Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. 17
1.1. Объектно-предметная область исследования. 17
Природные и геотехнические системы. 17
Понятия надежность, устойчивость природных, технических и геотехнических систем. 21
Типы геотехнических систем газодобывающего комплекса. 23
Эксплуатационная скважина, как специфическая геотехническая система в криолитозоне. 32
Инженерно-геокриологические условия районов размещения геотехнических систем газодобывающего комплекса севера Западной Сибири. 35
Использование криогенного ресурса в фундаментостроении. 42
Современные средства и способы управления надежностью геотехнических систем в криолитозоне. 54
1.3.1 .Мониторинг как технология управления надежностью. 54
Численный теплотехнический прогноз - основа разработки управляющих решений по обеспечению надежности сооружений. 60
Тепловая мелиорация грунтов как способ управления температурным полем. 64
Охлаждающие системы - современное средство стабилизации температурного режима грунтов оснований. 66
1.4. Выводы. 70
ГЛАВА 2. ПОТЕРЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ОБЪЕКТОВ ПОДГОТОВКИ ГАЗА К ДАЛЬНЕМУ ТРАНСПОРТУ В
РЕЗУЛЬТАТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫМ
ОСНОВАНИЕМ. 71
Оценка доли потерь в результате отказов опорной компоненты при строительстве и эксплуатации геотехнических систем месторождения Медвежье (1972-1996 г.г.). 71
Анализ осложнений, возникающих при строительстве и эксплуатации скважин в многолетнемерзлых породах. 78
Состояние оснований и фундаментов различных типов газопромысловых сооружений Медвежьего месторождения, опыт эксплуатации. 86
Типизация газодобывающих геотехнических систем по характеру 93
теплового взаимодействия с многолетнемерзлыми породами.
2.4. Выводы. 103
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ГЕО
ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В КРИОЛИТОЗОНЕ. 105
3.1. Технология управления надежностью геотехнической системы в
криолитозоне. 105
Принципиальная основа криогеотехнологического моделирования. 116
Постановка и схемы реализации вычислительных экспериментов по моделированию теплового взаимодействия объектов газового комплекса с многолетнемерзлыми грунтами. 128
Методика определения динамического равновесия природных составляющих геотехнической системы 128
Методика проектирования температурного поля, обеспечивающего "проектную надежность". 131
Методика прогнозирования температурного поля (поля "устойчивости") в процессе эксплуатации. 135
Методика управления температурным полем, обеспечивающим надежность геотехнических систем в криолитозоне. 136
3.4. Результаты использования технологии для управления надежностью
геотехнических систем. 137
Блок подсобных производственных помещений УКПГ Медвежьего газового месторождения 138
Технологическая трубопроводная обвязка газоперекачивающих агрегатов ДКС 9 Медвежьего месторождения. 151
3.4.3. Трубопроводная обвязка эксплуатационных кустов скважин
Юбилейного месторождения. 153
Цех регенерации ТЭГа УКПГ Юбилейного месторождения. 158
Эстакада межцеховых коммуникаций УКПГ Юбилейного месторождения. 160
Площадка испарителей УКПГ Юбилейного месторождения 161
Защитные противорадиационные укрытия ГП Медвежьего месторождения. 164
Узел приема очистного устройства газопровода подключения "Ямсовейское месторождение-44 км". 168
Аппараты воздушного охлаждения газа ДКС-9 Медвежьего месторождения. 168
3.5. Выводы 176
ГЛАВА 4. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДОБЫ
ВАЮЩИХ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ ЯМАЛА. 178
4.1. Проблемы бурения, строительства и эксплуатации добывающих
скважин. 178
Отказы при строительстве и эксплуатации добывающих газовых скважин в криолитозоне. 183
Способы обеспечения надежности эксплуатации скважин в мерзлых породах. 188
Практическая реализация способов обеспечения надежности добывающих скважин в криолитозоне в России и за рубежом 198
Типизация геокриологических условий кустовых площадок добывающих газовых скважин Бованенковского месторождения по степени опасности строительства. 206
Устойчивость крепи приустьевой части скважины в интервале мно-голетнемерзлых пород с повышенной льдистостью. Принцип обеспечения эксплуатационной надежности добывающих скважин Бованенковского месторождения. 210
4.4. Выводы 213
ГЛАВА 5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СИСТЕМЫ "ДОБЫ
ВАЮЩАЯ СКВАЖИНА - ПОРОДЫ" В УСЛОВИЯХ ПОЛУОСТ
РОВА ЯМАЛ. 214
5.1. Промысловый эксперимент по определению фактического коэффи- 214
циента теплоотдачи добывающей теплоизолированной скважины.
Программа экспериментальных работ и методика обработки результатов. 219
Результаты серии промысловых экспериментов оборудованных теплоизолированной НКТ различных конструкций (1996-2001
г.г.) 223
5.1.3. Выводы. 224
5.2. Вычислительный эксперимент по оценке коэффициента теплоотдачи
скважины при параллельном спуске двух эксплуатационных колонн
и одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных гори
зонтов. 225
Теплоперенос в конструкции добывающей скважины при различных способах эксплуатации продуктивного горизонта. 225
Методическая основа и результаты вычислительного эксперимента 229
5.2.3. Перспективы использования пассивной теплоизоляции для
обеспечения надежности добывающих скважин на Ямале 233
5.2.4. Выводы. 236
5.3. Результаты вычислительных экспериментов по прогнозированию
температурного поля грунтов, вмещающих скважину в течение экс
плуатации месторождения. 238
Тепловое воздействие на ММП при одновременно-раздельной и традиционной эксплуатации месторождения. 238
Оттаивание ММП вокруг скважины вблизи поверхности Земли. 244
Тепловая интерференция добывающих скважин при различных способах их размещения на кустовой площадке 250
5.3.4. Выводы. 259
ГЛАВА 6. СПОСОБ УПРАВЛЕНЯ НАДЕЖНОСТЬЮ ГЕОТЕХНИ
ЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ "ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННАЯ ДОБЫВАЮ
ЩАЯ СКВАЖИНА - СЕЗОННОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПАРОЖИДКО-
СТНОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР - ММП" ВБЛИЗИ ПОВЕРХНО
СТИ ЗЕМЛИ. 261
Способ стабилизации теплового состояния устьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах с помощью сезонноохлаждающих устройств малого диаметра. 261
Результаты вычислительного эксперимента по обоснованию технических характеристик средств, необходимых для реализации способа. 265
6.2.1.Постановка задачи с использованием квазитрехмерной модели. 267
Результаты реализации квазитрехмерной постановки задачи. 270
Оценка результатов сравнительного анализа постановки задачи
в декартовых и цилиндрических координатах 272
Оценка результатов трехмерной и квазитрехмерной постановки задачи. 277
Выводы 280
6.3. Промысловый эксперимент по реализации способа в годовом цикле
наблюдений на кустовой площадке 64 Бованенковского месторож
дения. 281
Цели и задачи длительного промыслового эксперимента. 282
Программа работ и описание экспериментального полигона. 283
Результаты промыслового эксперимента по исследованию теплового взаимодействия добывающих скважин 6401 и 6402 с многолетнемерзыми породами кустовой площадки № 64 295
Результаты исследований теплового взаимодействия скважин 6401 и 6402 в процессе отжига на факельные линии (с 6.10.2001 г. по 19.10.2001 г.) 296
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.) 297
Прогноз нестационарного теплового взаимодействия геотехнической системы "добывающая скважина-многолетнемерзлые породы" для 6401 БГКМ. 300
Сравнение результатов промыслового и вычислительного экспериментов. 304
6.4. Выводы. 310
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 315
Список источников литературы. 320
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ГРАФИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ. 354
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛО
ВИЯ УЧАСТКОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. 481
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕ
НИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРИКЛАДНОГО
КРИОГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРО
ВАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУА
ТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ В КРИОЛИТОЗОНЕ. 532
П.3.1. Экономический эффект от внедрения основных положений работы 533
П.3.2. Перспективы использования разработанных методов и средств в
науке и практике 535
П.3.2.1. Роль и место вычислительно эксперимента в реализации чис
ленного геокриологического прогноза при проведении "инженерно-
геологических изысканий" и "проектировании" инженерных сооруже
ний. 535
П.3.2.1.1. Обоснование принципа использования грунтов основания
при проектировании здания аэровокзала в г. Салехард 535
П.3.2.1.2. Обоснование изменения принципа использования грунтов
основания в процессе эксплуатации капитальных жилых домов в За
микрорайоне г. Надым. Результаты геотехнического мониторинга
после реализации технических решений. 548
П.3.2.1.3. Проектирование температурного поля при реконструкции
объекта "Девятиэтажный жилой дом г. Надым". Обоснование воз
можности изменения II принципа использования грунтов на І в про
цессе эксплуатации. 577
П.3.2.1.3.1. Текущее состояние объекта исследований. 577
П.3.2.1.3.2. Прогноз нестационарного температурного поля в грун
тах основания жилого дома по адресу бульвар Стрижова 1. 589
П.3.2.1.3.2.1. Нестационарные модели теплового взаимодействия
отапливаемого подвала здания построенного на участках с заглуб
ленной кровлей высокотемпературных многолетнемерзлых пород. 589
П.3.2.1.3.2.2. Прогноз темпов оттаивания ММП в грунтах основа
ния здания б. Стрижова 1 и температурного поля на прилежащих
участках территории строительства. 601
П.3.2.1.3.2.3. Прогноз температурного поля в основании здания и
на прилежащих участках территории строительства при использо
вании мероприятий эксплуатационного характера. 615
П.3.2.1.3.2.4. Прогноз температурного поля в основании здания и
на прилежащих участках территории строительства при реализа
ции в грунтах основания естественнодействующих парожидкост
ных трубчатых охлаждающих систем. 617
П.3.2.1.3.2.5. Прогноз температурного поля в основании здания и
на прилежащих участках территории строительства при аварийном
отказе (отключении) естественнодействующих парожидкостных
трубчатых охлаждающих систем. 630
П.3.2.2. Перспективы использования методов в "геоэкологическом
нормировании". 638
П.3.3. Выводы. 643
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ И РАСЧЕТЫ ЭКОНОМИЧЕ
СКИХ ЭФФЕКТОВ. 645
Введение к работе
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.
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, СЕ. 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.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 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.ПЛустовойт, 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 мелио-
рации 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:
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 компо-
ненты, 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..
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.
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.
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.
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 холо-
да. 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-геологической 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.
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 пере-
качке 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.
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.
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 те-
пловых 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.
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.
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 безопасности.
В-третьих, результаты научных исследований и научно-методических разработок соискателя нашли применение на предприятиях:
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.
000 "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.
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.
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.; ГХ 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 научному консультанту диссертационной работы 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 ПДареву, Б.В.Дегтяреву, КШШирихину (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 Л.С., 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.Архипову, 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.
Автор считает целесообразным высказать особую, искреннюю благодарность к.г.н. В.В. Самсоновой за постоянную поддержку, обсуждение результатов и формулировок в период завершения работы.
