологии (конкретные технические решения, технологии, способы строительства и эксплуатации). Таким образом, разработки автора могут рассматриваться как новое междисциплинарное направление - прикладное криогеотехнологическое прогнозирование.

Использование разработанных научно-методических основ технологии управления геотехническими системами в криолитозоне весьма перспективно для применения в смежных направлениях науки о Земле. Посредством вычислительного эксперимента, реализующего решение совокупности прямых и обратных задач теплообмена можно получать сведения о характеристиках (параметрах) и свойствах реальных природных и природно-технических систем и (или) их элементов, решать проблемные вопросы классификации объектов, изучать характер взаимосвязей, особенности структуры и строения криогенных геосистем и их компонентов и т.д. Более подробно, в приложении 4, на конкретных практических примерах, детализированы перспективы применения в смежных направлениях наук о Земле.

Рамки междисциплинарности и области практического применения научно-методических основ технологии управления геотехническими системами в криолитозоне существенно расширяются реальными возможностями реализации:

• при проведении инженерно-геологических изысканий в качестве одного из инструментов выполнения численного и количественного прогноза при изучении динамики теплового состояния грунтов и развития опасных криогенных процессов под воздействием типичных техногенных нарушений условий теплообмена, неизбежно возникающих при освоении территории, а также проверки кондиционности материалов геотермических исследований;

• при "экологическом нормировании" для определения диапазона изменчивости значимых биогидроклиматических и геокриологических характеристик, обеспечивающих устойчивое квазиравновесное состояние экосистем, представленных природно-территориальными комплексами различного таксономического ранга;

• в ландшафтоведении для оценки устойчивости литогенной основы мерзлотных ландшафтов;

• как научно-методической основы управления геотехническими системами криолитозоны при проведении комплекса работ по инженерно-геокриологического мониторингу в процессе эксплуатации зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения;

• как научной основы проектирования сооружений в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Попов, Александр Петрович, Тюмень

1. Абалаков А.Д. К оценке рекреационной устойчивости геосистем (на примере Прибайкалья) // Оптимизация геосистем.- Иркутск: Сиб.отд. АН СССР, 1991. С.88-98.

2. Альтенбах С.А., Сахаров А.С. / Метод конечных элементов в механике деформируемых тел. Киев: Вища школа, 1982.- 480 с.

3. Андреев О.Ф., Колушев Н.Р. Проблемы обеспечения надежности скважин и промысловых сооружений в криолитозоне // Особенности освоения газовых месторождений в сложных геокриологических условиях. М., ВНИИГАЗ, 1987. -С.3-4

4. Андреев О.Ф., Малеванский В.Д. Методы создания надежных скважин взо-нах распространения многолетнемерзлых пород // Бурение и эксплуатация скважин в зоне мерзлоты. М.: ВНИИГАЗ, 1981. - С.3-23.

5. Анисимов О.А., Нельсон Ф.Э., Павлов А.В. Прогнозные сценарии эволюции криолитозоны при глобальных изменениях климата в XXI веке.// Криосфера Земли. Н.: СО РАН, 1999. -№ 4. - С. 15-25.

6. Арманд А.Д. Устойчивость (гомеостатичность) географических систем кразным типам внешних воздействий // Устойчивость геосистем. М.: Наука, 1983.-С.5-21.

7. Баду Ю.Б., Харьюзов П.Р. Основные особенности строения, состояния и свойств кайнозойских отложений северной части Западно-Сибирской плиты // Особенности освоения газовых месторождений в сложных геокриологических условиях. М.:МГУ, 1987. - С.8-21.

8. Ю.Бастриков С.Н. Анализ аварийности при бурении наклонных скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород // Бурение и крепление нефтяных скважин в многолетнемерзлых породах Западной Сибири.- Тюмень, 1980. -С. 56-65.

9. П.Геокриолоигческие условия Западно-Сибирской низменности. /

10. B.В. Баулин, Е.Б.Белопухова, Г.И.Дубиков, JI.M. Шмелев М.: Наука, 1967. - 214 с.

11. Баулин В.В. Трофимов В.Т. Схема распространения многолетнемерзлых пород // Закономерности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий Западно-Сибирской плиты. М.: МГУ, 1977. - С.64.

12. Баулин В.В. Чернядьев В.П. Районирование и прогноз мерзлотных условий при строительстве // Тр. V Всесоюзн. совещания-семинара по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях. Красноярск: 1968. - Вып.4.1. C.59-74.

13. Баулин В.В., Чеховский A.JI. Проблемы изучения многолетнемерзлых пород Западной Сибири // Освоение нефтяных и газовых месторождений в условиях Западной Сибири и Коми АССР. М.: 1980. - С. 50-58.

14. Бедов В.Н. Некоторые особенности конструкций скважин на Севере Канады // Нефт. хоз-во.- 1975. № 4. - С. 67-68.

15. Белов В.И. Некоторые особенности бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин в Тюменской области // Труды Гипротюменнефтегаз. Тюмень, 1968.-Вып. 1.-С.202-206.

16. Белов В.И. Промывочные жидкости при бурении в зоне залегания мерзлоты // Труды ЗапСибнигни. Тюмень, 1968. - Вып.6. - С. 109-120.

17. Березняков А.И. Попов А.П. Схема организации инструментальных исследований при инженерно-геокриологическом мониторинге // Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности: Тез. докл. науч.-техн.конф. 25-27 октября 1995. -М., 1995. С. 29-30.

18. Березняков А.И., Грива Г.И., Попов А.П., Михайлов Н.В. Мониторинг северных экосистем при освоении ресурсов Западной Сибири // Проблемы освоения газовых месторождений Западной Сибири: Сб. науч. тр. Тюмень: ГНГУ, 1995. -С.3-11

19. Блиер Б.М. Ципман М.М. А.с. № 68155 (СССР), 1945.

20. Богданов Н.С. Вечная мерзлота и сооружения на ней. СПб, 1912.

21. Бондарев П.Д. Деформации зданий в районе Воркуты их причины и методы предотвращения. М.: Из-во АН СССР, 1957.

22. Бондарев Э.А., Красовицкий Б.А. Температурный режим нефтяных и газовых скважин. Новосибирск: Наука, 1974. -88 с.

23. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. -М: Недра, 1981.-256 с.

24. Будак Б.М., Усленский А.Б. Решение задач типа Стефана // Труды ВЦ МГУ; Вып. 2. М.: Изд-во МГУ, 1972. - 186 с.

25. Булатов В.И. Вопросы теории и практики изучения антропогенных ландшафтов // Прикладные аспекты изучения современных ландшафтов. Воронеж, 1982.-С. 15-22.

26. Бучко Н.А. Исследование сезоннодействующих охлаждающих устройств для промораживания грунтов в гидротехническом строительстве // Регулирование температуры грунтов основания с помощью сезоннодействующих охлаждающих устройств. Якутск, 1983. - С. 29-41.

27. Быков И.Ю. Исследование условий создания надежно работающих конструкций скважин в многолетнемерзлых породах (на примере площадей Колвинско-го вала Тимано-Печерской нефтегазоносной провинции): Дис. .канд. техн. наук.- М., 1979. 272 с.

28. Быков И.Ю. Причины осложнений при бурении и эксплуатации скважин в криолитозонах // Проблемы освоения Тимано-Печерской нефтегазоносной провинции / ВНИИОЭНГ. М., 1978. - Вып. 6. - С.53-58.

29. Быков И.Ю. Техника экологической защиты Крайнего Севера при строительстве скважин. Д., ЛГУ, 1991. -360 с.

30. Быков И.Ю., Дмитриев В.Д. Бурение скважин на воду в северных регионах. Л.: Недра, 1981. - 127 с.

31. Быков И.Ю., Минко А.Г., Соловьев В.В. К вопросу расчета системы охлаждения бурового раствора // Проблемы освоения Тимано-Печерской нефтегазоносной провинции. М., ВНИИОЭНГ, 1980. - Вып. 8. - С. 36-40.

32. Быков Н.И., Каптерев П.Н. Вечная мерзлота и строительство на ней. М:, Трансжелдориздат, 1940. - 372 с.

33. Васильев Л.Л., Вааз С.Л. Замораживание и нагрев грунтов с помощью охлаждающих устройств. М.: Наука и техника, 1986. - 192 с.

34. Воронкевич С. Д., Морозов С. С., Сергеев Е. М. Основные проблемы технической мелиорации грунтов в СССР // Инженерная геология в государственном планировании. Доклады международного геологического конгресса Сессия XXIII. -М.: Наука, 1968,-С. 146.

35. Воронкевич С.Д. Некоторые проблемы искусственного закрепления пород в строительных целях // Вестник московского университета.- М.: МГУ, 1974, С. 57-70.

36. Временные методические указания по определению коммерческой эффективности новой техники в ОАО "Газпром", утв. Зам. Председателя Правления ОАО "Газпром" П.И. Радионовым 17.08.2001, введены с 1.10.2001. М.: ИРЦ Газпром, 2000. - 34 с.

37. Вялов С.С. Принципы управления геокриологическими условиями при строительстве в области многолетнемерзлых горных пород // "Доклады и сообщения II международной конференции по мерзлотоведению", вып.8. Якутск: Якутское книжное из-во, 1973.-С. 151-187.

38. Гаврильев Р.И. Особенности изучения теплофизических свойств грунтов с крупноблочными включениями // Инж. геология. 1986. - № 5. - С. 60-71.

39. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. Л.: Стройиз-дат, 1969. - 104 с.

40. Геокриология СССР. Западная Сибирь. / Под ред. Э.Д.Ершова. М.: Недра, 1989. -451с.

41. Геотехнические вопросы освоения Севера / Под ред. Андерсленда О. Б. и Андерсона Д. Пер. с англ. М.: Недра, 1983. -551 с.

42. Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические системы и их устойчивость к техногенезу //Биохимические циклы. М.: Наука: 1976. - С. 22-27.

43. Гольтман В. Г. Инженерно-геокриологические условия и принципы строительства в Магаданской области // Доклады и сообщения II Международной конференции по мерзлотоведению, вып. 7. Якутск: 1973. - С. 5-10.

44. Гончаров Ю.М., Кротов В.М., Суханов Н.В. Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений в Якутии. Якутск: Якутское книжное из-во , 1969. - 316 с.

45. Горелик Я.Б. Расчет температурного поля грунта вокруг парожидкостной термосваи // Проблемы нефти и газа Тюмени. Тюмень: 1980. -Вып. 47.-С. 58-61.

46. Горский А.Т., Козубовский А.И. Организация глинохозяйства буровых на площадках Заполярья Тюменской области // Труды ЗапСибнигни. Тюмень: 1968.- Вып.6. С. 97-108.

47. Горский А.Т., Швецов В.Д. Цементирование скважин в районах Крайнего СевераТюменской области // Труды Гипротюменнефтегаза. Тюмень: 1968. -Вып.6. - С. 122-132.

48. Гречищев С.Е., Чистотинов JI.B., Шур Ю.Л. Криогенные физико-геологические процессы и их прогноз. М.:Недра,1980. - 381с.

49. Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Щур Ю.Л. Основы моделирования криогенных физико-геологических процессов. М.:Наука,1984. - 232 с.

50. Грива Г.И., Березняков А.И., Чугунов Л.С. Принципы управления экологической стабильностью газодобывающих регионов. // Проблемы экологии при освоении месторождений Крайнего Севера.- М.: ВНИИГаз, 1994. -С.24-28.

51. Григоращенко Г.И. Перспективы развития нефтяной и газовой промышленности в условиях распространения многолетнемерзлых пород // Освоение нефтяных и газовых месторождений в условиях Севера Западной Сибири и Коми АССР. М.: ВНИИГАЗ, 1980. - С. 3-13.

52. Григорян С.С. и др. Количественная теория геокриологического прогноза.- М.:Изд-во МГУ, 1987. -266 с.

53. Грязнов Г.С, Кузнецов В.Г., Пахнев В.Н. Влияние оттаивания многолет немерзлых пород на состояние скважины // Нефт. хоз-во. М.:1982.- № 8.-С.19-20.

54. Грязнов Г.С. Конструкции газовых скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород. М: Недра, 1978. - 136 с.

55. Грязнов Г.С. Особенности глубокого бурения скважин в районах вечной мерзлоты. -М.: Недра, 1969. -167 с.

56. Грязнов Г.С., Кузнецов В.Г., Пахнев В.Н. Влияние оттаивания многолетнемерзлых пород на состояние скважины // Нефт. хоз-во.- М.:1982. № 8. - С. 1920.

57. Дегтярев Б.В. Методы защиты скважин в мерзлоте: Обзор патентов // Сер. Бурение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. М.: ВНИИГАЗ, 1977. - С.160-170.

58. Дегтярев Б.В., Истомин В.А., Попов А.П. Промысловые исследования теплового взаимодействия бурящейся скважины с мерзлыми породами // Совершенствование техники и технологии строительства газовых и газоконденсатных скважин М.: ВНИИГАЗ, 1989. - С. 161-167.

59. Дегтярев Б.В., Попов А.П., Рудник Н.Ю. Методика и направления поиска газогидратных залежей на севере Западно Сибирской плиты // Методика и техника геокриологических исследований,- Новосибирск, Наука, 1988. С. 110-115.

60. Дегтярев Б.В., Смирнов B.C., Демидов И.И. Руководство по расчету и вы бору конструкции скважины с термозащитой в зоне мерзлоты. М.: ВНИИГАЗ, 1974. - 72 с.

61. Дегтярев Б.В., Смирнов B.C., Демидов И.И. Руководство по расчету и выбору конструкции скважины с термической защитой в зоне мерзлоты. М.: ВНИИГаз, 1976.-72с.

62. Демин В.И., Решетников JI.H., Попов А.П. К вопросу о пассивной теплоизоляции эксплуатационных скважин Бованенковского месторождения // Труды молодых ученых и специалистов, посвященные 25-летию ДП "Надымгазпром". -М.: ИРЦ Газпром, 1996. С.79-80.

63. Демин В.М. Новые научно-технические решения при освоении Юбилейного и Ямсовейского месторождений // Повышение эффективности освоения газовых месторождений крайнего Севера. Под ред. Р.И. Вяхирева. М.: Наука, 1997. -С.276-284.

64. Долгих Г.М. Система температурной стабилизации // Наука в СССР.-1991.-№2.- с.118-119.

65. Дубина М.М. и др. Методика и средство прогноза температурного режима насыпи, наращиваемой на вечномерзлое основание. //В кн.: Ямал проблемы развития. - Тюмень: ИПОС СО РАН, 1993. - С. 150-157.

66. Дубина М.М. Предельное равновесие оттаивающих стенок скважины в мерзлых породах // Процессы переноса в деформируемых дисперсных средах. -Якутск: 1977. С. 89-95.

67. Дубина М.М. Приближенный расчет затвердевания бинарной смеси в осе-симметричных ёмкостях // ЖПМТФ.- М.:1986. -№5.- с.79-83.

68. Дубина М.М. Прогноз температурного режима и осадок оттаивания мерзлого грунта с учетом их взаимодействия // Ямал проблемы развития. -Тюмень: Изд-во ИПОС, 1993, - С. 150-157.

69. Дубина М.М. Упругопластические деформации при смерзании оттаявшего массива вокруг скважины // Методы механики сплошной среды. Якутск: 1977.-С. 80-87.

70. Дубина М.М., Красовицкий Б.А. Теплообмен и механика взаимодействия трубопроводов и скважин с грунтами. Н.: Наука, 1987.- 136 с.

71. Дубина М.М., Красовицкий В.А. Замерзание талой зоны вокруг скважины в мерзлых породах с учетом зависимости температуры замерзания от давления // ИФЖ.- 1985.- Т. 48.- № 1.- С. 122-129.

72. Дубина М.М., Попов В.И., Стригоцкий С.В. Расчет параметров замерзания рассолов в цилиндрических сосудах // ИФЖ.- 1986.- Т. 59.- № 1.- С. 131.

73. Дубина М.М., Томский А.Г. Вязкоупругая модель затвердевания жидкости в сферическом сосуде с учетом фазовой диаграммы // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. Н.: 1986. - № 4, вып. 1.- С. 135-130.

74. Дубина М.М., Черняков Ю.А. Моделирование и расчет термопластического состояния мерзлых пород. Новосибирск: Наука, 1991.- 140 с.

75. Дучков А.Д., Соколова Л.С., Павлов А.В. Оценка современных изменений температуры воздуха и грунтов в Западной Сибири. // Криосфера Земли.- Н.: СО РАН, 2000. -№ 1 С.52-60.

76. Дьяконов К.Н. Антропогенные ландшафты и геотехнические системы // Материалы 2-й региональной конференции «антропогенные ландшафты центральных черноземных областей и прилегающих территорий. Воронеж, 1975.

77. Дьяконов К.Н. Подходы к изучению устойчивости и изменчивости процессов в геосистемах // Совещание по вопросам ландшафтове-дения. Тезисы докладов. Пермь: 1974. - С. 7-12.

78. Единые технические правила на бурение нефтяных и газовых скважин. -М.: ВНИИОЭНГ, 1968. -78с.

79. Ентов В.М., Максимов A.M., Цыпкин Г.Г. Об образовании двухфазной зоны при кристаллизации смеси в пористой среде. ДАН СССР, 1986. - т.288, № 3.-С. 621-624.

80. Ерошенко В.Н. Мерзлотно-грунтовые условия и опыт строительства в г. Воркуте // Доклады и сообщения II Международной конференции по мерзлотоведению.- Якутск: 1973. Вып. 7.- С. 21-24.

81. Ершов Э.Д, Чижов А.Б. Геокриологический прогноз и охрана геологической. среды // Геокриолиогический прогноз при строительном освоении территорий. -М.: Наука, 1987. С. 11-15

82. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. -М.: Изд-во МГУ, 1979. -215 с.

83. Ершов Э.Д. Физико-химия и механика мерзлых пород. М.: Изд-во МГУ., 1986. -336 с.

84. Захаров Ю.Ф. Инженерно-геологический мониторинг объектов газовой промышленности: Сер. Геология и разведка газовых месторождений: Обзор, ин-форм.- М.: ВНИИЭгазпром, 1985. Вып. 13. - 77 с.

85. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах. -М: Наука, 1969. -240 с.

86. Ивановский Л.П., Сорокин В.П., Ягодкин И.В. Физические основы тепловых труб. -М.: Атомиздат, 1978. С.7-24.

87. Юб.Игонин В.Ф., Шевалдин И.Е. Особенности конструкций газовых скважин // Труды ЗапСибНИГНИ. Тюмень:1968. - Вып.6. - С. 31-96.

88. Изучение теплового взаимодействия газовых добывающих скважин с многолетнемерзлыми породами / А.ПЛопов, А.И.Березняков, Л.Н.Решетников, А.Б.Осокин и др. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1996. -№ 5-6. - С. 18-22.

89. Инженерная геокриология / Э.Д.Ершов, Л.Н.Хрусталев, Г.И.Дубников , С.Ю.Пармузин М.: Недра, 1991.-265 с.

90. Инженерная геокриология. Справочное пособие / Под ред. Э.Д.Ершова. -М.: Недра, 1991.- 439 с.,

91. Инженерно-геологический мониторинг промыслов Ямала. Часть 1. Моделирование термомеханического взаимодействия сооружений с грунтами. / М.М.Дубина, В.В.Коновалов, В.Р.Цибульский, Ю.А.Черняков. Новосибирск: Наука, 1997.- 153 с.

92. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин / Под редакцией Г.А.Зотова, З.С. Алиева М.: Недра, 1980. -302 с.

93. Инструкция по креплению эксплуатационных и наблюдательных скважин на месторождениях ВПО Тюменгазпрм. РД 9510-46-84.- Тюмень: Тюмен-НИИгазпром, 1984.- 124 с.

94. Инструкция по технологии строительства ледяных переправ, намораживаемых с помощью двухфазных термосифонов при строительстве магистральных трубопроводов. М.: ВНИИСТ, 1985. - 21 с.

95. Нб.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача.- М.: Энергия, 1975. 486 с.

96. П.Истомин В.А., Дегтярев Б.В., Колушев Н.Р. Руководство по расчету темпов протаивания и обратного промерзания пород при выборе конструкций скважины, пробуренной в криолитозоне. М.,: ВНИИГАЗ, 1981. - 87с.

97. Истомин В.А., Дегтярев Б.В., Колушев Н.Р. Руководство по расчету темпов протаивания и обратного промерзания при выборе конструкции скважин в криолитозоне. М: ВНИИГаз, 1981.- 88 с.

98. Каприелов К.Л. Снижение потерь газа совершенствованием условий эксплуатации газопромысловых систем Крайнего Севера: Автореферат дис. канд. техн. наук:, УФА, УГНТУ, 1995. 24 с.

99. Ким М.В. Основания и фундаменты гражданских зданий города Норильска // Материалы VII междуведомственного совещания по мерзлотоведению. М.: Из-во АН СССР, 1959. - С. 29-43.

100. Коляда В.Н., Анисимов Л.И., Полуэктов В.Е. Опыт строительства на вечномерзлых грунтах в г. Норильске // Доклады и сообщения II Международной конференции по мерзлотоведению. Якутск, 1973. - Вып. 7. - С. 10-21.

101. Коновалов А.А. / Охлаждение мерзлых оснований для повышения их прочности. Красноярск: Из-во Красноярского университета, 1988. - 204 с.

102. Коновалов А.А. / Прочностные свойства мерзлых грунтов при переменной температуре. Новосибирск: Наука, 1991. - 93 с.

103. Коновалов А.А., Московченко Д.В. Об устойчивости экосистем // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. Тюмень: Из-во ИПОС СО РАН, 2002. - Вып. 3.-С. 69-79.

104. Коновалов А.А., Роман Л.Т. /Особенности проектирования фундаментов в условиях нефтегазовых районов Западной Сибири. Л.: Стройиздат, 1981.- 168 с.

105. Кононенко Г.Н., Ширихин Ю.Н., Гламаздин П.М. Исследование взаимного влияния термосифонов на скорость промерзания грунта // Методика и техника геокриологических исследований. Н.: Наука, 1988. - С. 29-39.

106. Контроль состояния природной среды в системе комплексного геоэкологического мониторинга объектов газодобычи в условиях Арктики /

107. A.И.Березняков, Г.И.Грива, А.Б.Осокин, А.П.Попов, В.И.Кононов // Природные ресурсы стран СНГ: Тез. докл. IV Горно-геологического Форума 17-20 ноября 1998.-С.-П., 1998.-С.165-166.

108. Концепция организации комплексной системы геоэкологического мониторинга газопромысловых регионов в криолитозоне / А.И.Березняков, Г.И.Грива,

109. B.И.Кононов, А.П.Попов // Основные направления создания системы производственного экологического мониторинга РАО «Газпром», ее разработка и опытно-промышленное внедрение: Материалы Науч.-техн. совета ОАО "Газпром". М.: ИРЦ Газпром, 1998. -С.23-37.

110. Косинова И.И. Особенности и функциональное назначение эколого-геологических исследований территории // Вестник Воронежского университета. Геология,- Воронеж: 2001,- Вып. 11. С. 230-237.

111. Косинова И.И. Становление экогеологии как нового естественнонаучного направления // Вестник Воронежского университета. Воронеж: 1998. -№5 (январь-июнь). - С. 173-175.

112. Кроник А.Я., Демин И.И. Расчеты температурных полей и напряженно-деформированного состояния грунтовых сооружений методом конечных элементов. М.: МИСИ, 1982. - 102 с.

113. Кудряшев Б.В., Яковлев А.И. Новая технология бурения скважин в мерзлых породах. JL: Недра, 1973. - 123 с.

114. Кузнецов A.JI. Плотина Анадырской ТЭЦ //Труды Гидропроекта. -М.:1973. № 34. -С.88-100.

115. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Соколов B.C. Сравнительный анализ внутренних процессов в термосваях. // Холодил, техника. М.:1974. - № 6. - С. 3741.

116. Кутасов И.М., Тарасов А.А., Кононов Ю.И. Экспериментальное изучение кавернообразования в мерзлых породах на моделях буровых скважин // Нефт. хоз-во. -М.: 1977. -№ 6. С. 21-23.

117. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 366 с.

118. Кутателадзе С.С., Боришанский B.C. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. М.: Энергоатомиздат, 1959. - 412 с.

119. Кутвицкая Н.Б., Гохман М.Р., Стародубцев Ю.А. Рекомендации по теплотехническому расчету вечномерзлых оснований пространственных вентилируемых фундаментов. М.: НИИОСП, 1985. - 32 с.

120. Лейбензон Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике. -М.-Л.: ОНТИ, 1931.

121. Лонг Э.Л. Патент № 3,217,791 (США), 1964.

122. Марамзин А.Б. Бурение скважин в условиях Крайнего Севера. Л.: Гос-топтехиздат, 1959. - 210 с.

123. Марамзин А.В., Рязанов А.А. Бурение разведочных скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород. М.: Недра, 1971.-121 с.

124. Материалы международной конференции "Криосфера нефтегазоносных провинций". -М.: Изд-во ТИССО, 2004. 309 с.

125. Медведский Р.И. Строительство и эксплуатация скважин на нефть и газ в вечномерзлых породах. М: Недра, 1987. -230 с.

126. Медведский Р.И., Балин В.П., Усачев И.А. Конструкции и оборудование скважин при бурении в многолетнемерзлых породах на Северном склоне Аляски. / Сер. Бурение: Обзор, информ. М.: ВНИИОЭНГ, 1981. - 38 с.

127. Медведский Р.И., Сальникова И.В., Усачев И.А. Строительство скважин. М.: ВНИИГазпром, 1978. - 38 с.

128. Медведский Р.И., Шевцов В.И. Моделирование теплового взаимодействия грунта с термоконвективным устройством при чередовании сезонов года // Проблемы нефти и газа Тюмени. Тюмень, 1984. - Вып. 62. - С. 87-90.

129. Мельников П.И. Мерзлотно-геологические условия возведения гражданских и промышленных зданий на территории центральной Якутии и опыт строительства. М.: из-во АН СССР, 1951. -136 е.,

130. Мерзлотоведение / Под ред. Кудрявцева В.А. -М.: Изд-во МГУ, 1981. -240 с.

131. Металлические трубчатые сваи для многолетнемерзлых грунтов / А.И.Березняков, А.П.Попов, Н.В.Михаилов, А.Б.Осокин //Газовая промышленность.-1998.-№6. С. 54 - 55.

132. Метод контроля основных параметров геологической среды, влияющих на эксплуатационную надежность сооружения / А.П.Попов, Г.И.Грива, А.И.Березняков, Н.В.Михаилов // Проблемы освоения газовых месторождений Западной Сибири. Тюмень; 1995. - С.21-30

133. Методика мерзлотной съемки / Под ред. Кудрявцева В.А. М.: Изд-во МГУ, 1979. - 217 с.

134. Методические указания по прогнозированию осложнений при эксплуатации скважин в многолетнемерзлых породах / Истомин В.А., Дегтярев Б.В., Колу-шев Н.Р. и др. М.: ВНИИГАЗ, 1982. - 80 с.

135. Мильков Ф.Н. Рукотворные ландшафты. Москва: Мысль, 1978. - 86 е.;

136. Мильков Ф.Н. Человек и ландшафты: очерки антропогенного ландшаф-товедения. М: Мысль, 1973. -224 е.;

137. Минкин М.А. Математическое моделирование тепловых процессов при геокриологическом прогнозе // Геокриологический прогноз при строительном освоении территорий. М.: Наука, 1987. - С. 55-70.

138. Мкртычан Я.С., Семушкин О.Г., Чернобыльский А.Г. Определение давления на обсадную колонну при обратном промерзании многолетнемерзлых пород // Газовая промышленность. М.:1982. - №8. -С. 35-37.

139. Моисеев Н.Н. Экология, нравственность и политика // Вопросы филосо фии. М.:1989. -№5. -С.3-26.

140. Надымгазпром: геотехмониторинг в криолитозоне / Ремизов В.В., Кононов В.И., Демин В.М. Попов А.П. и др. М., ИРЦ Газпром, 2001. - 148 с.

141. Насонов И.Д., Федюкин В.А., Щуплик М.Н. Технология строительства подземных сооружений. М.: Недра, 1983. - 311 с.

142. Опыт строительства скважин в северных районах Коми АССР. Обзорн. инф. Сер. "Бурение"./ В.Ф.Буслаев, Б.Р.Сапгир, Н.С.Гаджиев и др. М: ВНИИОЭНГ, 1988. - 18 с.

143. Особенности проведения высокоточных температурных измерений в условиях распространения многолетнемерзлых пород / В.Н.Поляков,

144. Павлов А.В. Итоги Международной конференции "Мониторинг криосфе-ры". Криосфера Земли, № 1. Новосибирск: СО РАН, 2000. - С.44-52.

145. Павлов А.В. Расчет и регулирование мерзлотного режима почвы. Новосибирск: Наука, 1980. - 214 с.

146. Перльштейн Г.З. Вводно-тепловая мелиорация мерзлых пород на Северо-Востоке СССР. Новосибирск: Наука, 1979. - 304 с.

147. Пехович А.И. Основы гидроледотермики. Л.: Энегроатомиздат. Ле-нингр. отд-ние, 1983. -396 с.

148. Пехович А.И., Разговорова Е.Л., Перовская Е.П., Воронкова Э.М. Ледообразование и рост льда в замкнутых объемах под давлением. Л.: ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1975.- 62 с.

149. Плотников А.А. Расчет температурного режима вечномерзлых оснований // Энерг. стр-во. 1978. - № 8. - С. 70-73.

150. Повышение долговечности зданий при морозном воздействии. / М.М.Дубина, А.В.Ионов, А.А.Кашеваров, А.П.Малышкин. М.: Изд. МГУ, 1999. -171с.

151. Подоляко М.И. Динамика осевых нагрузок в элементах крепления скважины работающей в зоне мерзлоты // Бурение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. М.: ВНИИГАЗ, 1977. - С. 71-77.

152. Полозков А.В. и др. Методика учета геокриологических условий при выборе конструкций эксплуатационных скважин. -М.: ВНИИГАЗ, 2002.- 48 с.

153. Полозков А.В. Исследование условий работы скважины с термической изоляцией в зоне вечной мерзлоты: Дис. .канд. техн. наук. М.: МИНХиГП, 1976. - 197 с.

154. Полозков А.В. Об устойчивости колонны эксплуатационной скважины // Экспресс-информ. Сер. "Геология, бурение и разработка газовых месторождений". М.: ВНИИЭгазпром,1976. - Вып.5,- С. 26-29.

155. Полозков А.В., Магомедов М.З., Никитин В.Н. Строительство скважин в условиях Крайнего Севера. Обз. инф. М.: ВНИИгазпром, 1987. - 39 с.

156. Попов А.П. Возможности совместной обработки результатов ГИС при определении границ ММП // Тез. докл. XI науч.-практ. конф. "Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири". Тюмень: ТюменНИИГипрогаз, 1988.-С.15.

157. Попов А.П. Дистанционный метод контроля техногенного воздействия газопромысловых сооружений на мерзлые грунты оснований // Науч.-техн. конф." Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности": Тез. докл. М.МИНХиГП,1995.- С. 36-37.

158. Попов А.П. Математическое моделирование процесса теплового взаимодействия объектов газодобычи и многолетнемерзлых пород. Уфа, из-во УГНТУ,1996.-43 с.

159. Попов А.П. Совершенствование методов контроля и прогнозирования взаимодействия объектов газодобычи и многолетнемерзлых пород: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 1996. - 24 с.

160. Попов А.П. Совершенствование методов контроля и прогнозирования взаимодействия объектов газодобычи и многолетнемерзлых пород: Дис. .канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 1996. - 216 с.

161. Попов А.П. Технология принятия оптимального управленческого решения по обеспечению надежности оснований газопромысловых сооружений // Инф. сб. М.: ИРЦ Газпром, 1995. - № 7-8. - С.9-17.

162. Попов А.П. Экспериментальные и теоретические исследования процесса теплообмена между газовой скважиной и многолетнемерзлыми породами. Уфа, УГНТУ, 1996. -45 с.

163. Попов А.П., Смолов Г.К. Юрьев Ю.В. Анализ эффективности работы пассивной теплоизоляции эксплуатационных скважин БГКМ. // Труды молодых ученых и специалистов, посвященные 25-летию ДП "Надымгазпром". М: ИРЦ Газ пром, 1996. с.76-77.

164. Порхаев Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечно-мерзлыми грунтами. М.: Наука, 1970. - 208 с.

165. Проблемы устойчивости добывающих скважин месторождений полуострова Ямал / Березняков А.И., Грива Г.И., Попов А.П. и др. М.: ИРЦ Газпром, 1997. -159 с.

166. Прогнозная оценка теплового взаимодействия скважины с вмещающими породами / ВЛ.Истомин, В.В.Врачев, Н.Р.Колушев и др.// Особенности освоения газовых месторождений в сложных геокриологических условиях. М.: ВНИИГАЗ, 1987. - С.36-48.

167. Проселков Ю.М. Теплопередача в скважинах. -М.: Недра, 1975. 223 с.

168. Прочность и ползучесть мерзлых грунтов и расчеты льдогрунтовых ограждений / Вялов С.С. и др. М.: АН СССР, 1962. -225 с.

169. Пустовойт Г.П. Учет изменчивочти климата при обеспечении надежности оснований сооружений в криолитозоне. // Криосфера Земли. 1997. - ТОМ 1. - № 4.-С. 50-53.

170. Расчет прямого и обратного перемещения фронта фазовых переходов вокруг скважин, бурящихся в криолитозоне / В.А.Истомин, Б.В.Дегтярев, Н.Р.Колушев, А.З.Истомин // Изв. вузов. Сер. "Нефть и газ". 1982. - Вып. 8. -С. 19-24.

171. Ревзон A.JL Картографирование состояний геотехнических систем. М: Недра, 1992. -223 е.;

172. Регулирование температуры в стволе скважины в процессе бурения / Серпенский В.А., Рябченко В.И., Проселков Ю.М. и др. М.: ВНИИОЭНГ, 1972. -36 с.

173. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. -637 е.

174. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). Журнал "Россия Молодая". М.: 1994. - 367 с.

175. Рекомендации по конструкции опытных скважин на месторождении Медвежье с повышенной надежностью в зоне мерзлоты / Смирнов B.C., Дегтярев Б.В., Малеванский В.Л. и др. -М.: ВНИИГАЗ, 1973. 48 с.

176. Рекомендации по наблюдению за состоянием грунтов оснований и фундаментов зданий и сооружений, возведенных на вечномерзлых грунтах НИИОСП.- М.: Стройиздат, 1982. 65с.

177. Рекомендации по повышению эффективности проходки зоны вечной мерзлоты при бурении скважин на газовых месторождениях Якутии. / Г.ВЛрцимович, Г.Д. Бабе, Э.А.Бондарев, М.М.Дубина и др. Якутск, 1980.- 76 с.

178. Рекомендации по прогнозной оценке устойчивости инженерно-геокриологических условий промплощадок УКПГ-4, ДКС-1, ДКС-2 месторождения природного газа Медвежье. М.ВСЕГИНГЕО, 1986. - 124 с.

179. Рекомендации по прогнозу теплового состояния мерзлых грунтов / ПНИИС. М.: Стройиздат, 1989. - 124 с.247 .Рекомендации по проектированию и применению в строительстве охлаждающих установок, работающих без энергетических затрат. М.: НИИОСП, 1984. -84 с.

180. Рекомендации по производству инженерно-геологической съемки при инженерных изысканиях для строительства. М.: Стройиздат, 1972. - 47 с.

181. Реликтовые мерзлые породы на северо-востоке Европейской части СССР / В.В.Баулин, И.Ю.Быков, П.Б.Садчиков, В.В.Соловьев и др. // Доклады АН СССР.- 1978. том 214.- № 2. - С. 430-433.

182. Ретеюм А.Ю., Долгушин И.Ю. Геотехнические системы // Природа, техника, геотехнические системы. -М.: 1978. -IS с.

183. Решетников Л. Н., Жильцов Ю. М., Ильский О. Г. Метод предупреждения приустьевых перемещений грунта на скважинах. // Сер.: Геология, бурение и разработка газовых месторождений. Экспресс информ. - М.: ВНИИЭГазпром, 1980. -№2.- С. 8 - И.

184. Ржевский В.В., Добрецов В.Б. Физические свойства горных пород и процессы при отрицательных температурах. М.: Моск. горн, ин-т, 1969.- 126 с.

185. Роберте Дж. Теплота и термодинамика. Л. : Изд-во техн. - теорет. лит., 1950. - 592 с.

186. Родзинский М.Д. Применение оценок устойчивости геосистем к нормам антропогенного воздействия // Природа, техника, техногенные системы.- М., 1978, с. 43-54.

187. Роман Л.Т. Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений. Н.: Наука, 1987. - 224 с.

188. Роман Л.Т. Научные основы оценки мерзлых торфяных грунтов как оснований сооружений. Новосибирск: Наука, 1981. - 136 с.

189. Руководство по инженерным изысканиям для строительства. М.: Стройиздат, 1979. - 144 с.

190. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечно-мерзлых грунтах / НИИОСП. М.: Стройиздат, 1980. -34 с.

191. Руководство по устройству свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах с предварительным охлаждением оснований. М.: Стройиздат, 1979. -42 с.

192. Савельев Б.А. Методы изучения мерзлых пород и льдов. -М: Недра, 1985. -320 с.

193. Савельев Б.А. Физико-химическая механика мерзлых пород. -М.: Недра, 1989.-211 с.

194. Садчиков П.В., Танкаев Р.И. Проблемы эксплуатации скважин в зоне вечной мерзлоты // Нефтепром. дело: Обзор, информ. М.: ВНИИОЭНГ, 1978. - 59 с.

195. Салтыков Н.И., Основания и фундаменты в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. М.: Из-во АН СССР, 1959.

196. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971. -219 с.;

197. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 589 е.;

198. Сароян А.Е. Трубы нефтяного сортамента: Справочное руководство. -М.: Недра, 1976. 507 с.

199. Сахаров А.С. и др. Метод конечных элементов в механике твердых тел. -Киев: Вища школа, 1982.- 480 с.

200. Смирнов B.C., Стрюков А.Я., Давыдов А.И. Результаты испытания изоляционных материалов на лифтовых теплоизолированных трубах // Бурение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. М., ВНИИГАЗ, 1977. -С. 269-272.

201. Смит Р.Е., Клегг М.У. Анализ и проектирование эксплуатационных скважин при большой мощности толщи вечной мерзлоты // Препринт. М.: ВНИИОЭНГ, 1971.-23 с.

202. Смолов Г.К. Современные методы прогноза теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми породами // Повышение эффективности освоения газовых месторождений крайнего Севера. Под ред. Р.И. Вяхирева. М.: Наука, 1997. - С.422-429

203. Совершенствование систем разработки, добычи и подготовки газа на месторождениях Крайнего Севера / О.М. Ермилов, Л.С.Чугунов, В.В. Ремизов, А.ПЛопов и др. Под ред. проф. Р.И. Вяхирева. М.: Наука, 1996. - 415 с.

204. Солнцев В.Н. Системная организация ландшафтов. -М.: Наука, 1981, с.239.

205. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. Новосибирск: Наука, 1978,-319 с.

206. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах / Под ред. Ю.Я.Велли. Л.: Стройиздат, 1977. - 551 с.

207. Справочник по теплообменникам. Том 1. М. : Энергоатомиздат, 1987. - 562 с.

208. Справочник по теплообменникам. Том 2. М. : Энергоатомиздат, 1987. -352 с.

209. Стригоцкий С.В. Исследование причин осложнений в скважинах, вышедших из бурения в районах Крайнего Севера // Бурение и крепление нефтяных скважин в многолетнемерзлых породах Западной Сибири. Тюмень, СибНИИНП, 1980. - С.89 - 108.

210. Стригоцкий С.В. Основы управления качеством строительства скважин в многолетнемерзлых породах. Москва: ВНИИОЭНГ, 1991. - 180 с.

211. Стрюков А.Я. Особенности конструкции и сооружения скважины 110 Ю.Соленинское газоконденсатное месторождение // Бурение и эксплуатация скважин в зоне мерзлоты. М., ВНИИГАЗ, 1981. - С.148-157.

212. Сушон Л.Я., Емельянов П.В. Опыт проводки наклонных скважин в условиях многолетнемерзлых пород // Бурение и крепление нефтяных скважин в многолетнемерзлых породах Западной Сибири. Тюмень, 1980. - С.49-66.

213. Тепловое взаимодействие газовых добывающих скважин с многолетне-мерзлыми породами. / А.И.Березняков, А.П.Попов, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Материалы Первой конференции геокриологов России.- М., МГУ, 1996. С.114-124.

214. Тепловое взаимодействие скважин месторождений углеводородного сырья с многолетнемерзлыми породами и проблемы обеспечения надежности их эксплуатации (на примере Бованенковского месторождения) / А.П.Попов,

215. А.И.Березняков, А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Материалы первойконференции геокриологов России, МГУ, 1996, с. 114-124.

216. Тепловое и механическое взаимодействие инженерных сооружений с мерзлыми грунтами. / М.М.Дубина, Б.А.Красовицкий, А.С.Лозовский, Ф.С.Попов Новосибирск: Наука, 1977. -144 с.

217. Теплофизика промерзающих и протаивающих грунтов. / Г.В.Порхаев, Г.М.Фельдман, Д.И.Федорович, И.В.Шейкин, И.Е.Духин, В.К.Щелоков, Ю.Л.Шур, С.М.Филипповский, М.: Наука, 1964, -198 с.

218. Термосваи в строительстве на Севере / С.С.Вялов, Ю.А.Александров, С.Э.Городецкий и др. Под ред. С.С.Вялова.- Л.: Стройиздат. Ленинградское отделение, 1984.- 148 с.

219. Технология бурения скважин в многолетнемерзлых породах Западной Сибири / В.А.Просолов, П.Н.Григорьев, М.С.Мельцер и др. // Бурение и крепление нефтяных скважин в многолетнемерзлых породах Западной Сибири. Тюмень: ТюменНИИГипрогаз, 1980. - С. 89-108.

220. Толстихин О.Н., Трофимцев Ю.И. Экологический менеджемент. Новосибирск: Наука, 1998. - 216 с.

221. Трофимов В.Т. Закономерности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий Западно-Сибирской плиты. М.: МГУ, 1977. 280 с.

222. Трофимов В.Т., Баду Ю.Б., Дубиков Г.И. Криогенное строение и льди-стость многолетнемерзлых пород Западно-Сибирской плиты. М.: МГУ, 1980. -246 с.

223. Трупак Н.Г. Замораживание грунтов в подземном строительстве. -М.: Недра, 1974. 256 с.

224. Уиллитс К.Л., Линдсей У.К. Заканчивание скважин на месторождениях Прадко-Бей//Инженер-нефтяник. 1976. - февраль. - С.18-22.

225. Устойчивость техногенных сооружений Забайкальского севера / Железняк М.Н. и др.- Новосибирск: Наука, 1988.- 168 с.

226. О.Федотов В.И. Классификация техногенных ландшафтов // Прикладные аспекты изучения современных ландшафтов. Воронеж, 1982. - С.73-91;

227. Федотов В.И. Техногенные ландшафты: теория, региональные структуры, практика. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1985. 192 с.

228. Фельдман Г.М и др. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии. -Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1988. 240 с.

229. З.Фельдман Г.М. Методы расчета температурного режима мерзлых грунтов. -М.: Наука, 1973.- 254 с.

230. Фундаменты сооружений на мерзлых грунтах в Якутии / К.Ф.Войтковский, П.И.Мельников, Г.В.Порхаев, и др. Н.:Наука, 1968. - 198 е.;

231. Фундаменты электростанции на вечной мерзлоте. / Н.А.Цытович, Н.И.Салтыков, В.Ф. Жуков, П.И. Мельников. М.: из-во АН СССР, 1947. - 104 с.

232. Характеристика осложнений на газовых скважинах /О.Ф.Андреев, В.С.Смирнов, A.M. Глебовский и др. // В сб. Бурение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. -М.: ВНИИГаз, 1977. С. 12-18.

233. Хрусталев J1.H. , Емельянова J1.B. Расчеты теплового взаимодействия инженерных сооружений с многолетнемерзлыми породами. М.: Изд-во МГУ, 1992. - 28 с.

234. Хрусталев J1.H. Приложение теории надежности к задачам инженерной геокриологии. // Криосфера Земли. 1997. - Том 1. -№ 2. - С.12-17.

235. Хрусталев J1.H. Проблемы инженерной геокриологии на рубеже XXI века. // Криосфера Земли. 2000. - Том 4. - № 1. - С. 3-10.

236. Хрусталев J1.H. Температурный режим вечномерзлых грунтов на застроенной территории. М.: Наука. 1971. - 168 с.

237. Хрусталев J1.H., Пустовойт Г.П., Вероятностно-статистические расчеты оснований зданий в криолитозоне. Н., Наука, 1988. -254 с.

238. Худяков О.Ф., Смирнов B.C., Глебовский A.M. Оценка возможности смятия колонн по температурным факторам // Бурение и эксплуатация газовых скважин в районах Крайнего Севера. М.: ВНИИГАЗ, 1977. - С. 42-47

239. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. -М.гВысш.шк., 1973. -448 с.

240. Чабан П.Д., Гольтман В.Г. Влияние геокриологических условий на производство горных работ на Северо-востоке СССР // Доклады и сообщения II Международной конференции по мерзлотоведению. Якутск, 1973.- вып. 7.- С. 113119.

241. Чернядьев В.П. Исследование динамики сезонного и многолетнего про-мерзания-протаивания в условиях Западной Сибири // Тр. ПНИИС; Т.1. М.: Стройиздат, 1970, С. 6-81.

242. Численный расчет протаивания мерзлой толщи вокруг эксплуатируемой скважины / Г.МЛбасов, Т.АЛдамов, М.Г.Алишаев и др. // Особенности освоения газовых месторождений в сложных геокриологических условиях. М.: ВНИИГАЗ, 1987. - С.48-58.

243. Шохин В.Ф., Шевалдин И.Б. Особенности конструкций газовых скважин // Тр. Гипротюменнефтегаз. Тюмень,1968. - Вып. 6. - С. 81-96.

244. Щербань А.Н., Черняк В.П., Прогноз и регулирование теплового режима при бурении глубоких скважин. М.: Недра, 1974. 231 с.

245. Энциклопедия газовой промышленности / Под редакцией В.А. Тимофеева. М.: Изд-во АО "ГВАМТ", 1994. - 884 с.

246. Янекко Н.Н. Метод дробных шагов для решения задач математической физики. Новосибирск: Наука, 1967. - 283 с.

247. Патент Р.Ф. № 2157872 от 26.12.96 г. Конструкция насыпного охлаждаемого основания сооружений и способ стабилизации многолетнемерзлых грунтов. / ЮЛ.Ширихин, Р.Р.Гумеров, А.И. Березняков, Н.В.Михайлов, АЛПопов, А.Б.Осокин 1996. - бюл.№ 23

248. Патент РФ № 2209934 Способ стабилизации системы скважина-породы в криолитозоне / М.М.Дубина, А.П.Попов, В.Ф.Штоль опубл. 10.08.03.-бюл. № 22.

249. Патент РФ № 2126887. Способ определения коэффициента теплоотдачи эксплуатационной скважины. / А.П.Попов, А.И.Березняков, Г.К.Смолов,

250. A.Б.Осокин. 24.03.97. - бюл. № 12

251. Патент РФ № 2170335. Способ определения оптимального режима эксплуатации скважины в многолетнемерзлых породах / Г.К.Смолов, А.И.Березняков,

252. B.И.Кононов, А.П.Попов, А.Б.Осокин, Л.С.Забелина, Г.В.Олиневич, З.С.Салихов. -13.04.99.

253. Патент РФ № 2157882. Способ определения размеров и конфигурации зоны оттаивания многолетнемерзлых пород в приустьевой зоне скважины, авторы: Г.К.Смолов, А.П.Попов, А.И.Березняков, В.И.Кононов, Облеков ГЛ., Осокин А.Б., Олиневич Г.В. 02.11.98.

254. Патент РФ № 2159308. Способ повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне. / А .П .Попов, А.И.Березняков, В.И.Кононов, Л.С.Забелина, Г.К.Смолов, А.Б.Осокин, Л.Н.Решетников. 10.03.99.

255. Патент РФ № 2158353. Способ стабилизации теплового состояния устьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах. / Г.К.Смолов, А Л.Попов,

256. B.И.Кононов, С.С.Фесенко, Ю.Г.Тер-Саакян. 16.02.98.

257. Патент РФ № 2170336. Способ эксплуатации скважины в многолетнемерзлых породах. / Г.К.Смолов, А.П.Попов, А.И.Березняков, В.И.Кононов, Л.С.Забелина, А.Б.Осокин. 28.06.99.

258. Дообустройство Медвежьего газового промысла для поддержания постоянной добычи газа на уровне 72 млрд. м куб./год в 12-й пятилетке: Техн. отчет об инженерных изысканиях площадки УКПГ-2. Донецк: Фонды ЮжНИИГИПРО-Газа, 1987.-312 с.

259. Дообустройство Медвежьего газового промысла для поддержания постоянной добычи газа на уровне 72 млрд. м куб./год в 12-й пятилетке: Техн. отчет об инженерных изысканиях площадки ДКС-9. Донецк: Фонды ЮжНИИГИ-ПРОГаза, 1987.- 190 с.

260. Дообустройство Медвежьего газового промысла для поддержания постоянной добычи газа на уровне 72 млрд. м куб./год в 12-й пятилетке: Техн. отчет об инженерных изысканиях площадки УКПГ-9 (реконструкция). Донецк: Фонды ЮжНИИГИПРОГаза з, 1988. - 205 с.

261. Дообустройство Медвежьего газового промысла для поддержания постоянной добычи газа на уровне 72 млрд. м куб./год в 12-й пятилетке: Техн. отчет об инженерных изысканиях площадки ДКС-2. Донецк: Фонды ЮжНИИГИПРОГаза, 1986. - 174 с.

262. Дообустройство Медвежьего газового промысла для поддержания постоянной добычи газа на уровне 72 млрд. м куб./год в 12-й пятилетке: Техн. отчет об инженерных изысканиях площадки УКПГ-4 (реконструкция). Донецк: Фонды ЮжНИИГИПРОГаза, 1986. - 189 с.

263. Дообустройство Медвежьего газового промысла для поддержания постоянной добычи газа на уровне 72 млрд. м куб./год в 12-й пятилетке: Техн. отчет об инженерных изысканиях площадки УКПГ-5 (реконструкция). Донецк: Фонды ЮжНИИГИПРОГаза, 1987. - 157 с.

264. Инженерно-геокриологический мониторинг на Медвежьем месторождении (площадкаи ДКС 4, ДКС - 5, ДКС - 6). - М.: Фонды ЮжНИИГипрогаза 1993. -167 с.

265. Инженерно-геологический мониторинг газопромысловых сооружений месторождения Медвежье: Науч.-техн. отчет / А.П.Попов, А.Б. Осо-кин и др. Надым : Фонды Научно-технологического центра "Надымгазпром", 1994. - 256 с.

266. Исследование надежности конструкций скважин при тепловом воздействии на пласт и в зоне вечной мерзлоты: Отчет по НИР / П.Б. Садчиков и др. М.: Фонды ВНИПИНЕФТЬ, 1978. - 117с.

267. Исследование процессов твердения тампонажных материалов в условиях вечной мерзлоты и их влияния на процесс растепления. Отчет по НИР / И.Ф. Толстых и др.- М.: Фонды МИНХиГП, 1980. 59 с.

268. Мерзлотно-геологические исследования района расположения основных объектов обустройства Юбилейного ГМ с целью выбора площадки ДКС" Отчет по НИР / А.Б.Осокин, СЛО.Пармузин, О.В.Сергиенко, А.П.Попов Надым: фонды НТЦ Надымгазпром, 1996. - 72 с.

269. Научное обоснование метода устройства фундаментов с прогнозом изменения мерзлотных условий и деформационных характеристик грунтов в процессе строительства и эксплуатации УКПГ Юбилейного ГМ. Отчет по НИР /

270. А.А.Колесов, А.В.Сиванбаев, М.А.Минкин и др. М.: Фонды ГПИИ

271. Фундаментпроект, 1994. 87 с.

272. Научно-техническое сопровождение стендовых и промысловых испыта ний лифтовых теплоизолированных труб различных типов ("Электра" Канады, 03 ВНИИГаза, АО "Криогенмаш" и др.). Отчет по теме 118.04.01 / B.C. Смирнов и др.- М.: Фонды ВНИИГаз, 1996. 33с.

273. Обобщение отечественного и зарубежного опыта бурения и эксплуатации скважин в вечной мерзлоте: Отчет по НИР / Б.Л.Сапгир, И.Ю. Быков и др. Ухта, Фонды ПечерНИПИНЕФТЬ, 1976. - 226 с.

274. Практический опыт строительства оснований зданий и сооружений в условиях ВМГ. Отчет по НИР/ Г.М.Долгих, Ю.О.Кинцлер, С.Н.Окунев Тюмень, Фонды ООО "Фундаментстройаркос", 2002. - 155 с.

275. Провести анализ конструкций газовых скважин в СССР и за рубежом в зоне залегания многолетней мерзлоты и разработать мероприятия по повышению их надежности: Отчет по НИР / С.В. Строгицкий и др. Тюмень, Фонды Гипро-тюменьнефтегаз, 1974. - 115 с.

276. Разработка принципиальных технических решений по устройству оснований и фундаментов наружных газовых обвязок ДКС 1,3,4,5,6,8,9 месторождения Медвежье. Отчет по НИР - М.: Фонды ВНИИОСП, 1991.- 134 с.

277. Методические основы для расчета экономии от использовании изобретений, промышленных образцов, полезных моделей и рационализаторских предложений, утверждены 22.06.99 г. Заместителем Председателя правления ОАО "Газпром" Ремизовым В.В.

278. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (Вторая редакция, исправленная и дополненная), утв. Минэкономики РФ, Минфином РФ и Госстроем РФ от 21 июня 1999 г. № ВК 477). 274 с.

279. Методические указания по проведению анализа и оценки технического уровня строительства нефтяных и газовых скважин: Руководящий документ (проект). М.: ВНИИБТ, 1982. - 92 с.

280. Методические указания по прогнозированию осложнений при эксплуатации скважин в многолетнемерзлых породах / П.В.Садчиков, И.Ю.Быков. М.: ВНИИНЕФТЬ, ПечерНИПИНЕФТЬ, 1982. - 80 с.

281. Методическое руководство по прогнозированию теплового и механического взаимодействия скважин с мерзлыми породами / Андреев О.Ф., Врачев В.В., Истомин В.А. и др. М., ВНИИГАЗ, 1987. - 96 с.

282. Регламент по выбору конструкций и технологии крепления скважин, рас-читенных на длительную эксплуатацию в условиях Бованенковского ГКМ. Тюмень: ТюменНИИгипрогаз, 1992. - 103с.

283. Регламент по креплению приустьевой части скважин в интервале мерзлых пород с высокой льдистостью. Тюмень: ТюменНИИГипрогаз, 2003. -48 с.

284. РСН 31-83. Нормы производства инженерно-геологических изысканий для строительства на вечномерзлых грунтах. М.: Госстрой РСФСР, 1993. - 25 с.

285. РСН 67-87. Инженерные изыскания для строительства. Составление прогноза изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами.- М.: Госстрой РСФСР, 1987.- 42 с.

286. СНиП 1.02.07-87 Инженерные изыскания для строительства / Госстрой СССР, ГУГК СССР, М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.-104 с.

287. СНиП 11-18-76 Часть 2. Нормы проектирования. Глава 18. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Москва, Стройиздат, 1977.

288. СниП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М., Госстрой СССР, 1990,52 с.

289. Perkins Т. К., Rochan J.A., Knowles C.R. Studies of Pressures Generated upon Refreesing of Thawed Permafrost Around Wellbore.- Trans. ASME, JPT, Ost. 1974.- Vol. 257.- P. 1159-1166.

290. Calter John D. Use of thermal insulating fluids in wells. Continental Oil Co. Пат. США, кл. 166-302,/Е 21 В43/00, Е 21 В 43/24 /, № 3699026, заявл. 27.03.74, опубл. 12.08.75

291. Dubina М.М. Pressure in Relation to Freezing of Watercontaining Masses in a Confined Space. Permafrost. Vol. 2.- Trondheim, Norway, Tapir Publishers/- 1988.- P. 1372-1376.

292. Goodman M.A. Arctic well completion series (7 parts of publications). -World Oil: 1977-1978; v.185-186; №5-5.

293. Goodman M.A. How permafrost thaw/freeze creates wellbore loading // World Oil, 1977, October, p. 107.

294. Goodman M.A., Wood D.B. A Mechanical Model for Permafrost Freese -Back Pressure Behavior. SPEJ. Vol. 15 - N 4,1975. P. 287-301.

295. Merriam R. and oth. Insulated hot oil-producing wells in permafrost. J. Petrol. Technol., 1975, III, vol 24, March, p. 357-365

296. Mitchel R.F., Goodman M.A. Permafrost thaw-subsidence casing design // J. Petrol. Technol. 1975, vol. 15, №4, pp. 287-301.

297. Perkins Т. K., Rochan J.A., Knowles C.R. Studies of Pressures Generated upon Refreesing of Thawed Permafrost Around Wellbore.- Trans. ASME, JPT, Ost. 1974.- Vol. 257.- P. 1159-1166.

298. Ruedrich R.A., Perkins Т. K., Rochan J.A., Chrisman S.A. Casing strain re-sultinng from thewing of Prudhoe Bay permafrost // J. Petrol. Technol. 1978, vol. 71, №3, pp. 468-474.

299. Научно-технический центр ООО "Надымгазпром" Институт криосферы Земли Тюменского Научного Центра СО РАН Институт геологии и геоинформатики Тюменского государственногонефтегазового университета1. На правах рукописи1. Попов Александр Петрович

300. УПРАВЛЕНИЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ ГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА В КРИОЛИТОЗОНЕ. ПРОГНОЗ СОСТОЯНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ.

301. Специальность 25.00.36 Геоэкология

302. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Информация о работе

Попов, Александр Петрович
доктора технических наук
Тюмень, 2005
ВАК 25.00.36

Диссертация

Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы