CC BY
1УДК 622.692
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-264-267
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СКВАЖИННОЙ ГИДРОТЕХНОЛОГИИ В РАЙОНАХ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА В КРИОЛИТОЗОНЕ
Кузьмин Г.П., Куваев В.А.
Институт мерзлотоведения СО РАН имени П.И Мельникова, г. Якутск E-mail: eametlaeva@mpi.ysn.ru
Аннотация. Отмечается высокий уровень разработанности технологии скважинной гидроразработки многолетнемерзлых дисперсных грунтов для добычи россыпных полезных ископаемых и строительства подземных резервуаров для хранения жидких углеводородов. Показана возможность расширения области применения подземных резервуаров на территории добычи и переработки углеводородов, что приведет к дополнительному повышению эффективности технологии. Выявлена необходимость разработки методики расчета устойчивых параметров подземных резервуаров, создаваемых в массиве многолетнемерзлых грунтов. Показано распространение размываемых водой дисперсных отложений в криолитозоне.
Ключевые слова: криолитозона, подземное пространство, скважинная гидроразработка, подземные резервуары, устойчивость.
В настоящее время находит все более широкое применение технология скважинной гидроразработки многолетнемерзлых дисперсных грунтов для добычи полезных ископаемых и создания подземных резервуаров различного назначения.
Физико-механические свойства вмещающих подземные резервуары многолетнемерзлых грунтов, определяющие возможность строительства в них подземных безнапорных хранилищ жидких углеводородов, обусловлены их составом, строением и тепловым состоянием. Возможность строительства подземных хранилищ зависит, очевидно, и от мощности размываемых водой отложений.
Большой объем лабораторных и натурных исследований, выполненных различными научными учреждениями, позволил установить эффективность и безопасность скважинной гидротехнологии при добыче полезных ископаемых и строительстве подземных хранилищ жидких углеводородов с минимальным нарушением окружающей среды. Еще более высокая эффективность технологии в местах добычи и переработки нефти и газа в криолитозоне может быть достигнута при использовании добываемых грунтовых материалов для строительных целей и образующихся при этом подземных полостей для хранения не только жидких углеводородов, производственных и бытовых отходов, но и хранения технической и питьевой волы, а также для создания подземных аккумуляторов-охладителей.
Средства для скважинной гидротехнологии для ведения работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов разработаны и совершенствуются.
При строительстве подземных резервуаров необходимо учитывать все особые свойства многолетнемерзлых грунтов, обусловленные их составом и количественным соотношением компонентов.
Возможность и эффективность использования подземного пространства криолитозоны на основе применения скважинной гидротехнологии зависит от распространения и мощности размываемых водой мерзлых грунтов, пригодных по устойчивости и проницаемости.
Цель работы - показать необходимость расширения области использования подземных резервуаров и проведения дальнейших исследований, направленных на решение задач обеспечения устойчивости их в отложениях многолетнемерзлых грунтов, а также оценить распространение этих отложений в криолитозоне России.
Скважинная гидротехнология достаточно разработана и испытана в различных районах распространения многолетнемерзлых грунтов при добыче россыпных полезных ископаемых и создании подземных резервуаров для хранения газового конденсата и дизельного топлива.
По различным вопросам скважинной гидротехнологии опубликовано большое количество работ, которые в значительной мере обобщены в монографии [1]. Проведенными исследованиями и испытаниями в различных натурных условиях доказана перспективность скважинной гидроразработки многолетнемерзлых грунтов. Однако, отсутствие методики определения параметров подземных резервуаров, обеспечивающих их устойчивость, является сдерживающим фактором. Многолетнемерзлые грунты вследствие содержания льда и незамерзшей воды обладают явно выраженными реологическими свойствами. Текучесть мерзлых грунтов ограничивает пролет и высоту подземных резервуаров, определяемых по их длительным механическим характеристикам.
В работе [2] показана возможность использования подземных резервуаров, создаваемых в массиве многолетнемерзлых грунтов в различных целях. Предложена и испытана технология хранения воды в подземных резервуарах. Хранилище воды состоит из двух или двух групп подземных резервуаров, попеременно заполняемых водой и охлаждаемых в течение зимы холодным наружным воздухом. Подземные резервуары испытаны также в качестве аккумуляторов-охладителей. В зимнее время в подземном резервуаре замораживается вода с помощью воздушных охлаждающих устройств конвективного действия. В летнее время включается водяная циркуляционная система, которая подает холодную воду из резервуара в теплообменник для охлаждения жидкостей и газов до низких положительных температур и возвращает нагретую воду из теплообменника в резервуар. При испытании аккумулятора-охладителя для охлаждения молока на летней ферме расход электрической энергии сократился по сравнению с расходом ее машинным охладителем в 40 раз. Разработано также круглогодично действующее охлаждающее устройство [3]. В зимнее время охлаждение продукта производится с помощью холодного наружного воздуха, а в летнее время - холодной водой из подземного аккумулятора-охладителя.
Таким образом, при освоении подземного пространства криолитозоны на основе применения скважинной гидротехнологии остаются актуальными разработка методов расчета параметров подземных резервуаров, обеспечивающих устойчивость их в течение продолжительного времени, а также решение задач, связанных со строительством подземных резервуаров разного назначения в местах добычи и переработки нефти и газа.
Осадочные дисперсные грунты широко распространены в криолитозоне. Однако отложения достаточной мощности для строительства подземных резервуаров ограничены.
Геологическое строение криолитозоны характеризуется большим разнообразием. На значительной ее части распространены дисперсные толщи, образованные преимущественно четвертичными и третичными отложениями, а в отдельных случаях и более древними отложениями.
Мощность и распространение дисперсных отложений в криолитозоне России можно представить из рассмотрения двух крупных территорий - северо-западной части Сибири и Якутии. В работе [4] приводятся геологическое строение и мерзлотные условия северо-западной окраины Сибирской платформы. По генезису и распределению четвертичных отложений и характеру рельефа территория резко разделяется на две области: аккумулятивные равнины левобережья и правобережья р. Енисей, принадлежащие Западно-Сибирской низменности, и структурно-денудационные горные массивы плато. Приенисейская аккумулятивная равнина, простирающаяся через весь регион по обоим берегам Енисея, сложена мощной толщей четвертичных отложений, подстилаемых мезозойскими песчано-глинистыми грунтами. В пределах Хантайской и Норильско-Рыбнинской межгорных депрессий широко развиты ледниковые и озерные отложения.
В целом большая часть северо-западной окраины Сибирской платформы представлена верхнечетвертичными ледниково-морскими, предгорными и межгорными равнинами, сложенными мощной толщей рыхлых отложений. Температурный режим и мощность многолет-немерзлых грунтов этой области колеблются в широких пределах в зависимости от их лито-лого-генетического состава и особенностей климата. На подошве слоя годовых амплитуд температура грунтов колеблется в пределах от -1 до -6°С. Мощность многолетнемерзлой толщи
составляет на севере и на левобережье Енисея 200-400 м и более, а в Дудинском районе изменяется от 50-70 до 150-200 м.
П.А. Соловьевым и Т.А. Ботулу составлена карта-схема (рис. 1) мощностей кайнозойских дисперсных отложений на территории Якутии [2]. На территории Якутии выделяются два рода районов:
1. равнины низменностей Центральной и Северной Якутии, а также террасы крупных рек, где относительно мощные толщи дисперсных отложений почти непрерывны на обширных территориях;
2. повышенные денудационные равнины, плато, нагорья и горные сооружения остальной части Якутии, где дисперсные отложения локализованы на сравнительно ограниченных участках.
Рисунок 1 - Картосхема типичных мощностей кайнозойских дисперсных отложений в Якутии (составители П.А. Соловьев и Т.А. Ботулу)
Мощность, м: 1 - 0-10, в долинах до 20; 2 - 0--20, в долинах до 100-160; 3 - 0-20; 4 -20-40, реже до 50; 5 - 30-60; 6 - 40-80; 7 - 50-120; 8 - 20-150 (нарастание мощности к северу); 9 - от 30 до 100-160 в моренных грядах; 10 - 40-550, с резкими изменениями мощности третичных отложений; 11 - 150-1060, с нарастанием мощности к оси впадины.
Внемасштабные знаки указывают районы распространения тех или иных объектов: 12 - межгорные впадины, мощность 160-200 м, с резкими колебаниями; 13 - то же, мощность 300-500 м; 14 - долины рек с комплексом террас, с мощностью аллювия от 10-20 до 30-50 м; 15 - карстовые полости, выполненные наносами мощностью 30-40 м; 16 - нередко участки с мощностью покрова 0-10 м.
Таким образом, мерзлые дисперсные отложения различной мощности с достаточно низкой температурой распространены практически на всей территории мерзлой зоны. Значительная их часть относится к числу достаточно мощных отложений, в пределах которых можно размещать подземные хранилища относительно неглубокого заложения.
Технология скважинной гидроразработки многолетнемерзлых грунтов достигла высокого уровня развития, позволяющего широко использовать ее для добычи россыпных полезных ископаемых и создания подземных резервуаров различного назначения. Остается актуальным разработка методики расчета устойчивых параметров подземных резервуаров, создаваемых в многолетнемерзлых грунтах, характеризующихся нестабильными физико-механическими свойствами. Пригодные для строительства подземных резервуаров отложения широко распространены в криолитозоне.
Список литературы
1. Аксютин О.Е., Казарян В.А., Ишков А.Г., Хлопцов В.Г., Теплов М.К., Хрулев А.С., Са-вич О.И., Сурин С.Д. Строительство и эксплуатация резервуаров в многолетнемерзлых осадочных породах. М.: Институт компьютерных исследований, 2013. 432 с.
2. Кузьмин Г.П. Подземное строительство в криолитозоне. Новосибирск: Наука, 2002. 176 с.
3. Кузьмин Г.П., Куваев В.А. Круглогодичное охлаждающее устройство на основе использования холодного наружного воздуха // Патент РФ № 2785027. 2022. Бюл. № 34.
4. Голодковская Г.А., Иванов В.М. О структурно-геологических принципах инженерно-геологического районирования территорий распространения многолетнемерзлых пород (на примере северо-западной окраины Сибирской платформы) // В кн. Мерзлотные исследования. Выпуск 10. М.: Издательство МГУ, 1970. С.137-152.
УДК 620.171.2:678.01
DOI 10.24412/cl-37255-2024-1-267-271
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕКЛО-И БАЗАЛЬТОПЛАСТИКОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
СЕВЕРА
Лукачевская И.Г.1, Кычкин А.К2, ЛебедевМ.П2, Мараховский П.С3 1Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск 2Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск 3 НИЦ «Курчатовский институт - ВИАМ», г. Москва E-mail: mirkin1611@gmail.com
Аннотация. По результатам выполненных на динамическом механическом анализаторе измерений установлено, что стеклопластик подвержен большему разрушению под воздействием очень холодного климата, чем базальтопластик. В развитии деструктивных процессов в зависимости от длительности воздействия климатических факторов значительную роль играют внутренние напряжения, вызванные неодинаковым термическим расширением компонентов и изменениями термомеханических характеристик солнечных и теневых сторон материалов, связанной набуханием полимерной матрицы вследствие поглощения атмосферной влаги, а также суточными и сезонными перепадами температуры с переходом через «0». В отличие от базальтопластика, где на начальной стадии экспозиции проявляется исключительно доотверждение материала, у материала на основе стеклянного наполнителя проявляется уменьшение более чем на 50% модуля накопления и более чем в 2,5 раза модуля потерь. Изменение динамического модуля упругости у базальтопластика после экспозиции в течение 4 лет составляет не более 30%.
Ключевые слова: базальтопластик, стеклопластик, эпоксидное связующее, климатическая стойкость, деструкция, температура стеклования.
Температура стеклования полимерной матрицы является одним из чувствительных показателей климатического старения полимерных композиционных материалов (ПКМ). В целях определения данного показателя широко используются методы динамического механического анализа (ДМА) [1].
Определение температуры стеклования проводилось методом ДМА на приборе DMA 242 C фирмы «Netzsch». Для испытания образцов применялся держатель трехточечного изгиба с длиной
