Термостабилизация грунтов

Более 65% территории нашей страны занимает область вечной мерзлоты, которая простирается на севере европейской части России, в Западной Сибири, а за Енисеем — почти от севера до юга страны. Эти районы очень богаты полезными ископаемыми. В них сосредоточено более 30% разведанных запасов всей нефти России, около 60% природного газа, запасы каменного угля, торфа, цветных металлов, золота, алмазов.

Применение описанной технологии термостабилизации вечномерзлых грунтов позволило существенно в 1,5-2 раза увеличить площадь пятна заморозки вокруг ТСГ, уменьшить количество термостабилизаторов на единицу замораживаемой площади, и, как следствие, обеспечить значительную экономию материальных, трудовых ресурсов и сократить время строительных работ.

Сила Сибири

«Сила Сибири» — самый амбициозный газотранспортный проект на сегодняшний день, поскольку его строительство будет проводиться в сложных природно-климатических условиях через заболоченные, горные и сейсмоактивные участки. Протяженность газопровода составит около 4 тыс. км, мощность — 61 млрд м³ газа в год. В основе «Силы Сибири» два крупных газовых месторождения — Чаяндинское (Якутия) с запасами газа 1,2 трлн т и Ковыктинское (Иркутская область) с запасами 1,5 трлн т. Кроме того, разработка Ковыктинского месторождения позволит обеспечить в стране производство гелия — дефицитного продукта на мировом рынке. Первую очередь от Чаяндинского месторождения до Благовещенска протяженностью более 2,2 тыс. км планируют построить к 2018 г., и начать поставки газа в Китай. Затем месторождение в Якутии соединят с трубопроводом Иркутской области длиной более 700 км. В дальнейшем планируется соединить «Силу Сибири» с ГТС Сахалин – Хабаровск – Владивосток, проложив еще более 1 тыс. км трубопровода.

Арктика

Постановлением Правительства Российской Федерации от 21 апреля 2014 г. №366 принята масштабная программы развития Арктической зоны на период до 2020 г.

Конечно, большая толща льда создает технические сложности для добычи углеводородов на Северном полюсе, но шельф, суша — привлекают внимание. Промышленное освоение арктического шельфа, по оценкам специалистов, может обеспечить прирост потенциального запаса углеводородного сырья до 9-10 млрд т условного топлива. Кроме того, в арктической и приарктической зонах есть и другие богатства — редкоземельные металлы, в частности, шунгит, который обладает уникальными абсорбционными свойствами, может поглощать, например, нефтяные пятна на поверхности воды при форс-мажорных обстоятельствах на буровых платформах.

Освоение Арктики — серьезный технологический вызов. Перед компаниями открываются широкие возможности, но в то же время деятельность в этом регионе связана с рисками. Проблема в том, что большинство запасов углеводородов трудноизвлекаемые. Нефтегазодобывающим предприятиям необходимо не только применять дорогостоящие технологии, но и гарантировать безопасность при разработке арктических недр.

Крупнейшими осадочными бассейнами в Арктике являются Восточно-Баренцевский, Южно-Карский, Лаптевский, Восточно-Сибирский и Чукотский. Наиболее значительная часть ресурсов российской Арктики (около 94% общего объема) сосредоточена в ее западной части, а неразведанные запасы восточной части (вдоль континентального склона и в глубоководном арктическом бассейне) в основном относятся к категории предполагаемых или условных. (по материала http://pro-arctic.ru)

Справка

Россия, по оценкам USGS (геологическая служба США), обладает наибольшими среди арктических стран запасами углеводородов. На районы, которыми Россия уже владеет или на которые претендует, приходится более 250 млрд баррелей нефти и газа в нефтяном эквиваленте. Самые крупные суммарные запасы Арктики сосредоточены в Западно-Сибирском бассейне — 3,6 млрд барр. нефти, 18,4 трлн м³ газа и 20 млрд барр. газоконденсата. За ним следует арктический шельф Аляски — 29 млрд барр. нефти, 6,1 трлн м³ газа и 5 млрд барр. газоконденсата, и шельф восточной части Баренцева моря — 7,4 млрд барр. нефти, 8,97 трлн м³ газа и 1,4 млрд барр. газоконденсата.  (по материала www.gazeta.ru)

Новые проекты

Снижение цены на нефть и экономические санкции в отношении России, заставили многих аналитиков весьма сдержанно высказываться о перспективах освоения Арктики. Однако в конце 2014 г. «Газпром» запустил в эксплуатацию вторую очередь газового промысла №1 Бованенковского месторождения на Ямале производительностью еще 30 млрд м³ газа в год. Компания «Газпром нефть» в январе 2015 г. начала строительство второй очереди напорного нефтепровода с Новопортовского месторождения до мыса Каменный, откуда нефть по Северному морскому пути доставляется европейским потребителям. Сдача в эксплуатацию намечена на 2016 г. Планируется, что объем добычи нефти увеличится с 600 тыс. т до 5,5 млн т в год.

Движется и строительство в Сабетте самого крупного завода по сжижению природного газа «Ямал СПГ» (проект НОВАТЭКа) мощностью 16,5 млн т газа в год, и обустройство Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения, которое станет его ресурсной базой. Кроме того, в рамках государственно-частного партнерства продолжается строительство морского порта Сабетта, через который грузы для проекта «Ямал СПГ» доставляются круглогодично.  (по материалам http://expert.ru).

По прогнозам специалистов, огромные запасы газа в российской части Арктики, а также имеющиеся у России эффективные технологии по их извлечению и транспортировке, увеличение в Китае спроса на 3% на углеводороды — все это будет и дальше способствовать развитию газовых проектов в центральной части российской Арктики, несмотря на волатильность цен на энергоресурсы.

Зона вечной мерзлоты. Сложности строительства

Все сооружения в зоне многолетней мерзлоты приходится строить с тщательным учетом свойств замерзших грунтов. Жилые дома, промышленные здания, дороги и трубопроводы могут отеплять грунты и тем самым вызывать оттаивание мерзлоты, которое ведет к просадке фундаментов, разрушению стоящих на них зданий.

В практике освоения зоны вечной мерзлоты широко используется метод свайного строительства с термостабилизацией грунта вокруг каждой опорной сваи, чтобы сохранить природное мерзлое состояние грунта при строительстве нефте- и газопроводов, объектов инфраструктуры и др.

Для этих целей применяют капсулированные погружные устройства-термостабилизаторы (ТСГ) с хладагентом (сжиженный аммиак, диоксид углерода). ТСГ помещают в специальные скважины, пробуренные рядом с опорными сваями для создания мерзлотного массива.

В зимнее время при температуре ниже -5оС конвекционная циркуляция хладагента в ТСГ обеспечивает охлаждение грунта основания. С наступлением летнего периода, как только температура воздуха становится выше, чем температура хладагента в ТСГ, процесс теплообмена приостанавливается с частичным инерционным оттаиванием верхнего слоя грунта до следующего похолодания [1]. Конструкция подобного ТСГ показана на рис. 1.

  

Рис.1. Схема работы стандартного термостабилизатора грунта (ТСГ)

По сведениям производителей [1] радиус зоны замерзания грунта вокруг подобного ТСГ при среднезимней температуре -15ºС составляет 1,5 м и имеет вид усеченного конуса на глубину промерзания с диаметром в основании около 0,5 м.

Даже при наличии хороших по термодинамическим свойствам хладагентов эти ТСГ недостаточно эффективны. Неравномерность плотности и теплопроводности грунта в точке прилегания к корпусу ТСГ, неоднородность состава грунта по высоте скважины, нестабильный, турбулентный и хаотичный режим кипения/конденсации хладагента [2] в системе «грунт – корпус ТСГ – хладагент – конденсатор» искажают и снижают интегральное значение теплового потока и коэффициента теплопередачи.

Как следствие этих процессов, наблюдается малый, относительно рассмотренных ниже решений, объем промерзания грунта вокруг опоры.

Новое решение термостабилизации вечномерзлых грунтов в условиях импортозамещения

В настоящее время разработан и успешно применяется на практике отечественный инновационный метод термостабилизации вечномерзлых грунтов, лишенный вышеуказанных недостатков. Он позволяет в 1,5-2 раза увеличить объем промораживаемого грунта каждым сезонным охлаждающим устройством при значительной экономии материально-технических средств, трудозатрат и времени строительства, а следовательно, снижает вероятность растепления грунта в летнее время.

Его «секрет» заключается в том, что стандартный ТСГ помещают в полугерметичную гильзу, в которую заливают специальную теплопроводную жидкость в качестве буферного теплообменного агента. Эта жидкость позволяет выровнять температурный напор от грунта через гильзу к хладагенту по всей площади теплообмена ТСГ в течение всего зимнего периода, что приводит к существенному повышению эффективности работы ТСГ. Такого рода комбинированный ТСГ далее используют по традиционной схеме.

В качестве специальной теплопроводящей жидкости используют экологически безопасные и энергоэффективные многокомпонентные хладоносители класса ХНТ-НВ, разработанные НПК ООО «Спектропласт», содержащие ПАВы, снижающие вязкость и гибридный комплекс ингибиторов коррозии, обеспечивающие стабильную эффективную длительную (более 15 лет) работу ТСГ [3]. Важно отметить, что предприятие, осуществляющее полный производственный цикл ХНТ-НВ, пакета ингибиторов коррозии и снижающих вязкость ПАВов, находится в России. Данные хладоносители доступны по цене и выпускаются в промышленных масштабах на российских заводах. Механизм работы подобной конструкции ТСГ схематично показан на рис. 2.

Внутренняя труба ТСГ заполняется требуемым количеством хладагента, а пространство между трубой ТСГ и полугерметичной гильзой, заливается до определенного уровня (около 7 м для стандартного ТСГ) хладоносителем ХНТ-НВ. Отбор теплоты от замораживаемого грунта происходит через стенку гильзы по всей площади ее контакта с грунтом, а не только в точке испарения хладагента, как это происходит на стандартных ТСГ. Далее за счет тепловой конвенции многофазный ХНТ-НВ быстро переносит теплоту ближе к точке испарения хладагента (самой холодной точке ТСГ). Хладагент получает теплоту от ХНТ-НВ через стенку, испаряется, и в виде газовой фазы поднимается в верхнюю зону ТСГ, в зону конденсирования, где оседает в виде капель на стенках ТСГ и затем стекает вниз за новым количеством теплоты.

  Рис.2. Схема работы комбинированного ТСГ

 Научный подход

Теоретически теплопередачу в системе «вечномерзлый грунт — комбинированный ТСГ» — можно описать формулами расчета коэффициента теплопередачи и теплового потока в системе: «вечномерзлый грунт — стенка гильзы – хладоноситель ХНТ-НВ — стенка ТСГ – хладагент — стенка конденсатора ТСГ – воздух».

В общем случае для расчета количества теплоты Q, передаваемого через теплообменную поверхность S , справедлива формула [4]:

, (1)

где k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2∙К, характеризующий процесс передачи теплоты от грунта к хладагенту, ΔT – разность температур грунта и хладагента. Расчетной температурой обычно является среднее значение температуры потока в сечении цилиндрической конструкции.

Коэффициент теплопередачи k для цилиндрических стенок рассчитывается по стандартной формуле:

(2)

где  λст – теплопроводность стенки, Вт/ (м К); d1, d2 – внутренний и наружный диаметры трубы, м; α1,2 – коэффициенты теплоотдачи, Вт/ м2∙К; l – длина трубы, м.

Расчетные значения коэффициента теплопередачи от грунта к хладагенту составили для стандартного ТСГ (рис.1) 5,7 Вт/м2∙K, а для комбинированного ТСГ с ХНТ-НВ (рис. 2) — 12,1 Вт/м2∙K.

Таким образом, отбор теплоты от грунта у нового комбинированного ТСГ с ХНТ-НВ в два раза интенсивнее, чем у стандартного, что обеспечивает больший объем промерзания грунта. Интенсивность теплопередачи нового ТСГ повысилась не только за счет увеличения температурного напора и одновременного повышения площади теплообмена, но и за счет увеличения времени теплообмена по всей площади контакта грунта с гильзой комбинированного сезонного охлаждающего устройства.

Практические испытания подтвердили эффективность работы нового ТСГ с ХНТ-НВ при прокладке магистрального нефтепровода на трассе Ванкор – Пурпе в 2012-2013 гг. [5]. Площадь замороженного вокруг нового ТСГ пятна удалось увеличить в 1,5-2 раза, что позволило уменьшить количество ТСГ на единицу замораживаемого массива. В целом достигнута значительная экономия опорных труб, крепежного металла и монтажных материалов. Соответственно уменьшились и трудозатраты строителей и монтажников нефтепровода, сократилось время строительства и ввода в эксплуатацию объектов, что исключительно важно в условиях короткого полярного лета. Данная система подробно описана в [6]. Она принята для промышленного использования и эксплуатации.

Авторы: Д.т.н. Галкин М. Л., к.т.н. Генель Л.С.

Источники информации

1. Долгих Г.М.,Окунев С.Н.,Кинцлер Ю.Э. Практический опыт строительства оснований зданий и сооружений в условиях ВМГ. Тюмень. ООО НПО «Фундаментстройаркос» 2002.

2. Ховалыг Д.М., Бараненко А.В. Теплоотдача при кипении хладагентов в малых каналах//Вестник МАХ, №4, 2013.с.3-11.

3. ТУ 2422-011-11490846-07 с изм. №1 «Хладоносители на основе пропиленгликоля с низкой вязкостью (антифризы) ХНТ-НВ»

4. Гуляев В.А.,Вороненко Б.А. и др. Теплотехника. Учебник для вузов. Спб.Изд-во «РАПП», 2009.-352 с. 8.Журнал «ТСР» №5 (30) июнь 2009, с.74-77.

5. Журнал «ТСР» №5 (30) июнь 2009, с.74-76

6. Галкин М.Л., Генель Л.С., Рукавишников А.М. Термостабилизация вечномерзлых грунтов. Холодильная техника, №10,2013.

Термостабилизация грунтов: 48 комментариев

  • 31.01.2018 в 14:45
    Permalink

    I simply want to say I’m all new to weblog and honestly savored your web blog. Very likely I’m going to bookmark your website . You certainly have great writings. With thanks for sharing your website.

    Ответ
  • 05.02.2018 в 21:34
    Permalink

    I was just searching for this information for a while. After six hours of continuous Googleing, finally I got it in your site. I wonder what is the lack of Google strategy that don’t rank this type of informative web sites in top of the list. Generally the top sites are full of garbage.

    Ответ
  • 06.02.2018 в 10:41
    Permalink

    I became honored to receive a telephone call from my pal immediately he seen the important tips shared on the site. Browsing your blog post article is a fantastic experience. Thank you for taking into consideration readers just like me, and I want for you the best of achievement for a professional in this subject.

    Ответ
  • 07.02.2018 в 04:14
    Permalink

    Hi, i think that i saw you visited my web site thus i came to “return the favor”.I am attempting to find things to enhance my site!I suppose its ok to use a few of your ideas!!

    Ответ
  • 08.02.2018 в 04:57
    Permalink

    Pretty section of content. I just stumbled upon your website and in accession capital to assert that I get in fact enjoyed account your blog posts. Any way I will be subscribing to your augment and even I achievement you access consistently rapidly.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 09:53
    Permalink

    Magnificent goods from you, man. I have understand your stuff previous to and you’re just too excellent. I really like what you have acquired here, certainly like what you’re saying and the way in which you say it. You make it entertaining and you still take care of to keep it sensible. I cant wait to read much more from you. This is actually a terrific site.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 10:00
    Permalink

    Hello.This article was really interesting, especially because I was investigating for thoughts on this issue last Friday.

    Ответ
  • 08.02.2018 в 17:51
    Permalink

    Good day very nice website!! Guy .. Excellent .. Wonderful .. I’ll bookmark your site and take the feeds additionally…I’m satisfied to seek out so many useful info here in the publish, we’d like work out extra strategies in this regard, thanks for sharing.

    Ответ
  • 09.02.2018 в 03:42
    Permalink

    Only a smiling visitant here to share the love (:, btw outstanding design and style .

    Ответ
  • 09.02.2018 в 13:07
    Permalink

    hello!,I really like your writing very so much! proportion we keep up a correspondence more approximately your post on AOL? I require an expert on this house to unravel my problem. May be that’s you! Having a look ahead to see you.

    Ответ
  • 10.02.2018 в 03:49
    Permalink

    F*ckin’ awesome issues here. I’m very happy to peer your article. Thanks a lot and i am having a look ahead to contact you. Will you please drop me a mail?

    Ответ
  • 10.02.2018 в 17:11
    Permalink

    Merely wanna remark that you have a very decent web site , I love the design and style it actually stands out.

    Ответ
  • 11.02.2018 в 05:47
    Permalink

    Attractive section of content. I just stumbled upon your web site and in accession capital to assert that I acquire actually enjoyed account your blog posts. Any way I’ll be subscribing to your feeds and even I achievement you access consistently rapidly.

    Ответ
  • 11.02.2018 в 19:58
    Permalink

    Some truly wonderful info , Sword lily I observed this. «The historian must have some conceptions of how men who are not historians behave.» by Edward Morgan Forster.

    Ответ
  • 12.02.2018 в 06:16
    Permalink

    I do trust all of the concepts you’ve offered on your post. They are very convincing and will certainly work. Still, the posts are very quick for novices. May you please prolong them a bit from subsequent time? Thanks for the post.

    Ответ
  • 12.02.2018 в 15:45
    Permalink

    obviously like your website however you need to take a look at the spelling on several of your posts. Several of them are rife with spelling problems and I in finding it very troublesome to tell the truth nevertheless I will surely come back again.

    Ответ
  • 13.02.2018 в 10:47
    Permalink

    I haven’t checked in here for a while because I thought it was getting boring, but the last several posts are good quality so I guess I’ll add you back to my daily bloglist. You deserve it my friend 🙂

    Ответ
  • 13.02.2018 в 19:21
    Permalink

    I like what you guys are up also. Such smart work and reporting! Carry on the superb works guys I’ve incorporated you guys to my blogroll. I think it will improve the value of my site :).

    Ответ
  • 14.02.2018 в 03:56
    Permalink

    Hello, you used to write great, but the last few posts have been kinda boring… I miss your super writings. Past few posts are just a little bit out of track! come on!

    Ответ
  • 14.02.2018 в 17:38
    Permalink

    I got what you intend, appreciate it for posting .Woh I am glad to find this website through google. «Don’t be afraid of opposition. Remember, a kite rises against not with the wind.» by Hamilton Mabie.

    Ответ
  • 15.02.2018 в 02:50
    Permalink

    hello!,I really like your writing so so much! proportion we communicate extra about your article on AOL? I require a specialist on this area to solve my problem. May be that is you! Looking forward to peer you.

    Ответ
  • 15.02.2018 в 15:18
    Permalink

    Generally I don’t read article on blogs, however I would like to say that this write-up very forced me to take a look at and do it! Your writing style has been surprised me. Thank you, very nice post.

    Ответ
  • 16.02.2018 в 00:43
    Permalink

    I just want to express I am a starter to blogs and site-building and definitely I enjoy your blog. Most likely I am going to bookmark your site . You certainly come with remarkable article content and reviews. Bless you for sharing your blog.

    Ответ
  • 16.02.2018 в 06:37
    Permalink

    Thank you for sharing excellent informations. Your website is so cool. I’m impressed by the details that you have on this website. It reveals how nicely you understand this subject. Bookmarked this web page, will come back for more articles. You, my friend, ROCK! I found simply the info I already searched all over the place and just could not come across. What a perfect web-site.

    Ответ
  • 16.02.2018 в 14:11
    Permalink

    I loved as much as you’ll receive carried out right here. The sketch is tasteful, your authored material stylish. nonetheless, you command get bought an impatience over that you wish be delivering the following. unwell unquestionably come further formerly again as exactly the same nearly very often inside case you shield this increase.

    Ответ
  • 17.02.2018 в 07:37
    Permalink

    Thank you, I’ve just been searching for information approximately this topic for a while and yours is the best I’ve discovered so far. But, what in regards to the bottom line? Are you certain about the source?

    Ответ
  • 17.02.2018 в 10:06
    Permalink

    Thank you, I have recently been searching for info about this subject for a long time and yours is the greatest I have came upon so far. However, what in regards to the bottom line? Are you certain about the source?

    Ответ
  • 17.02.2018 в 10:06
    Permalink

    I’m still learning from you, but I’m trying to achieve my goals. I certainly love reading all that is written on your blog.Keep the stories coming. I loved it!

    Ответ
  • 17.02.2018 в 15:58
    Permalink

    Wow, marvelous blog layout! How long have you been blogging for? you make blogging look easy. The overall look of your site is great, let alone the content!

    Ответ
  • 18.02.2018 в 05:09
    Permalink

    Very interesting information!Perfect just what I was searching for! «Fear not that thy life shall come to an end, but rather fear that it shall never have a beginning.» by John Henry Cardinal Newman.

    Ответ
  • 19.02.2018 в 10:31
    Permalink

    I went over this internet site and I think you have a lot of wonderful info, saved to bookmarks (:.

    Ответ
  • 19.02.2018 в 18:24
    Permalink

    Some really good info , Gladiolus I noticed this. «With silence favor me.» by Horace.

    Ответ
  • 20.02.2018 в 02:49
    Permalink

    This is very interesting, You’re a very skilled blogger. I have joined your feed and look forward to seeking more of your wonderful post. Also, I have shared your web site in my social networks!

    Ответ
  • 20.02.2018 в 04:31
    Permalink

    I must voice my affection for your kindness supporting men who must have assistance with this particular issue. Your real dedication to getting the solution all-around was extremely helpful and have usually empowered guys much like me to attain their dreams. The important guidelines implies a lot to me and far more to my mates. Many thanks; from everyone of us.

    Ответ
  • 20.02.2018 в 13:13
    Permalink

    hi!,I love your writing very so much! share we be in contact more approximately your post on AOL? I need a specialist on this house to unravel my problem. Maybe that’s you! Taking a look ahead to peer you.

    Ответ
  • 20.02.2018 в 13:47
    Permalink

    Thanks , I have recently been looking for info about this subject for ages and yours is the greatest I’ve came upon till now. However, what in regards to the bottom line? Are you sure about the source?

    Ответ
  • 20.02.2018 в 13:51
    Permalink

    Hi, Neat post. There is a problem with your site in internet explorer, would test this¡K IE nonetheless is the marketplace chief and a huge part of folks will pass over your excellent writing because of this problem.

    Ответ
  • 20.02.2018 в 21:30
    Permalink

    Hey There. I found your blog using msn. This is a very well written article. I will make sure to bookmark it and return to read more of your useful information. Thanks for the post. I will certainly comeback.

    Ответ
  • 21.02.2018 в 07:49
    Permalink

    Hello my loved one! I wish to say that this article is awesome, great written and come with almost all significant infos. I’d like to see more posts like this.

    Ответ
  • 21.02.2018 в 09:11
    Permalink

    My brother suggested I might like this blog. He was entirely right. This post actually made my day. You can not imagine just how much time I had spent for this information! Thanks!

    Ответ
  • 21.02.2018 в 16:05
    Permalink

    Thank you, I have just been looking for information approximately this topic for ages and yours is the best I’ve found out till now. But, what about the bottom line? Are you certain about the source?

    Ответ
  • 22.02.2018 в 19:22
    Permalink

    I went over this internet site and I conceive you have a lot of wonderful info, saved to favorites (:.

    Ответ
  • 23.02.2018 в 03:20
    Permalink

    I have been absent for some time, but now I remember why I used to love this blog. Thank you, I’ll try and check back more often. How frequently you update your site?

    Ответ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.