Тюменниигипрогаз

Секция 5

Совершенствование технологии скважинной гидродобычи полезных ископаемых и решение экологических проблем

Коротков Е. А., Коротков С. А. (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Все большую актуальность приобретают применение инновационного оборудования и внедрение новых технологий в природоохранной деятельности газодобывающего комплекса ОАО «Газпром».

На начальных стадиях разработки и обустройства газовых месторождений необходим строительный материал – песок, идущий на создание прочного фундамента (основания) под кустовые площадки, внутрипромысловые дороги, промышленные зоны, трубопроводы и другие коммуникации.

Учитывая то, что темпы восстановления природной экосистемы несопоставимо малы (по сравнению с темпами техногенного воздействия на ландшафты региона строительства), необходимо принимать срочные меры по сохранению природного богатства, повсеместно внедряя новые природосберегающие технологии. Замена метода добычи песка выходит на первые позиции. Предлагается заменить метод сухоройных карьеров для добычи строительного песка более экологически безопасным методом скважинной гидродобычи (СГД). Технология чрезвычайно привлекательна тем, что для добычи песка не требует создания карьеров открытого типа.

Несомненно, область применения СГД должна расширяться, в том числе и при строительстве инженерных сооружений газодобывающих предприятий ОАО «Газпром». Подходящие объекты для этого могут быть выбраны уже сейчас.

Технологию СГД необходимо совершенствовать и повышать ее эффективность, в первую очередь посредством использования гибких полиэтиленовых труб (ГПТ), вместо стальных.

Это позволит избежать коррозии и разрушения труб вследствие постоянного воздействия пластовых и технических вод на рабочие элементы скважины и наземного оборудования.

Таким образом, необходимость замены стальных труб обусловлена тремя причинами:

––коррозийное воздействие на трубы в скважинах и на рабочие элементы наземного оборудования;

––большие затраты времени при их транспортировке и высокая трудоемкость при строительно-монтажных работах;

240

Обустройство месторождений

–– потеря дорогостоящих стальных труб, оставляемых в ликвидируемых скважинах.

Проведенный комплекс научно-исследовательских работ показал возможность применения ГПТ в качестве обсадных колонн добычных скважин и для сооружения водоводов и пульповодов на месторождениях строительного песка. В ходе исследований проводились сравнительные испытания ГПТ на трещинностойкость, растяжение, смятие. Также были изучены показатели термостойкости и устойчивости к химически активным средам. Полиэтиленовые трубы, по сравнению со стальными, имеют существенные преимущества:

––коррозионную стойкость;

––малые потери на трение при транспортировке по ним песка;

––легкость (0,92–1,2 г/см3 – плотность полиэтилена), что упрощает и удешевляет транспортировку и строительно-монтажные работы;

––высокую гибкость (позволяет применять упрощенные технологические схемы строительства трубопроводов и скважин). Cкважинная гидродобыча, как технология, достаточно актуаль-

на и эффективна, поэтому ее все чаще применяют для разработки месторождений полезных ископаемых. Однако для успешного ее применения необходимо решить вышеизложенные проблемы.

241

Секция 5

Применение волнового воздействия на образование гидратов в системе сбора на примере ГП-1 В Ямбургского месторождения

Кудияров Г. С. (ООО «Газпром добыча Ямбург»)

Значимой проблемой в работе газовых промыслов (ГП) является образование гидратов – клатратных соединений компонентов природного газа с водой. Это происходит при понижениях температуры в процессах транспортировки пластового флюида от забоя скважины до магистрального трубопровода и при его подготовке методами низкотемпературной сепарации и низкотемпературной абсорбции. Гидратные пробки перекрывают сечения трубопроводов и аппаратов, препятствуя нормальной работе оборудования в соответствии с технологическим режимом.

Существуют три основных способа борьбы с гидратами: понижение давления, повышение температуры и применение ингибиторов. На данный момент самым технологически приемлемым и экономичным является подача ингибитора в места гидратообразования. Недостатками данного метода являются: необходимость создания системы его доставки и большие потери ингибитора. На примере ГП-1 В Ямбургского газоконденсатного месторождения можно отметить большой расход метанола из-за его испарения в газе и растворения в газовом конденсате.

Совершенно новым и пока промышленно нереализованным является метод волнового воздействия. Суть его заключается в создании колебаний частиц потока пластового флюида, превращения его в устойчивый туман. При этом равновесное состояние процесса образования гидратов смещается в лучшую сторону при данных давлении и температуре. Этого достаточно для того, чтобы пластовый флюид от устьев скважин по шлейфу (коллектору) проходил без образования гидратов до установки подготовки газа в отсутствие подачи ингибитора.

На ГП-1 В Ямбургского месторождения эта технология исключит необходимость подачи метанола на устья скважин.

Экономический эффект от применения данной технологии заключается в гораздо меньших затратах на установку волновых генераторов и их обслуживание по сравнению с поставкой больших объемов ингибитора.

242

Обустройство месторождений

Использование теплофикационной воды для подогрева топливного газа на дожимной компрессорной станции Западно-Таркосалинского газового промысла

Манихин О. Ю., Ожерельев Д. А. (ООО «Газпром добыча Ноябрьск»)

На сегодняшний день для непрямого нагрева перед дросселированием топливного газа турбин газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и для других потребителей теплого газа на газовых промыслах ООО «Газпром добыча Ноябрьск» используются подогреватели топливного газа с промежуточным теплоносителем. Топливный газ для ГПА подогревается в подогревателе газа путем сжигания природного газа и нагрева промежуточного теплоносителя, который в свою очередь отдает тепло топливному газу.

Температура нагреваемого топливного газа на выходе из подогревателя регулируется с помощью двухпозиционного регулирования, что приводит к большим колебаниям ее значений.

Для повышения энергетической эффективности установки подогревателя топливного газа ПГ-30 дожимной компрессорной станции Западно-Таркосалинского газового промысла (ГП), выполнен анализ существующих технологий и технический решений с целью реализации поставленной задачи.

Использование теплофикационной воды, применяемой для отопления объектов Западно-Таркосалинского ГП, в качестве источника энергии для нагрева промежуточного теплоносителя подогревателя, позволит не только экономить газ собственных нужд и прекратить выбросы СО2 в атмосферу, а также обеспечит стабильное значение температуры подогреваемого топливного газа на выходе из установки за счет применения пропорциональ- но-интегрально-дифференциального регулирования.

Данный проект полностью соответствует одной из основных задач «Концепции энергосбережения и повышения энергетической эффективности ОАО «Газпром» на период 2011–2020 гг.», а именно «повышению энергетической эффективности дочерних обществ и организаций ОАО «Газпром» на основе применения инновационных технологий и оборудования, обеспечения снижения техногенной нагрузки на окружающую среду».

243

Секция 5

Управление температурным режимом многолетнемерзлых грунтов

Михальченко Д. И., Васильева А. О., Николайчук Э. В. (ИТЦ ООО «Газпром добыча Надым»)

Многолетний опыт, полученный в ходе освоения крупнейших газоконденсатных месторождений севера России, выявил широкий спектр проблем, связанных с обеспечением эксплуатационной надежности инженерных сооружений в условиях криолитозоны.

Опыт проектирования, строительства и эксплуатации объектов Медвежьего и Юбилейного месторождений позволяет заключить, что недостаточный учет инженерно-геокриологических условий площадок размещения проектируемых объектов делает необходимым проведение дорогостоящих и энергоемких мероприятий по обеспечению эксплуатационной надежности и устойчивости инженерных сооружений.

Учитывая сложность и высокую стоимость мероприятий по инженерной защите объектов, выбор площадки строительства необходимо осуществлять на основании результатов геокриологического районирования территории с целью выбора участков с изначально однородными инженерно-геокриологическими условиями и оптимизации затрат как на инженерные изыскания, так и на предпостроечные мероприятия для обеспечения кондиционного состояния грунтов оснований.

Показательной является ситуация на территории новой дожимной компрессорной станции ГП-6 Медвежьего месторождения, площадка размещения которой по результатам изысканий на стадии проектирования была охарактеризована крайне неоднородным геокриологическим строением и высокой степенью обводненности. Это потребовало реализации мероприятий по предпостроечному промораживанию грунтов оснований. Однако аномально высокие температуры воздуха в зимний период не позволили обеспечить проектные температуры грунтов оснований объектов до ввода в

эксплуатацию. В связи с этим уже в первые месяцы эксплуатации компрессорного цеха были зафиксированы вертикальные перемещения фундаментов турбоагрегатов и трубопроводной обвязки.

Для исключения недопустимых деформаций фундаментов компрессорного цеха предложен комплексный подход, направленный на управление температурным режимом грунтов оснований инженерных сооружений. В основу подхода положены результаты работ по геотехническому мониторингу объектов и прогноз динамики геокриологических условий с использованием нестационарных численных методов теплотехнического моделирования.

244

Обустройство месторождений

Проблемы при расчете и оценке пожарного риска и пути их решения

Молоков М. А. (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

В соответствии с федеральным законом № 123-ФЗ от 22.07.2008 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» пожарная безопасность объекта считается обеспеченной, если пожарный риск не превышает соответствующих допустимых значений. Действие этого закона распространяется на все объекты, независимо от даты ввода их в эксплуатацию. Соответственно расчет

иоценку пожарного риска можно проводить для любого объекта. На стадии проектирования это позволяет решить такие задачи как обоснование объемно-планировочных решений здания и подбор оптимальных, с экономической точки зрения, систем пожарной безопасности.

Актуальность выбранной темы заключается в том, что математическое вычисление величины пожарного риска позволяет обеспечить возможность безопасной для людей эксплуатации здания, даже при возможных отклонениях от норм пожарной безопасности. Это поможет не только эксплуатировать здание, но и существенно сэкономить на установке автоматических противопожарных систем, таких как пожаротушение, дымоудаление и т. п.

Методика расчета пожарного риска производится в соответствии с приказами МЧС РФ: «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях

истроениях различных классов функциональной пожарной опасности» (№ 382, 30.06.2009) и «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» (№ 404, 10.07.2009; ред. 14.12.2010).

Согласно методике оценку пожарного риска проводят на основании расчета воздействия на людей поражающих факторов пожара (тепловой поток, повышенная температура окружающей среды, повышенная концентрация продуктов горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода, снижение видимости в дыму). Расчет основан на сопоставлении расчетного времени эвакуации людей и времени наступления критического значения наиболее опасного фактора, и принятия мер по снижению частоты их возникновения и последствий.

Величина пожарного риска является численным выражением

245

Секция 5

вероятности гибели человека, находящегося в наиболее удаленной точке здания в процессе эвакуации. В случае если величина индивидуального пожарного риска меньше чем 1*10-6год-1, необходимо предусмотреть дополнительные мероприятия для снижения величины пожарного риска.

Данную задачу упрощают программные комплексы, такие как «Ситис». Программа позволяет создать множество пожарных сценариев для расчета величины индивидуального пожарного риска. Выполняется построение топологии (трехмерная модель здания) и задаются все параметры, которые могут повлиять на время распространения пожара и время эвакуации людей. В итоге автоматически формируется отчет, на основании которого можно сделать вывод о необходимости проведения дополнительных мероприятий в области пожарной безопасности.

246

Обустройство месторождений

Расчет промерзания грунта вблизи двух сезонно-действующих охлаждающих устройств

Паздерин Д. С. (ОАО «Гипротюменнефтегаз»)

При проектировании вертикальных сезонно-действующих охлаждающих устройств (СОУ) важной величиной является радиус замораживания вокруг них. При его расчете необходимо учитывать, что в случае двух рядом стоящих СОУ температурные поля многолетнемерзлых грунтов вокруг них взаимодействуют между собой. Аналогично происходит и с большим количеством СОУ.

Предложенная методика позволяет на стадии проектирования решать задачу (нестационарную, двумерную, нелинейную) определения поля температуры вокруг СОУ для любых типов грунтов, в том числе неоднородных по своему геологическому разрезу.

Для нахождения температурного поля по всей расчетной области, задаваемой в декартовой системе координат (ДСК), потребуется проводности [1]:

(1)

,

где x, y, z – координаты декартовой системы координат; τ – время; T (x, y, z, τ) – температура грунта; λ(T) – коэффициент теплопроводности; f – функция, определяющая наличие источников/стоков тепла в грунте; C(T) – эффективная объемная теплоемкость пород; h – удельная теплота фазового перехода воды; ρ – плотность пород; w – влажность мерзлых пород.

В модели используется метод контрольного объема для получения дискретных аналогов.

Выполнены расчеты, выявившие динамику зоны промерзания и оттаивания вокруг двух термостабилизаторов, установленных в грунт.

Результаты прогнозного расчета теплового взаимодействия грунта, СОУ и окружающего воздуха через месяц и через год приведены на рис. 1, 2 соответственно. На рисунках представлен разрез по оси СОУ.

При моделировании процесса охлаждения грунта выявлена зависимость взаимного влияния температурных полей двух рядом расположенных СОУ – чем ближе расположены между собой испарители СОУ, тем больше их взаимное влияние.

247

Секция 5

Рис. 1. Распределение температуры грунта вблизи двух СОУ через месяц

Рис. 2. Распределение температуры грунта вблизи двух СОУ через год

Получена трехмерная модель переноса тепла для грунта и СОУ. Прогнозные расчеты, полученные при реализации модели, позволяют определить необходимое количество охлаждающих устройств и правильно их расположить.

Результаты численных расчетов сопоставлены с точным аналитическим решением задачи Стефана путем исключения из модели СОУ и неоднородности разреза грунта, и показали совпадение результатов. Это подтверждает корректность расчетов полученных на модели.

Список литературы:

1. Кислицын А. А. Основы теплофизики: лекции и семинары. Тюмень: Изд-во ТГНГУ, 2002. 152 с.

248

Обустройство месторождений

Некоторые особенности проектирования на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов

Примаков С. С. (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Впоследнее время ведется активное освоение арктических территорий и территорий распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ). Основной проблемой при проектировании и эксплуатации сооружений является не столько низкие температуры воздуха и сильные ветра, сколько изменение прочностных характеристик ММГ при изменении их температуры. Известно, что даже десятые доли градуса температуры грунта существенно влияют на его несущую способность, что отражено в нормативных документах. Учитывая, что сезонные колебания температуры грунта затухают только на глубине порядка 10 м, моделирование температурного режима становится важной задачей.

Внастоящее время есть все основания для построения такой прогнозной модели. По данным инженерно-геологических изысканий могут быть восстановлены теплофизические свойства грунта по всему разрезу, а замер температуры на определенную дату является в данном случае критерием точности модели. Используя климатические данные района, можно восстановить распределение температуры в грунте на каждую неделю года, что позволит определять наихудшие условия работы грунтов основания при расчете его несущей способности, взаимодействия со сваями зданий и другими сооружениями [1].

Вторым немаловажным аспектом является определение устойчивости трубопроводов на ММГ. Нормативные документы предписывают учитывать неравномерную осадку ММГ основания при оттаивании. Моделирование поведения трубопровода при неравномерной осадке грунтов позволяет определить критерий прочности трубопровода, его предельно допустимые перемещения, а также расстояния, на которых эти перемещения должны оцениваться. Кроме того, неоднородность физико-механических и теплофизических характеристик грунтов по глубине определяет неравномерность осадки во времени. Таким образом, определение мероприятий для обеспечения устойчивого положения теплого подземного трубопровода в ММГ сводится к численным расчетам с определенным шагом по времени и длине трубопровода [2].

Специфическим объектом в обустройстве на мерзлоте являются

249