Определение оптимального шага укладки между трубами испарителя и количества конденсаторных блоков системы температурной стабилизации грунтов ГЕТ

Об авторах:

Ишков Алексей Андреевич, ведущий специалист, отдел физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов, Филиал ООО «Лукойл-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» (г. Тюмень); IshkovAA@tmn.lukoil.com

Аникин Геннадий Владимирович, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт криосферы Земли, Тюменский научный центр Сибирского отделения РАН; anikin@ikz.ru

Аннотация:

Интерес к освоению ресурсной базы арктических и субарктических регионов в последнее время повысился благодаря усилиям СМИ, нефтяных корпораций и правительства, однако необходимо понимать, что при строительстве на грунтах этих регионов, у которых в качестве цементирующего материала выступает лед, происходит нарушение их естественного температурного режима, что приводит к таянию ледовой фазы. Известно, что при растеплении мерзлый грунт теряет свои прочностные свойства, в результате чего фундаменты построенных на нем сооружений подвержены риску деформации и разрушения.

Для решения этой проблемы были разработаны сезонно действующие охлаждающие устройства (СОУ), которые охлаждают грунт в холодное время года и «запираются» в теплое. По этой причине данные устройства также называют «тепловыми диодами».

В настоящей работе рассмотрена система температурной стабилизации грунтов ГЕТ (горизонтальная естественно действующая трубчатая система), установленная в основании резервуара вертикального стального (РВС), заполненного горячей водонефтяной смесью. Рассматривается система, в качестве теплоносителя в которой выступает аммиак. Кроме того, в статье проведены расчеты различных конструктивных решений системы ГЕТ, выраженных в вариации таких параметров, как длина испарителя, количество конденсаторов, шаг укладки между трубами испарителя. В работе поднимается вопрос об обосновании шага укладки между трубами испарителя системы ГЕТ и количестве конденсаторных блоков, которых будет достаточно для эффективного функционирования системы, т. е. для поддержания грунтов в мерзлом состоянии. Показано, что для эффективного функционирования системы не обязательно использовать стандартный шаг укладки, равный 0,5 м, а можно его увеличить без риска потерять несущую способность мерзлого грунта. В качестве одного из результатов работы выступает факт переопределенности системы температурой стабилизации грунтов типа ГЕТ при малых расстояниях шага укладки относительно увеличенного расстояния, что выражено в уменьшении количества рабочих дней в течение календарного года при прочих равных условиях.

Список литературы:

1. Аникин Г. В. Компьютерное моделирование работы систем горизонтального охлаждения грунтов / Г. В. Аникин. М., 2009. Деп. в ВИНИТИ 30.10.2009. № 674-В2009.

2. Аникин Г. В. Компьютерное моделирование системы охлаждения грунта под резервуаром с нефтью / Г. В. Аникин, К. А. Спасенникова // Криосфера Земли. 2012. Том 16. № 2. С. 60-64.

3. Аникин Г. В. Компьютерное моделирование тепломассопереноса в системах горизонтального охлаждения грунтов / Г. В. Аникин, С. Н. Плотников, К. А. Спасенникова // Криосфера Земли. 2011. Том 15. № 1. С. 33-39.

4. Аникин Г. В. Метод стохастического прогнозирования нахождения температуры грунтов с помощью систем «ГЕТ» / Г. В. Аникин и др. // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2017. № 1. С. 35-40.

5. Аникин Г. В. Стохастическое прогнозирование состояния грунтов под объектами, построенными на вечной мерзлоте / Г. В. Аникин и др. // Вестник Тюменского государственного университета. 2013. № 7. С. 46-53.

6. Аникин Г. В. Усовершенствование метода стохастического прогнозирования работы горизонтальной естественно-действующей трубчатой системы / Г. В. Аникин и др. // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2017. № 6. С. 30-34.

7. Долгих Г. М. Статистическое моделирование работы системы «ГЕТ», установленной в основании нефтяного резервуара / Г. М. Долгих и др. // Криосфера Земли. 2015. Том 19. № 1. С. 70-77.

8. Долгих Г. М. Технические решения по замораживанию грунтов оснований, применяемые НПО «Фундаментстройаркос» / Г. М. Долгих, Д. Г. Долгих, С. Н. Окунев // Криосфера нефтегазоносных провинций: материалы Международной конференции. Тюмень, 2004. С. 56.

9. Ишков А. А. Сравнение функционирования системы «ГЕТ», заправленной диоксидом углерода и аммиаком / А. А. Ишков, Г. В. Аникин // Нефтепромысловое дело. 2019. № 6 (609). С. 69-75.

10. Мельников В. П. Параметры верхних и нижних тепловых нагрузок, ограничивающих функционирование горизонтальной естественно действующей трубчатой системы / В. П. Мельников и др. // Криосфера Земли. 2017. Том 21. № 3. С. 41-48.

11. Различные области применения холода / ред. А. В. Быков. М.: Агропромиздат, 1985. 272 с.

12. Самарский А. А. Вычислительная теплопередача / А. А. Самарский, П. Н. Вабищевич. М.: Едиториал, 2003. 784 с.

13. Феклистов В. Н. Исследование охлаждающей системы типа «ГЕТ» для термостабилизации грунтовых оснований / В. Н. Феклистов и др. // Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения: материалы Международной конференции. Тюмень, 2008. Том 2. С. 165-168.