Ключевые слова

2411-3336

2541-9404

Записки Горного института

Journal of Mining Institute

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

10.31897/PMI.2021.3.6

pmi-14663

https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/14663

Нефтегазовое дело

Oil and gas

Analysis of the causes of engineering structures deformations at gas industry facilities in the permafrost zone

Анализ причин возникновения деформаций инженерных сооружений объектов газового комплекса в криолитозоне

Vasiliev

Gennadii G.

Васильев

Г. Г.

Vasiliev

Gennadii G.

srgnp@gubkin.ru

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (Москва, Россия) Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University) (Moscow, Russia)

Dzhaljabov

Anton A.

Джалябов

А. А.

Dzhaljabov

Anton A.

adzhalyabov@invest.gazprom.ru

ООО «Газпром инвест» «Надым» (Надым, Россия) LLC “Gazprom Invest” “Nadym” (Nadym, Russia)

Leonovich

Igor A.

Леонович

И. А.

Leonovich

Igor A.

ned.flander@mail.ru

0000-0001-9054-1537

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (Москва, Россия) Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University) (Moscow, Russia)

20 09 2021

2021

249 377 385 20 01 2021 29 03 2021 20 09 2021

2021

Г. Г. Васильев, А. А. Джалябов, И. А. Леонович

Gennadii G. Vasiliev, Anton A. Dzhaljabov, Igor A. Leonovich

Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/14663

Строительство объектов нефтегазовой инфраструктуры на многолетнемерзлых грунтах является важнейшей задачей наращивания сырьевой базы всего топливно-энергетического комплекса России. Многолетнемерзлые грунты представляют собой сложную, многокомпонентную систему, состояние которой зависит от множества факторов. Построенные в таких условиях здания и сооружения с одной стороны оказывают на многолетнемерзлые грунты сложное теплотехническое воздействие, а с другой – воспринимают последствия изменения характеристик таких грунтов. Такая ситуация приводит к тому, что в процессе жизненного цикла здания и сооружения на многолетнемерзлом грунте подвергаются сложным и плохо предсказуемым деформациям. В статье представлены результаты исследования различных процессов деградации многолетнемерзлых грунтов, которые могут реализовываться на объектах строительства промышленных объектов. Проведен анализ причин возникновения деформаций инженерных сооружений газового комплекса в криолитозоне. Исследован комплекс причин, вызывающих такие деформации. Предложен комплексный критерий оценки изменений мерзлотно-геологических условий промышленных площадок. Для мониторинга и оценки условий теплообмена и прогнозирования изменения геокриологических условий многолетнемерзлого грунта предложено применять методику расчета индивидуальной характеристики температурного режима территории.

Construction of oil and gas infrastructure facilities on permafrost soils is the most important task of increasing the raw material base of the entire fuel and energy industry in Russia. Permafrost soil is a complex, multicomponent system, state of which depends on many factors. Buildings and structures built under such conditions, on the one hand, have a complex thermal effect on permafrost soils, and on the other hand, they perceive the consequences of changes in the characteristics of such soils. This situation leads to the fact that buildings and structures on permafrost soil during their life cycle are subject to complex and poorly predictable deformations. Article presents the results of a study for various degradation processes of permafrost soils that can be implemented at construction sites of industrial facilities. Analysis of the deformations causes for engineering structures at the gas industry in the permafrost zone is carried out. Series of reasons causing such deformations have been investigated. Comprehensive criterion for assessing changes in permafrost-geological conditions of industrial sites is proposed. It is suggested to apply the method of calculating the individual characteristics for the temperature regime of the territory to monitor and assess the conditions of heat exchange and predict changes in the geocryological conditions of permafrost soil.

Ключевые слова многолетнемерзлый грунт деформации мониторинг деформаций строительство в криолитозоне термокарст морозное пучение

Keywords permafrost soil deformations deformation monitoring construction in permafrost zone thermokarst frost heaving

Бабелло В.А. Оценка причин деформаций зданий железнодорожных вокзалов, возведенных на многолетнемерзлых грунтах / В.А.Бабелло, С.В.Смолич // Геотехника. 2011. № 2. С. 42-48.

Babello V.A., Smolich S.V. Estimating causes of railway terminal deformations on permafrost soils. Geotechnics. 2011. N 2, p. 42-48 (in Russian).

Березняков А.И. Научное обоснование и промышленное внедрение комплексного геотехнологического мониторинга систем добычи газа на месторождениях севера Западной Сибири: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук: М.: Институт проблем нефти и газа РАН, 2005. 48 с.

Bereznyakov A.I. Scientific substantiation and industrial implementation of integrated geotechnological monitoring of gas production systems at fields in the north of Western Siberia: Avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk: Moscow: Institut problem nefti i gaza RAN, 2005, p. 48 (in Russian).

Ботвинева Н.Ю. Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах / Н.Ю.Ботвинева, И.С.Буракова, О.Г.Фоменко // Современная наука и инновации. 2016. № 2 (14). С. 133-139.

Botvineva N.Yu., Burakova I.S., Fomenko O.G. Foundations for structural unstable soils. Sovremennaa nauka i innovacii. 2016. N 2 (14), p. 133-139 (in Russian).

Витченко А.С. Контроль деформированного состояния надземных трубопроводов в криолитозоне: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий, 2008. 22 с.

Vitchenko A.S. Control of the deformed state for aboveground pipelines in the permafrost zone: Avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Moscow: Nauchno-issledovatelskii institut prirodnykh gazov i gazovykh tekhnologii, 2008, p. 22 (in Russian).

Геотехнический мониторинг Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения в условиях сплошного распространения многолетнемерзлых грунтов / Ш.Г.Балтабаев, Е.П.Серебряков, М.С.Лебедев, Е.Т.Лебедева // Инженерные изыскания. 2015. № 1. С. 64-69.

Baltabaev Sh.G., Serebryakov E.P., Lebedev M.S., Lebedeva E.T. Geotechnical monitoring of the yamburg oil and gas condensate field in the conditions of continuous distribution of permafrost soils. Engineering survey. 2015. N 1, p. 64-69 (in Russian).

Голубин С.И. Математическое моделирование теплового взаимодействия подземного газопровода с многолетнемерзлыми грунтами полуострова Ямал // Инженерная геология. 2009. № 4. С. 20-27.

Golubin S.I. Mathematical modeling of the thermal interaction for an underground gas pipeline with permafrost soils on the Yamal Peninsula. Inzhenernaya geologiya. 2009. N 4, p. 20-27 (in Russian).

Грива Г.И. Геоэкологические условия разработки газовых месторождений полуострова Ямал: Автореф. дис. ... д-ра геол.-минерал. наук: Томск: Томcкий государственный архитектурно-строительный университет, 2006. 46 с.

Griva G.I. Geoecological conditions for the development of gas fields on the Yamal Peninsula: Avtoref. dis. ... d-ra geol.-mineral. nauk: Tomsk: Tomckii gosudarstvennyi arkhitekturno-stroitelnyi universitet, 2006, p. 46 (in Russian).

Ибрагимов Э.В. Оптимизация устройства оснований и фундаментов в криолитозоне (на примере вертикального стального резервуара РВС-20000 м3) / Э.В.Ибрагимов, Я.А.Кроник // Геотехника. 2018. Т. 10. № 5-6. С. 52-61.

Ibragimov E.V.1, Kronik Ya.A. Optimization arrangement of bases and foundations in permafrost (by example of a vertical steel tank VST-20000 m3). Geotechnics. 2018. Vol. 10, N 5-6, p. 52-61 (in Russian).

Инженерная защита объектов Бованенковского НГКМ от воздействия опасных экзогенных процессов / С.Н.Меньшиков, И.С.Морозов, И.В.Мельников и др. // Наука и техника в газовой промышленности. 2014. № 2 (58). С. 14-22

Menshikov S.N., Morozov I.S., Melnikov I.V. et al. Engineering protection of the objects at the Bovanenkovskoe oil and gas condensate field from the impact of hazardous exogenous processes. Nauka i tekhnika v gazovoi promyshlennosti. 2014. N 2 (58), p. 14-22 (in Russian).

Колосков Г.В. К вопросу выбора оптимальных систем термостабилизации грунтов при строительстве в криолитозоне / Г.В.Колосков, Э.В.Ибрагимов, Р.Г.Гамзаев // Геотехника. 2015. № 6. С. 4-11.

Koloskov G.V., Ibragimov E.V., Gamzaev R.G. On the problem of choosing optimal systems of soil temperature stabilization for construction in the cryolithozone. Geotechnics. 2015. N 6, p. 4-11 (in Russian).

Крылов Д.А. Температурный режим вечномерзлого грунта под зданием со свайным фундаментом / Д.А.Крылов, А.А.Федотов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана. Серия Естественные науки. 2013. № 3(50). С. 106-116.

Krylov D.A., Fedotov A.A. Temperature regime of permafrost soil under the building with pile foundation. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2013. N 3 (50), p. 106-116 (in Russian).

Набережный А.Д. Анализ причин снижения несущей способности оснований и фундаментов в геокриологических условиях Якутии / А.Д.Набережный, Г.П.Кузьмин, Ф.Ф.Посельский // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 8. С. 64-69.

Naberezhnyi A.D., Kuzmin G.P., Poselskyi F.F. Analysis of bearing capacity reduction of soils and foundations under geocryological conditions of the republic of Sakha (Yakutia). Industrial and Civil Engineering. 2016. N 8, p. 64-69 (in Russian).

Осокин А.Б. Современные технологии строительства оснований и фундаментов для освоения нефтегазовых месторождений в криолитозоне / А.Б.Осокин, Г.К.Смолов // Наука и техника в газовой промышленности. 2015. № 4 (62). С. 89-96.

Osokin A.B., Smolov G.K. Modern technologies for the construction of bases and foundations for the development of oil and gas fields in the permafrost zone. Nauka i tekhnika v gazovoi promyshlennosti. 2015. N 4 (62), p. 89-96 (in Russian).

Попов А.П. Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Тюмень: Институт криосферы Земли Сибирского отделения Российской академии наук, 2005. 48 с.

Popov A.P. Management of geotechnical systems of gas industry in the permafrost zone: state forecast and reliability ensurance: Avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk. Tyumen: Institut kriosfery Zemli Sibirskogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk, 2005, p. 48 (in Russian).

Причины раскрытия деформационных швов фундаментов станции НПС-2 нефтепровода Куюмба – Тайшет / Л.И.Кошелева, С.П.Миюсов, Д.Г.Рязанцев, С.С.Ковыршин // Строительные материалы. 2018. № 12. С. 55-60. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-766-12-55-60

Kosheleva L.I., Miusov S.P., Ryazantsev D.G., Kovyrshin S.S. Reasons for disclosure of deformation seams of foundations at the NPS-2 station of the Kuyumba – Tayshet oil pipeline. Stroitelnye Materialy. 2018. N 12, p. 55-60. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-766-12-55-60 (in Russian).

Проблема пучения в трубопроводном строительстве и методы ее устранения / Д.А.Гулин, Э.В.Файзуллина, Э.И.Шарипова и др. // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. № 4 (126). С. 60-72. DOI: 10.17122/ntj-oil-2020-4-60-72

Gulin D.A., Faizullina E.V., Sharipova E.I. et al. The problem of soil heaving in pipeline construction and methods for its elimination. Problemy sbora, podgotovki i transporta nefti i nefteproduktov. 2020. N 4 (126), p. 60-72. DOI: 10.17122/ntj-oil-2020-4-60-72 (in Russian).

Пространственные модели, разрабатываемые с применением лазерного сканирования на газоконденсатных месторождениях северной строительно-климатической зоны / С.Н.Меньшиков, А.А.Джалябов, Г.Г.Васильев и др. // Записки Горного института. 2019. Т. 238. С. 430-437. DOI: 10.31897/PMI.2019.4.430

Menshikov S.N., Dzhaljabov A.A., Vasiliev G.G. et al. Spatial Models Developed Using Laser Scanning at Gas Condensate Fields in the Northern Construction-Climatic Zone. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 238, p. 430-437. DOI: 10.31897/pmi.2019.4.430

Санников Г.С. Изменения морфометрических показателей термокарстовых озер западного Ямала как индикатор динамики геологической среды и ее реакции на техногенное воздействие (на примере Бованенковского месторождения): Автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Тюмень: Институт криосферы Земли Сибирского отделения Российской академии наук, 2016. 25 с.

Sannikov G.S. Changes in morphometric parameters of thermokarst lakes in western Yamal as an indicator for the dynamics of the geological environment and its response to technogenic impact (on example of the Bovanenkovskoe field): Avtoref. dis. ... kand. geol.-mineral. nauk. Tyumen: Institut kriosfery Zemli Sibirskogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk, 2016, p. 25 (in Russian).

Скапинцев А.Е. Геоэкологическое обоснование инженерной защиты и геотехнического мониторинга строительства трубопроводов в криолитозоне: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: Московский государственный строительный университет, 2013. 20 с.

Skapintsev A.E. Geoecological substantiation of engineering protection and geotechnical monitoring of pipeline construction in the permafrost zone: Avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Moscow: Moskovskii gosudarstvennyi stroitelnyi universitet, 2013, p. 20 (in Russian).

Соколов С.М. Проектирование промысловых трубопроводов в коридорах коммуникаций в сложных условиях / С.М.Соколов, С.В.Кисев // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2014. № 4. С. 77-79.

Sokolov S.M., Kisev S.V. Designing of field pipelines in the communication corridors under difficult conditions. Oil and gas studies. 2014. N 4, p. 77-79 (in Russian).

Способы борьбы с морозным пучением сезоннопромерзающих грунтов в основаниях фундаментов зданий и сооружений / Д.С.Скворцов, А.Н.Краев, А.Н.Краев, Е.А.Жайсамбаев // Вестник евразийской науки. 2019. Т. 11. № 5. С. 1-12.

Skvortsov D.S., Kraev A.N., Kraev A.N., Zhaisambaev E.A. Ways to combat frost heaving of seasonally freezing soils in the foundations of buildings and structures. The Eurasian Scientific Journal. 2019. Vol. 11. N 5, p. 1-12 (in Russian).

Стабилизация грунтов методом «холодного ресайклинга» в условиях многолетнемерзлых грунтов для обустройства нефтегазовых месторождений / В.А.Горьков, А.Н.Коркишко, А.В.Набоков и др. // Фундаментальные исследования. 2017. № 7. С. 20-24.

Gorkov V.A., Korkishko A.N., Nabokov A.V. Stabilization of soils by the method of “cold rescycling” in conditions of permafrost soils for the infrastructure development of oil-and-gas field. Fundamental research. 2017. N 7, p. 20-24 (in Russian).

Стрижков С.Н. Снижение техногенного воздействия зданий и сооружений на грунтовые основания и их геомониторинг в криолитозоне // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 11. С. 8-12.

Strizhkov S.N. Reducing the anthropogenic influence of buildings and structures on soil bases and their geomonitoring in permafrost. Industrial and Civil Engineering. 2013. N 11, p. 8-12 (in Russian).

Управление гидрогеологическим режимом с целью предупреждения деформаций свайных фундаментов в результате морозного пучения грунтов (на примере Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения) / Ш.Г.Балтабаев, Е.П.Серебряков, Е.Т.Лебедева, М.С.Лебедев // Геотехника. 2015. № 6. С. 24-33.

Baltabaev S.G., Serebryakov E.P., Lebedeva E.T., Lebedev M.S. Controlling the hydrogeological regime in order to prevent deformations of pile foundations as a result of frost heaving of soils (by the example of the Yamburg oil and gas condensate field). Geotechnics. 2015. N 6, p. 24-33 (in Russian).

Huijun J. Design and construction of a large-diameter crude oil pipeline in Northeastern China: A special issue on permafrost pipeline // Cold Regions Science and Technology. 2010. Vol. 64. Iss. 3. P. 209-212. DOI: 10.1016/j.coldregions.2010.04.016

Huijun J. Design and construction of a large-diameter crude oil pipeline in Northeastern China: A special issue on permafrost pipeline. Cold Regions Science and Technology. 2010. Vol. 64. Iss. 3, p. 209-212. DOI: 10.1016/j.coldregions.2010.04.016

Pipeline–permafrost interaction monitoring system along the China – Russia crude oil pipeline / F.Wang, G.Li, M.Wei et al. // Engineering Geology. 2019. Vol. 254. P. 113-125. DOI: 10.1016/j.enggeo.2019.03.013

Wang F., Li G., Wei M. et al. Pipeline – permafrost interaction monitoring system along the China – Russia crude oil pipeline. Engineering Geology. 2019. Vol. 254, p. 113-125. DOI: 10.1016/j.enggeo.2019.03.013

Shur Y. Climate Change and Foundations of Buildings in Permafrost Regions / Y.Shur, D.Goering // Permafrost Soils. 2009. Vol. 16. P. 251-260. DOI: 10.1007/978-3-540-69371-0_17

Shur Y., Goering D. Climate Change and Foundations of Buildings in Permafrost Regions. Permafrost Soils. 2009. Vol. 16, p. 251-260. DOI: 10.1007/978-3-540-69371-0_17

Utkin V.S. The reliability analysis of existing reinforced concrete piles in permafrost regions / V.S.Utkin, L.A.Sushev // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2017. Vol. 13. № 2. P. 64-72. DOI: 10.22337/2587-9618-2017-13-2-64-72

Utkin V.S., Sushev L.A. The reliability analysis of existing reinforced concrete piles in permafrost regions. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2017. Vol. 13. N 2, p. 64-72. DOI: 10.22337/2587-9618-2017-13-2-64-72

Wilkie S.A. Northern Сanadian pipeline deals with effects of soil movement / S.A.Wilkie, R.M.Doblanko, S.J.Fladager // Oil & Gas Journal. 2001. Vol. 99. № 20. P. 62-66.

Wilkie S.A., Doblanko R.M., Fladager S.J. Northern Сanadian pipeline deals with effects of soil movement. Oil & Gas Journal. 2001. Vol. 99. N 20, p. 62-66.