XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Интенсивное освоение нефтегазовых месторождений северных регионов Российской Федерации как основополагающей базы топливно-энергетического комплекса является основой развития экономики страны. Широкомасштабное освоение субарктических и арктических территорий, в которых сосредоточены значительные запасы углеводородного сырья, требует строительства новых мощных нефтегазопроводов с энергоёмкими объектами нефтегазотранспортной инфраструктуры подземного и наземного базирования. В ближайшие десятилетия газопотребление как на внешнем, так и на внутреннем рынке будет неуклонно возрастать, причём ПАО «Газпром» планирует добычу и поставку газа, доведя его суммарный объём до 600 млрд. кубометров в год. Одним из амбициозных проектов, утверждённых к реализации, является газотранспортная трубопроводная система «Сила Сибири», значительная часть которой пройдёт по территории Якутии в условиях залегания многолетнемёрзлых грунтов (ММГ).

Учитывая объективные тенденции смещения нефтегазотранспортной инфраструктуры в районы Крайнего Севера, приходится принимать во внимание два важных обстоятельства. Во-первых, всё более дорогим становится углеводородное сырьё, и во-вторых, значительно возрастает цена ошибок проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводных объектов, как с точки зрения плановых и непроизводительных затрат, так и в отношении негативных экологических последствий, обусловленных высокочувствительной реакцией природных компонентов криолитозоны на комплексные техногенные воздействия на окружающую среду, оказываемые магистральными трубопроводами, главным образом, подземного базирования.

В комплексе с природными компонентами окружающей среды магистральные нефтегазопроводы образуют органически связанные геотехнические системы, специфика формирования которых отражает конкретный характер необходимых ограничений. Среди них, к числу доминирующих, которые необходимо учитывать при подземной прокладке трубопроводов на территории Якутии относятся: процессы термокарста по всем видам подземных льдов; морозобойное растрескивание и жильное льдообразование; процессы пучения; эрозионная деятельность временных водотоков; расчленение рельефа местности; расчленение береговых мелей рек в результате абразии.

Недостаточный учёт этих объективных факторов с точки зрения опасных последствий на надёжность и безопасность трубопроводов сооружаемых в криолитозоне, может привести к значительным экономическим, экологическим и социальным последствиям. Указанные обстоятельства требуют необходимость создания активной информационной базы управления надёжностью и безопасностью систем трубопроводного транспорта нефти и газа в условиях криолитозоны.

Мониторинг температурного режима грунтов основания Главного учебного корпуса ФГАУО ВО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова» выполнен в рамках проекта «Обустройство и установка программно-технического комплекса автоматизированных наблюдательных точек температурного режима грунтов» на основании договора пожертвования АК «АЛРОСА» (ПАО) №1101018239 от 29 июня 2020 г.

Проект реализуется в рамках проведения научных исследований в области экологии в соответствии в Законом Республики Саха (Якутия) «Об охране вечной мерзлоты в Республике Саха (Якутия)» и направленного на создание современной системы геотехнического мониторинга на территории Республики Саха (Якутия).

Геотехнический мониторинг инженерных объектов и застраиваемых территорий осуществляется в целях обеспечения:

- эксплуатационной надежности и промышленной безопасности инженерных объектов;

- сохранности окружающей среды и минимизации экологического ущерба от осуществления хозяйственной деятельности.

Работы проводились в целях наблюдения за температурным режимом грунтов под зданием Главного учебного корпуса, было принято решение об обустройстве термометрических скважин в количестве 7 единиц на данном объекте эксплуатации.

Учебный корпус представляет собой 4-х этажное здание, состоящее из основного корпуса размером 100х18 м, и примыкающих с двух сторон крыльев с размерами 68х18 м. здание построено по первому принципу СНиП 2.02.04.-88 т.е. сохранением мерзлого состояния грунтов в основании фундаментов. Его фундаментами служат сборные железобетонные колонны с башмаками, заложенные на глубину до 5,0 м от спланированной поверхности.

Здание имеет проветриваемое подполье, состояние которого неудовлетворительное. Высота подполья изменяется от 0,7 до 1,0 м. Отмостка под зданием практически отсутствует.

Программно-технический комплекс автоматизированных наблюдательных точек температурного режима грунтов

Автоматизированный контроль несущей способности мерзлых грунтов ведется на основе наблюдательных термометрических скважин с глубиной 10-15 м. В каждую устанавливается термометрические датчики, которые непрерывно будут снимать температуру грунта. Проект реализуется для повышения качества эксплуатации промышленных и гражданских объектов в условиях изменения климата.

Термокоса МЦДТ 0922 преобразует измеренный сигнал в цифровой вид с последующей передачей его на устройство считывания, хранения и отображения данных - контроллеры цифровых датчиков портативные типа ПКЦД-1/100 или стационарные типа СКЦД-1/100 и СКЦД-6/200 или логгеры цифровых датчиков ЛЦД-1/100-СД, ЛЦД-1/100-РМ.

Допускается использование данных приборов для работы с несколькими термокосами МЦДТ 0922.

При вертикальном размещении косы МЦДТ 0922 длиной более 10 м, рекомендовано использование исполнения по рис.2 с армирующим элементом для обеспечения заявленного расстояния между датчиками и во избежание разрывов кабеля.

Оборудование скважин и результаты измерений

Под центральной частью здания главного корпуса СВФУ для наблюдений за динамикой температурного режима грунтов логгерными установками были оборудованы четыре скважины: №№ 6, 9 на примыкании левого крыла и №№ 1, 2 справа. В левом крыле здания логгерными установками оборудованы скважины №№ 5 и 7, в правом крыле здания – скважины №№ 3 и 4.

По результатам геотермических наблюдений отмечается, что глубина сезонных колебаний температуры под центральной частью и левым крылом здания составляет порядка 1,5-2,0 м. Под правой (С-В затененной) частью главного корпуса глубина сезонного колебания температуры до 1,5 м. Ниже наблюдается практически безградиентный характер температурной кривой.

На глубине заложения основания фундамента (сборных ж/б колонн) 5,0м температура грунтов изменяется от -1,76 0С в скважине №3 по правой части здания до -2,820С в скважине №5 под левым крылом здания (Таблица 12). В центральной части здания температура грунтов на глубине 5,0 м изменяется от -2,12 до -2,680С. На максимальной глубине измерений 9,0м температура мерзлых грунтов составляет от -2,08 до -2,780С.

Разница в температурах грунтов по сравнению с температурами, измеренными в период изысканий и бурения наблюдательных скважин в 2014 г., составляет до одного градуса, что объясняется, по-видимому невытойкой скважин после бурения в ноябре 2014 г.

Список литературы:

СТО Газпром 2-3.1-071-2006 Регламент организации работ по геотехническому мониторингу объектов газового комплекса в криолитозоне

СТО Газпром 2-3.1-072-2006 Регламент на проведение геотехнического мониторинга объектов газового комплекса в криолитозоне

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.

Ядрихинский И.В. О значении фундаментальных исследований в решении глобальных экологических проблем / И.В. Ядрихинский // Международный научно-исследовательский журнал. — 2021. — № 4(106) Часть 2. – С. 30–35. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.030

ГОСТ Р 22.1.06-99 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов. Общие требования