Методика оценки устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах

Представлен анализ действующей методики оценки устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах. Установлено, что на настоящий момент не прогнозируется разрушение подземного резервуара с течением времени, так как отсутствует критерий оценки такой возможности. Прогноз состояния подземного резервуара производят без учета важнейшего показателя пригодности для целей хранения/ захоронения нефтепродуктов — потери полезного объема резервуара. В связи с этим применение действующей методики не позволяет в полном объеме произвести прогноз устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах. В статье представлен вариант корректировки методики оценки устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах. Предлагается проведение прогноза состояния подземных резервуаров в два этапа. На первом этапе определяется возможность наступления аварийной ситуации для подземного резервуара, которая фиксируется по размеру зоны пластического течения породы. На втором этапе прогнозируется снижение пригодности подземного резервуара для целей хранения/захоронения нефтепродуктов (эксплуатационной пригодности). Установлено, что снижение эксплуатационной пригодности происходит в результате конвергенции стенок выработки под действием ползучести мерзлых грунтов и вывалов грунта из кровли и стенок выработки при превышении предельного значения прочности мерзлых грунтов. С учетом вышеприведенных процессов определено, что снижение эксплуатационной пригодности подземных резервуаров можно оценить количественно, используя такие критерии, как перемещение кровли резервуара и снижение его полезного объема с течением времени. На основании скорректированных критериев предложено подразделение подземных резервуаров по категориям устойчивости. Для каждой категории устойчивости подземного резервуара определен метод дальнейшей эксплуатации. Рассмотрен вариант последовательного заполнения подземных резервуаров на основе прогнозируемого уменьшения их полезного объема.

Мосина А. С., Мирный А. Ю., Скворцов А. А., Skvortsov A. A., Cурин С. Д. Методика оценки устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 3-1. — С. 223–237. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_31_0_223.

Мосина Анна Сергеевна¹ — аспирант кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета, mosina.a.s@yandex.ru;
Мирный Анатолий Юрьевич¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник геологического факультета, MirnyyAY@mail.ru;
Скворцов Алексей Александрович² — канд. техн. наук, начальник отдела геомеханического и гидрогазодинамического моделирования;
Cурин Степан Дмитриевич² — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник;
¹ Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия;
² ООО «Газпром геотехнологии», Москва, Россия.

1. Казарян В. А., Сильвестров Л. К., Теплов М. К., Хрулев А. С., Погодаев А. В., Юсупов Д. А. Опыт эксплуатации подземного хранилища газового конденсата, созданного в многолетнемерзлых породах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2011. — № 6. — С. 247–258.

2. Аксютин О. Е., Казарян В. А., Ишков А. Г. и др. Строительство и эксплуатация резервуаров в многолетнемерзлых осадочных породах. — И: Ижевский институт компьютерных исследований, 2013. — 430 с.

3. Мосина А. С., Николаева С. К., Скворцов А. А. Прогноз изменения состояния многолетнемерзлой грунтовой толщи под влиянием строительства и эксплуатации подземных резервуаров для захоронения отходов бурения в условиях Крайнего Севера (на примере среднего Ямала) // Инженерная геология. — 2020. — Том 15, № 2. — С. 68–81. DOI 10.25296/1993—5056—2020—15—2-68—81.

4. Sun J., Wang J., Zheng D., Xu H., Li C., Zhao K., Pan Y. Regional Scale 3D Geomechanical Modeling For Evaluating Caprock Integrity And Fault Leakage Potential During Underground Gas Storage Operations In A Produced Field // Society of Petroleum Engineers (SPE), USA, 2017. DOI 10.2118/186053-MS .

5. Пискунова А. С., Сурин С. Д., Воронова А. В. Проблемы захоронения буровых отходов в подземных резервуарах скважинного типа в многолетнемерзлых грунтах // Сергеевские чтения: Вып. 20: Обращение с отходами: задачи геоэкологии и инженерной геологии. Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (22 марта 2018 г.) − М., 2018. − С. 244−250.

6. Rotta Loria A. F., Frigo B., Chiaia B. A non-linear constitutive model for describing the mechanical behavior of frozen ground and permafrost // Cold regions science and technology, 2017, Vol. 133, pp. 63—69. DOI 10.1016/j.coldregions.2016.10.010

7. Воронова А. В., Скворцов А. А. Оценка устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 9. — С. 35–46. DOI 10.25018/0236-1493-2018-9-0-35-46.

8. Филоненко-Бородич М. М. Механические теории прочности. — М.: Изд-во Московского университета, 1961. — 90 с.

9. Dov Leshchinsky, Ben Leshchinsky, Ora Leshchinsky. Limit state design framework for geosynthetic-reinforced soil structures // Geotextiles and Geomembranes, 2017, Vol. 45, no 6, pp. 642–652 DOI 10.1016/j.geotexmem.2017.08.005.

10. Zhifu Shen, Mingjing Jiang & Colin Thornton. Shear strength of unsaturated granular soils: three-dimensional discrete element analyses // Granular Matter, 2016, Vol. 18, article number: 37 (2016). DOI: 10.1007/s10035-016-0645-x.

11. Мельников Н. В., Ржевский В. В., Протодьяконов М. М. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. — М.: Недра, 1975. — 279 с.

12. Zhaohui (Joey) Yang, Benjamin Still, Xiaoxuan Ge. Mechanical properties of seasonally frozen and permafrost soil at high strain rate // Cold regions science and technology, 2015, Vol. 113. pp. 12—19 https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2015.02.008.