CC BY
64
УДК 624.151.2; 624.139.34
КОНюХОВ Александр Владимирович,
кандидат технических наук, доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа института нефти и газа Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Автор 120 научных публикаций, в т. ч. 60 патентов на изобретение
АМБАРОВ Валерий Вячеславович, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа института нефти и газа Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Автор 6 научных публикаций
ВОЗВЕДЕНИЕ В АРКТИЧЕСКИХ РЕГИОНАХ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
В статье обсуждаются результаты многолетних исследований, позволяющие совершенствовать технологии строительства оснований и фундаментов транспортных объектов в сложных геокриологических условиях прибрежной зоны арктических морей путем разработки новых технических решений в области возведения грунтовых оснований из местных обводненных пылеватых грунтов.
Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, обводненные пылеватые грунты, основания, фундаменты под нефтегазопромысловые объекты.
Наличие в районах Заполярья резких колебаний температур наружного воздуха, мозаичного распространения в районах нефтегазового освоения многолетнемерзлых, пылеватых, засоленых и сильнодеформируемых при промерзании-оттаивании грунтов, применение для «легких», нефтегазотранспортных сооружений традиционных технологий возведения оснований и фундаментов, в совокупности, приводят к резкому росту затрат, неравномерным осадкам, разрушениям и авариям на объектах. Для оптимизации затрат, обеспечения безопасности эксплуатации нефтетранспортных сооружений в арктических регионах необходимо совершенствовать, разрабатывать новые конструкции,
© Конюхов А.В., Амбаров В.В., 2012
технологии возведения оснований и фундаментов для промысловых сооружений на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) совершенствовать действующие нормативные требования и ограничения по проектированию их в зонах распространения засоленых, высокотемпературных ММГ [1-3].
С учетом специфических природно-климатических, технологических факторов, влияющих на обеспечение промышленно-экологической безопасности в осваиваемом районе, применительно к районам Крайнего Севера необходимо разрабатывать новые решения, мероприятия по снижению воздействий на нефтегазопромысловые сооружения температур-
ных деформаций, повышению надежности, продолжительности эксплуатации в сложных природно-климатических условиях. Под нефтегазопромысловыми сооружениями понимается следующий комплекс объектов: дороги, нефтегазопроводы, насосные и компрессорные станции, узлы подготовки нефти, терминалы, линии электропередач (ЛЭП), взлетно-посадочные полосы, промышленное обустройство нижних морских террас и другие.
Тема качественного возведения в Арктических регионах оснований и фундаментов для нефтегазопромысловых сооружений с продленными сроками эксплуатации актуальна из-за резкого роста добычи нефти и газа, особенно на севере Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции и на полуострове Ямал. В настоящее время только в Ненецком автономном округе ежегодно добывается более 15 млн т нефти [5]. Разведанные запасы позволяют осуществлять разработку месторождений свыше 50 лет и довести добычу нефти до 25-30 млн т в год. На 1 января 2012 года в округе разведано 83 месторождения. Нефть добывается из более 30 месторождений. Темпы развития нефтедобывающей промышленности в НАО во многом определяются имеющейся и планируемой к вводу транспортной системой.
Строительство сооружений в Арктике производится на сильнообводненных, пылеватых и деформируемых при промерзании и оттаивании грунтах. При этом необходимо учитывать мозаичное расположение слитых и неслитых вечномерзлых грунтов и, в том числе, высокотемпературных грунтов, что характерно для НАО. Для возведения грунтовых оснований в сложных геокриологических и гидрогеологических условиях используются многочисленные различные подходы, например, упрочнение пылеватых, влажных, сильнодеформирован-ных грунтов обоймами из синтетических материалов, традиционными дорогостоящими вяжущими (известь, цемент, битум), а так же применение доставленных из других регионов крупнозернистых и обломочных материалов. Но, как показала практика, возведение осно-
ваний из местных некачественных по строительным требованиям [1, 2, 3, 4] карьеров для нефтегазовых сооружений приводит к ограниченным срокам безаварийной эксплуатации, и соответственно к многочисленным текущим ремонтам и капитальным вложениям.
По результатам многочисленных исследований нами были разработаны, запатентованы и поданы заявки на изобретения, предусматривающие возведение дорог, технологических площадок (отсыпок, насыпей) на обводненных сильнодеформируемых осваиваемых участках [6, 7, 8]. Так, например, дорожная конструкция [6] включает дорожную одежду с подстилающим слоем и земляное полотно, упрочненное вяжущим и гидроизолирующей обоймой. Нижняя часть обоймы имеет уклоны от откосов к оси земляного полотна, зазор для стока воды из земляного полотна в подстилающий дренирующий слой, отличающаяся тем, что гидроизолирующая обойма и дренирующий слой выполнены из грунта, упрочненного вяжущим материалом (нефтью). Верхняя часть обоймы расположена непосредственно под дорожной одеждой и является для нее подстилающим слоем.
Способ проведения ремонта участков дороги из пылеватых, обводненных грунтов [7] включает укрепление грунтов «тяжелой» нефтью, отличающийся тем, что с целью снижения затрат на ремонт щебеночной подготовки, дорожного покрытия, в грунтах насыпи бурят скважины глубиной 0,7-1,2 м или на глубину сезонного промерзания. Затем заполняют их под избыточным давлением разогретой, высо-коковязкой нефтью и восстанавливают щебеночную подготовку, дорожное покрытие.
Способ строительства грунтового сооружения на обводненном участке [8] состоит из возведения водопропускной системы из грунта, упрочненного нефтью. Послойную отсыпку основной части сооружения, устройство на его поверхности подстилающего слоя и покрытия, отличающийся тем, что при ограниченных напорах поверхностных вод на сооружение в составе водопропускной системы возводят го-
ризонтальные водоупорные и фильтрующие валики высотой 0,3—0,5 м, а затем послойно отсыпают основную часть сооружения. Но при значительных напорах поверхностных вод на сооружение одновременно с послойной его отсыпкой возводят вертикальные водоупорные и фильтрующие диафрагмы водопропускной системы.
Данные технические решения позволяют использовать близко расположенные к возводимым сооружениям пылеватые грунты [9], что приводит к минимизации транспортных затрат. Способ [9] включает нагрев грунта и нефти, их перемешивание, послойную укладку и уплотнение смеси, отличающийся тем, что после перемешивания грунта и нефти вводят водную суспензию бактериальных культур, поддерживают их жизнедеятельность и с помощью бактериальных культур удаляют легкие фракции нефти. Затем производят дополнительный нагрев смеси, а затем осуществляют ее послойную укладку и уплотнение, тем самым повышая прочность объектов.
Между грунтовыми основаниями и нефтегазовыми сооружениями, как правило, используются промежуточные элементы - фундаменты. При рассмотрении различных типов фундаментов для нефтегазопромысловых сооружений нами исследована возможность применения фундаментов поверхностного типа
(плитных фундаментов). Изобретение [10] относится к возведению фундаментов на вечномерзлых грунтах. Фундамент включает полый опорный блок, выполненный из железобетона, и парожидкостные термосифоны, состоящие из горизонтальных испарителей, установленных на внутренней поверхности нижней стенки блока, и конденсаторов, установленных на внутренней поверхности верхней стенки блока. Конденсатор и испаритель каждого термосифона соединены между собой трубами, размещенными на внутренней поверхности боковых стенок, а также дополнительной трубой, расположенной по вертикальной оси симметрии термосифона. Конденсатор каждого термосифона выполнен с уклоном к дополнительной трубе. Между конденсаторами и испарителями термосифонов размещен теплоизолирующий вкладыш.
Результаты полученных нами исследований позволяют сделать вывод о необходимости применения новых технических решений в области возведения грунтовых оснований и фундаментов, исключающих применение дорогостоящих строительных материалов, негативное воздействие на нефтегазопромысловые сооружения температурных деформаций ММГ, а так же повышающих надежность, продолжительность эксплуатации в сложных природноклиматических условиях Крайнего Севера.
Список литературы
1. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М., 1990.
2. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М., 1996.
3. КонюховА.В. Инженерные изыскания и оптимизация прокладки нефтепроводов на вечномерзлых грунтах. Архангельск, 2002.
4. ХудяковаА.А. Совершенствование строительства нефтепроводов в северных регионах (на примере НАО): автореф. дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2010.
6. Пат. № 2312181 (РФ), МПК E01C 3/06. Дорожная конструкция / А.В. Конюхов, А.В. Калашников, А.А. Копалин Опубл. 10.12.2007. Бюл. №34.
7. Заявка № 2011100765/03 Приор.12.01.2011 (РФ), МПК Е01С 3/04, 7/24, 7/36, 23/06, E02D 31/14. Способ проведения ремонта участков дороги из пылеватых и обводненных грунтов / А.В. Конюхов, В.В. Амбаров, Д.А. Конюхов, А.А. Копалин.
8. Заявка № 2011119464 (РФ). Приор. 13.05.11. МПК Е01С 3/04, 3/06, 7/36; E02D 3/12. Способ строительства грунтового сооружения на обводненном участке / А.В. Конюхов, Д.В. Бурков, Д.А. Конюхов, И.А. Усачев, С.А. Посметьев.
9. Пат. № 2135680 (РФ), МПК E01C3/04, E01C7/36, E02D3/12, C12S1/00. Способ укрепления грунтов / А.В. Конюхов, А.Ю. Лукин, Д.А. Конюхов. Опубл. 27.08.1999 Бюл. №16.
10. Авт. св. № 1723859 А2 (СССР), e02D 27/35. Фундамент на вечномерзлых грунтах / А.В. Конюхов, B.C. Войтенко, В.А.Тимофеев, В.И. Раковский, А.Б. Фёдоров.
Konyukhov Alexander Vladimirovich
Northern (Arctic) Federal University named after M.V Lomonosov,
Institute of Oil and Gas
Ambarov Valery Vyacheslavovich
Northern (Arctic) Federal University named after M.V Lomonosov,
Institute of Oil and Gas
CONSTRUCTION OF BASES AND FOUNDATION BEDS OF OIL-AND-GAS INSTALLATIONS IN THE ARCTIC REGIONS
The article covers the results of years of research allowing to improve construction techniques for bases and foundation beds of transport facilities under harsh geocryological conditions of the Arctic seas coastal area by developing new technical solutions in the construction of bases from local pulverescent watered grounds.
Key words: permafrost grounds, pulverescent watered grounds, bases, foundation beds of oil-and-gas facilities.
Контактная информация Конюхов Александр Владимирович e-mail: a.konyukhov@narfu.ru Амбаров Валерий Вячеславович
e-mail: ambar777@yandex.ru
Рецензент - Коптяев В.В., кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов института строительства и архитектуры Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова
