Расчет эксплуатационной колонны из полимерного материала при асимметричном обжатии льдом в многолетнемерзлых породах

 

ISSN 0536-1028 (Print)              ISSN 2686-9853 (Online)  
УДК 622.245.1 DOI: 10.21440/0536-1028-2021-8-15-23


Download

 

Целью работы является определение результатов воздействия льда на эксплуатационную колонну из полимерного материала и примыкающие массивы пород при наиболее вероятном типе расчетной модели, учитывающем асимметрию нагрузки, создаваемой при обратном замерзании воды в заколонном пространстве. Решение обозначенной проблемы позволяет определить возможность использования
труб из полимерных материалов в условиях распространения многолетнемерзлых пород. 
Актуальность задачи обусловлена наличием известных фактов замерзания воды в заколонном пространстве в условиях эксплуатации труб при низких температурах. В результате замерзания воды на практике отмечаются значительные деформации и повреждения колонн и стыков труб, создающие аварийные ситуации, которые могут нарушить технологические процессы.
Методология исследований. Используется методика расчета эксплуатационной колонны из полимерного материала, размещенной в массиве породы, методом конечных элементов. Предлагаемая методика отличается возможностью учета асимметрии действующей на трубу
нагрузки и использованием большого количества параметров при формировании расчетной модели. Методика позволяет включать в расчетную схему трубу, лед и примыкающие массивы пород, учитывая их свойства.
Результаты исследований устанавливают степень влияния неравномерного загружения трубы на ее деформации, прочность и устойчивость. Приводится сравнение результатов расчета трубы в условиях симметричного и асимметричного обжатия льдом. Рассматриваются результаты использования нелинейной модели породы. Выявлено значительное влияние состава пород в районе скважины. Определены условия, при которых трубы из полимерных материалов способны воспринимать нагрузку при обратном промерзании при асимметричном размещении трубы в скважине.

Ключевые слова: обжатие льдом; обратное промерзание; многолетнемерзые породы; скважина; эксплуатационная колонна; асимметрия нагрузки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Иванов А. Г., Солодов И. Н. Выбор материала обсадных труб для оборудования
эксплуатационных скважин подземного выщелачивания // Горный журнал. 2018. № 7. С. 81–85.
DOI: 10.17580/gzh.2018.07.16
2. Стовманенко А. Ю., Анушенков А. Н. Перспективы применения трубопроводов из
полимерных материалов при транспортировании литых закладочных смесей // Известия УГГУ. 2016.
Вып. 4(44). С. 68–71. DOI: 10.21440/23072091-2016-4-68-71
3. Хрулев А. С. Скважинная гидротехнология – проблемы и решения // Вестник Российской
академии естественных наук. 2013. № 5. С. 51–54.
4. Макарьев Л. Б., Царук И.И. Минерально-сырьевая база урана южной окраины Сибирской
платформы // Уран: геология, ресурсы, производство: матер. Четвертого междунар. симпозиума,
28–30 ноября 2017 г. М.: ВИМС, 2017. С. 60–61.
5. Wang F., Song Z., Cheng X., Ma. H. Patterns and features of global uranium resources and production //
Earth and Environmental Science: IOP Conf. Ser.: Institute of Physics Publishing. 2017. Vol. 94. P. 1–7.
6. World distribution of uranium deposits (UDEPO) with uranium deposit classification. IAEA,
Vienna, 2009. Printed by the International Atomic Energy Agency in Austria. 2009. 126 p.
7. Magnin F., Etzelmuller B., Westermann S., Isaksen K., Hilger P., Hermanns R. Permafrost
distribution in steep rock slopes in Norway: measurements, statistical modelling and implications for
geomorphological processes // Earth Surface Dynamics. 2019. No. 7. P. 1019–1040. URL: https://doi.
org/10.5194/esurf-7-1019-2019
8. Westermann S., Ostby T. I., Gisnas K., Schuler T. V., Etzelmüller B. A ground temperature map of
the North Atlantic permafrost region based on remote sensing and reanalysis data // The Cryosphere. 2015.
Vol. 9. P. 1303–1319.
9. Obu J., Westermann S., Bartsch A., Berdnikov N., Christiansen H., Dashtseren A., Delaloye R.,
Elberling B., Etzelmuller B., Kholodov A., Khomutov A., Kaab A., Leibman M., Lewkowicz A., Panda S.,
Romanovsky V., Way R., Westergaard-Nielsen A., Wu T., Yamkhin J., Zou D. Northern Hemisphere
permafrost map based on TTOP modelling for 2000–2016 at 1 km2 scale // Earth-Science Reviews. 2019.
No. 193. P. 299–316. URL: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.04.023
10. Tao J., Koster R., Reichle R., Forman B., Xue Y., Chen R., Moghaddam M. Permafrost variability
over the Northern Hemisphere based on the MERRA-2 reanalysis // The Cryosphere. 2019. No. 13.
P. 2087–2110. URL: https://doi.org/10.5194/tc-13-2087-2019
11. Радин А. И. Особенности эксплуатации технологических скважин СПВ в криолитозоне // Новые
идеи в науках о Земле: матер. XIV Междунар. науч.-практ. конф. М.: РГГУ. Т. 4. 2019. С. 293–294.
12. Зверев Г. В., Тарасов А. Ю. Расчет и анализ воздействия многолетнемерзлых пород на
крепление скважины № 338 Ванкорского месторождения во время эксплуатации // Вестник
Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология.
Нефтегазовое и горное дело. 2013. № 8. С. 41–51.
13. Арсентьев Ю. А., Назаров А. П., Забайкин Ю. В., Иванов А. Г. О расчете эксплуатационных
колонн из полимерных материалов для условий многолетнемерзлых пород // Актуальные проблемы
и перспективы развития экономики: российский и зарубежный опыт. 2019. № 21. С. 27–32.
14. Кузнецов В. Г. Техника и технология повышения долговечности крепи скважин в
криолитозоне (проблемы и решения): автореф. дис. … д-ра техн. наук. Тюмень, 2004. 50 c.
15. Леонов Е. Г., Зайцев О. Ю. Расчет содержания фаз и давления при замерзании водосодержащих
сред в заколонном и межколонном пространствах скважин при промерзании // Строительство
нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2005. № 1. С. 10–16.
16. Стетюха В. А., Железняк И. И. Методика расчета на устойчивость эксплуатационной
колонны из полимерного материала в многолетнемерзлых породах // Записки Горного института.
2020. Т. 241. С. 22–28. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.22
17. Khademi Zahedi R., Shishesaz M. Application of a finite element method to stress distribution
in burried patch repaired polyethylene gas pipes // Underground Space. 2019. Vol. 4(1). P. 48–58. URL:
https://doi.org/10.1016/j.undsp.2018.05.001
18. Kamarainen J. Studies in ice mechanics. Helsinki: Helsinki University of Technology, 1993. 182 p.
19. Бычковский Н. Н., Гурьянов Ю. А. Ледовые строительные площадки, дороги и переправы.
Саратов: СГТУ, 2005. 260 с.
20. Рудов С. Е., Шапиро В. Я., Григорьев И. В., Куницкая О. А., Григорьева О. И. Математическое
моделирование процесса уплотнения мерзлого почвогрунта под воздействием лесных машин и
трелевочных систем // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 3(39) . С. 73–78. DOI: 10.18324/2077-
5415-2018-3-73-78

 

Язык сайта

Мы индексируемся в: