tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2020-2-49-59tumnig-831Research ArticleБУРЕНИЕ СКВАЖИН И РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙDRILLING OF WELLS AND FIELDS DEVELOPMENTОптимизация решений по термостабилизации грунтов основанийОptimization of thermal stabilization of soils applicationsПосконинаЕ. А.PoskoninaE. A.

Посконина Елена Александровна, главный специалист отдела по геотехническому мониторингу

г. Тюмень

Elena A. Poskonina, Chief Specialist of the Department of Geotechnical Monitoring

Tyumen

Poskonina.EA@tmn.gazprom-neft.ruКурчатоваА. Н.KurchatovaA. N.

Курчатова Анна Николаевна, к. г.-м. н., начальник отдела по геотехническому мониторингу; доцент кафедры криологии Земли

г. Тюмень

Anna N. Kurchatova, Candidate of Geology and Mineralogy, Head of the Department of Geotechnical Monitoring; Associate Professor at the Department of the Earth's Cryology

Tyumen

АО «Мессояханефтегаз»РоссияMessoyakhaneftegaz JSCRussian FederationАО «Мессояханефтегаз»; Тюменский индустриальный университетРоссияMessoyakhaneftegaz JSC; Industrial University of TyumenRussian Federation202002062020024959Copyright © Посконина Е.А., Курчатова А.Н., 20202020Посконина Е.А., Курчатова А.Н.Poskonina E.A., Kurchatova A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/831

При использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований сооружений по принципу I в проектах оснований и фундаментов необходимо предусматривать мероприятия по устранению или уменьшению теплового воздействия сооружений на мерзлые грунты.

При выборе решений по термостабилизации грунтов (ТСГ) обычно стоит задача не только обеспечить надежность оснований и фундаментов на мерзлых грунтах, но и снизить затраты на строительство и эксплуатацию сооружений за счет оптимизации принятых решений. Для этого требуется выполнение прогнозных теплотехнических расчетов грунтов основания. Анализ нормативной литературы показал отсутствие утвержденных требований к алгоритму выполнения данных расчетов.

В статье рассмотрены основные проблемы, возникающие при выполнении теплотехнических расчетов, и ошибки при выборе решений по ТСГ. Приведены примеры оптимизации решений по ТСГ. Также определены пути решения выявленных проблем: типизация инженерно-геокриологических условий; типизация сооружений по интенсивности теплового воздействия; выбор оптимальных решений по ТСГ для каждого выделенного типа; разработка регламента на выполнение прогнозных расчетов температурного режима грунтов оснований.

To provide the first principle of usage the permafrost ground as the base it is necessary to design methods that eliminate or decrease structures thermal influence on permafrost.

Usually choosing thermal stabilization solutions the task is to ensure foundation reliability on permafrost but also decrease the construction and operation expenses due to optimization of adopted decisions. Forecast modeling of soil bases temperature regime is required for this. Analysis of norms and standards showed the absence of standardized requirements to the calculations algorithm.

The article is devoted to the main problems of forecast modeling of soil base temperature regime and mistakes in selecting of thermal stabilization solutions. We give the examples of optimization of thermal stabilization solutions. Also, we determine the ways to solve the identified problems; these include typification of engineering and geocryological conditions, typification of structures by intensity of thermal influence, selecting of optimal thermal stabilization solutions for each type, standard elaboration of making forecast modeling of soil base temperature regime.

многолетнемерзлые грунтыпрогнозные расчетытемпературный режим грунтов основаниятемпературная стабилизация грунтовгеотехнический мониторингpermafrostforecast modelingsoil base temperature regimethermal stabilization of soilgeotechnical monitoringReferencesСтрелецкий Д. А., Шикломанов Н. И., Гребенец В. И. Изменение несущей способности мерзлых грунтов в связи с потеплением климата на севере Западной Сибири // Криосфера Земли. – 2012. – Т. XVI. № 1. – C. 22–32.Streletskiy, D. A., Shiklomanov, N. I., & Grebenets, V. I. (2012). Changes of foundation bearing capacity due to climate warming in Northwest Siberia. Earth's Cryosphere, XVI(1), pp. 22-32. (In Russian).Effect of snow cover on pan-Arctic permafrost thermal regimes / H. Park [et al.] // Climate Dynamics. ‒ 2015. ‒ Vol. 44, Issue 9‒10. ‒ P. 2873‒2895. DOI: 10.1007/s00382-014-2356-5Park, H., Fedorov, A. N., Zheleznyak, M. N., Konstantinov, P. Y., & Walsh, J. E. (2015). Effect of snow cover on pan-Arctic permafrost thermal regimes. Climate Dynamics, 44(9-10), pp. 2873-2895. (In English). DOI: 10.1007/s00382-014-2356-5Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем: моногр. / О. А. Анисимов [и др.]; под ред. С. М. Семенова; Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). – М.: НИЦ «Планета», 2012. – 512 с.Anisimov, O. A., Borshch, S. V., Georgievskiy, V. Yu., Insarov, G. E., Kobysheva, N. V., Kostyanoy, A. G.,… Shmakin, A. B. (2012). Metody otsenki posledstviy izmeneniya klimata dlya fizicheskikh i biologicheskikh sistem: monogr. Moscow, Planeta SRC Publ., 512 p. (In Russian).Малкова Г. В., Павлов А. В., Скачков Ю. Б. Оценка устойчивости мерзлых толщ при современных изменениях климата // Криосфера Земли. – 2011. – Т. XV, № 4. – С. 33–36.Malkova, G. V., Pavlov, A. V., & Skachkov, Yu. B. (2011). Otsenka ustoychivosti merzlykh tolshch pri sovremennykh izmeneniyakh klimata. Earth's Cryosphere, XV(4), pp. 33-36. (In Russian).О роли некоторых природных факторов в промерзании грунтов / Н. И. Осокин [и др.] // Материалы гляциологических исследований. – 2000. – Вып. 88. – С. 41–45Osokin, N. I., Samoylov, R. S., Sosnovskiy, A. V., & Sokratov, S. A. (2000). Role of some natural factors in freezing of soils. Data of glaciological studies, (88), pp. 41-45. (In Russian).Осокин Н. И., Сосновский А. В. Пространственная и временная изменчивость толщины и плотности снежного покрова на территории России // Лёд и Снег. – 2014. – Т. 54, № 4. – С. 72–80. DOI: 10.15356/2076-6734-2014-4-72-80Osokin, N. I., & Sosnovsky, A. V. (2014). Spatial and temporal variability of depth and density of the snow cover in Russia. Ice and Snow, 54(4), pp. 72-80. (In Russian). DOI: 10.15356/2076-6734-2014-4-72-80Осокин Н. И., Сосновский А. В. Влияние динамики температуры воздуха и высоты снежного покрова на промерзание грунта // Криосфера Земли. – 2015. – Т. XIX, № 1. – С. 99–105.Osokin, N. I., & Sosnovskiy, A. V. (2015). Impact of dynamics of air temperature and snow cover thickness on the ground freezing. Earth's Cryosphere, XIX(1), pp. 99-105. (In Russian).Системы температурной стабилизации грунтов оснований в криолитозоне: актуальные вопросы исследований, расчетов, проектирования, производства, строительства, авторского надзора и мониторинга: труды ученых и специалистов ООО НПО «Фундаментстройаркос» (за 2010‒2014 гг.) / Науч. ред. Г. М. Долгих; НПО «Фундаментстройаркос». – Новосибирск: Гео, 2014. – 217 с.Dolgikh, G. M. (Ed.). (2014). Sistemy temperaturnoy stabilizatsii gruntov osnovaniy v kriolitozone: aktual'nye voprosy issledovaniy, raschetov, proektirovaniya, proizvodstva, stroitel'stva, avtorskogo nadzora i monitoringa: trudy uchenykh i spetsialistov OOO NPO "Fundamentstroyarkos" (za 2010-2014 gg.). Novosibirsk, Geo Publ., 217 p. (In Russian).Курчатова А. Н., Посконина Е. А. Моделирование теплового взаимодействия песчаной насыпи и мерзлых грунтов основания // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2018. – № 4. – С. 28–32. DOI: 10.1007/s11204-018-9537-xKurchatova, A. N., & Poskonina, E. A. (2018). Modeling of the thermal interaction of sandy fill and frozen base soils. Soil Mechanics and Foundation Engineering, (4), pp. 28-32. (In Russian). DOI: 10.1007/s11204-018-9537-xАнисимов О. А., Жильцова Е. Л. Об оценках изменений климата регионов России в 20 и начале 21 веков по данным наблюдений // Метеорология и гидрология. – 2012. – № 6. – С. 95–107.Anisimov, O. A. & Zhil’tsova, E. L. (2012). Climate Change Estimates for the Regions of Russia in the 20th Century and at the Beginning of the 21st Century Based on the Observation Data. Meteorologiya i Gidrologiya, (6), pp. 95-107. (In Russian).Израэль Ю. А., Павлов А. В., Анохин Ю. А. Эволюция криолитозоны при современных изменениях глобального климата // Метеорология и гидрология. – 2002. – № 1. – С. 22–34.Izrael, Yu. A., Pavlov, A. V., & Anokhin, Yu. A. (2002). Evolution of the Cryolithozone under Present-Day Global Climate Changes. Meteorologiya i Gidrologiya, (1), pp. 22-34. (In Russian).Васильев А. А., Дроздов Д. С., Москаленко Н. Г. Динамика температуры многолетнемерзлых пород Западной Сибири в связи с изменениями климата // Криосфера Земли. – 2008. – Т. XII, № 2. – С. 10–18.Vasiliev, A. A., Drozdov, D. S., & Moskalenko, N. G. (2008). Permafrost temperature dynamics of West Siberia in context of climate change. Earth's Cryosphere, XII(2), pp. 10-18. (In Russian).Хрусталев Л. Н., Давыдова И. В. Прогноз потепления климата и его учет при оценке надежности оснований зданий на вечномерзлых грунтах // Криосфера Земли. – 2007. – Т. XI, № 2. – С. 68–75.Khrustalyov, L. N., & Davidova, I. V. (2007). Forecast of climate warming and account of it at estimation of foundation reliability for buildings in permafrost zone. Earth's Cryosphere, XI(2), pp. 68-75. (In Russian).Горелик Я. Б., Солдатов П. В., Селезнев А. А. Инженерно-геокриологические условия Ямбургского газоконденсатного месторождения и динамика состояния кустовых площадок эксплуатационных скважин // Криосфера Земли. – 2015. – Т. XIX, № 1. – С. 58–69.Gorelik, J. B., Soldatov, P. V., & Seleznev, A. A. (2015). Engineering and geocriological conditions of the Yamburg gas and condensate reservoir and dynamics of the ground state of boreholes. Earth's Cryosphere, XIX(1), pp. 58-69. (In Russian).Горелик Я. Б., Солдатов П. В. Метод расчета вертикальной нагрузки на крепь скважины при оттаивании вмещающих мерзлых пород // Криосфера Земли. – 2018. – Т. XXII, № 2. – С. 50–60. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2018-2(50-60)Gorelik, J. B., & Soldatov, P. V. (2018). Method of calculation of axial load on the well's casing during thawing of frozen host sediments. Earth's Cryosphere, XXII(2), pp. 50-60. (In Russian). DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2018-2(50-60)Горелик Я. Б., Романюк С. Н., Хабитов А. Х. Учет совместного теплового действия скважин в кусте при расчете параметров области протаивания мерзлых грунтов // Криосфера Земли. – 2019. – Т. XXIII, № 2. – С. 79–87. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2019-2(79-87)Gorelik, J. B., Romanyuk, S. N., Khabitov, A. H. (2019). Constraining thaw boundary around multiple wells with regard to their joint thermal effect. Earth's Cryosphere, XXIII(2), pp. 79-87. (In Russian). DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2019-2(79-87)Goodman M. A. Arctic well completion. Part 5. Designing casing and wellheads for Arctic service // World Oil. – 1978. – Vol 186. – Available at: https://www.osti.gov/biblio/6437799.Goodman, M. A. (1978). Arctic well completion. Part 5. Designing casing and wellheads for Arctic service. World Oil, 186. (In English). Available at: https://www.osti.gov/biblio/6437799Xie J. Analysis of Thaw Subsidence Impacts on Production Wells // SIMULIA Customer Conference (May, 18–21). ‒ 2009. ‒ Available at: https://pdfs.semanticscholar.org/ff15/8bfc58824e50be79270fb75760fe2bb13ff6.pdf.Xie, J. (2009). Analysis of Thaw Subsidence Impacts on Production Wells. SIMULIA Customer Conference (May, 18-21). (In English). Available at: https://pdfs.semanticscholar.org/ff15/8bfc58824e50be79270fb75760fe2bb13ff6.pdfXie J. A Study of Strain-Based Design Criteria for Thermal Well Casings. World Heavy Oil Congress (March, 10‒12, 2008). ‒ Edmonton. ‒ Available at: https://www.researchgate.net/profile/Jueren_Xie/publication/308709439_A_Study_of_Strain-Based_Design_Criteria_for_Thermal_Well_Casings/links/57ec206908ae92a5dbd06169/A-Study-of-Strain-Based-Design-Criteria-for-Thermal-Well-Casings.pdf.Xie, J. A (2008). Study of Strain-Based Design Criteria for Thermal Well Casings. World Heavy Oil Congress (March, 10-12, 2008). Edmonton. (In English). Available at: https://www.researchgate.net/profile/Jueren_Xie/publication/308709439_A_Study_of_Strain-Based_Design_Criteria_for_Thermal_Well_Casings/links/57ec206908ae92a5dbd06169/A-Study-of-Strain-Based-Design-Criteria-for-Thermal-Well-Casings.pdf

The authors declare that there are no conflicts of interest present.