Динамическая устойчивость массивов дисперсных грунтов и управление ею при функционировании нефтегазопромысловых сооружений (на примере месторождений Среднего Приобья)

Суммируя опыт проектирования и строительства в указанном регионе сооружений различного назначения, а также результаты проведенных исследований и аналитических расчетов, основные методы управления динамической устойчивостью массивов глинистых грунтов можно собрать на двух основных направлениях, разделив их на инженерно-технические и инженерно-геологические.

Инженерно-технические мероприятия включают в себя два подхода. Первый направлен на рациональное размещение сооружения, создающего поле вибрации, относительно массивов чувствительных к динамическим воздействиям грунтов. Это означает либо расположение сооружения за границами массива динамически неустойчивых грунтов, либо выбор оптимального типа фундамента и технологии ведения строительных работ, которые максимально снижают влияние вибраций на массив грунтов, включающий линзы или прослои динамически неустойчивых грунтов. Второй - предполагает проведение специальных инженерных мероприятий, направленных на уменьшение воздействия вибраций на грунтовые основания за счет как снижения амплитуды колебаний самого сооружения, так и повышение их затухания в самом грунтовом массиве.

К инженерно-геологическим мероприятиям относятся методы борьбы с основными причинами, которые определяют возникновение и развитие неблагоприятных процессов, нарушающих нормальные условия эксплуатации сооружений. Поскольку в основе динамического разупрочнения глинистых грунтов лежат свойства грунтов, то проблема предотвращения недопустимых деформаций грунтовых оснований, чувствительных к воздействию вибрации, сводится к целенаправленному изменению их физико-механических свойств. Как показали проведенные исследования для этой цели могут быть использованы различные методы технической мелиорации, которые можно классифицировать по видам воздействия на состав и свойства грунтов:

· электрокинетические методы, направленные на изменение влажностного состояния и дисперсности грунтов, дополнительно сопровождающихся консолидацией массива под собственным весом;

· термические методы, направленные на глубокое преобразование минерального состава грунтов, приводящие к созданию прочных структурных связей;

· инъекционные химические методы упрочнения грунтов, направленные на образование цементирующего вещества в поровом пространстве.

Любой из них имеет преимущества и недостатки, поэтому выбор метода зависит от конкретного типа грунтового основания, а также конструкции проектируемого фундамента.

Выводы

1. Нижневартовский нефтегазоносный район представляет собой область распространения аккумулятивных равнин, сложенных преимущественно водно-ледниковыми, озерно-аллювиальными и лагунными отложениями среднего плейстоцена, а также террас р.Оби и ее притоков, где преобладают аллювиальные и озерно-аллювиальные геолого-генетические комплексы голоцена-верхнего плейстоцена.

2. Верхняя часть геологического разреза Нижневартовского нефтегазоносного района представлена преимущественно дисперсными грунтами: песками, супесями, суглинками и глинами.

3. Для территории Нижневартовского нефтегазоносного района, характеризующейся ярусным строением и четким соответствием верхней части геологического разреза определенному геоморфологическому уровню, по литологическому строению можно выделить 10 типов грунтовых толщ, сложенных песками, супесями, суглинками и глинами. При их дальнейшем классифицировании целесообразно рассматривать состояние толщ с учетом вариаций степени увлажнения во времени. Такой подход позволяет выделить на рассматриваемой территории по совокупности признаков 43 типа грунтовых толщ.

4. Распространенные на рассматриваемой территории четвертичные дисперсные грунты могут быть надежно идентифицированы в разрезе массивов по данным статического зондирования с конусом II типа на основе новой статистически обоснованной (более 4000 определений) региональной классификационной схемы.

5. Компрессорные станции разной мощности, трубопроводы и автодороги с тяжелым транспортом генерируют в приповерхностном слое массивов грунтов сейсмические волны, среди которых наибольшую долю энергии (не менее 86%) источника переносит поверхностная волна, длина которой составляет немногим более 7 м, а глубина распространения не превышает 15-16 м.

6. Вибрационное воздействие от мощных компрессорных газлифтных станций, использующихся на месторождениях Среднего Приобья для поддержания давления в нефтеносном пласте, ограничено расстояниями 60-80 м в плане и 15-16 м по глубине. На участках перекачивающих станций влияние двух совмещенных блоков распространяется на площадь 180 х 180 м в плане при той же глубине влияния. Влияние же автодороги на существующее в верхней части массива грунтов поле напряжений в перпендикулярном к оси дороги направлении сказывается на расстоянии до 100 м.

7. Удельная энергия вибровоздействия от компрессорных станций и перекачивающего оборудования, приходящаяся на единицу объема прилегающего массива грунтов, составляет от 1.8 до 22.3 кДж/м3 в сутки. Ее количественная оценка позволяет перейти к непосредственному применению энергетических критериев для оценки динамической устойчивости грунтов в массиве.

8. В пределах верхних 4 м массивов грунтов рассматриваемой территории широко распространены грунты, обладающие невысокой энергоемкостью динамического деформирования. Наиболее чувствительные к динамическому воздействию разности характеризуются критическими значениями удельной рассеянной энергии от 2.5 до 60 кДж/м3. Наличие таких грунтов требует непременного учета их поведения при проектировании нефтегазопромысловых объектов с длительно действующими динамическими нагрузками даже умеренной интенсивности.

9. На месторождениях Среднего Приобья сооружения с динамическими нагрузками, в том числе и наиболее интенсивными - газлифтные компрессорные станции, устанавливаются на совмещенных массивных и рамных фундаментах на висячих сваях при таком расположении свай в группах, когда их динамическая реакция определяется в том числе и влиянием соседних свай. При таких конструкциях фундаментов основными излучателями волн напряжений в массивы грунтов служат сваи, и на первый план выходит именно характер динамической работы свай в группе. Между тем, вокруг висячих свайных фундаментов с динамическими нагрузками в массиве грунтов формируется зона разупрочненного грунта, размеры которой составляют 5-8 диаметров сваи.

10. Объем разупрочненного грунта в околосвайном пространстве зависит от размеров сваи, параметров динамической нагрузки, глубины залегания и свойств грунтов.

11. Получено надежное уравнение множественной регрессии, связывающее величину удельной рассеянной энергии (по данным динамических трехосных испытаний) с удельным сопротивлением грунта на муфте трения (по данным статического зондирования) и влажностью верхнего предела пластичности.

12. Система мер по управлению динамической неустойчивостью массивов дисперсных грунтов Нижневартовского нефтегазоносного района может включать как инженерно-технические, так и инженерно-геологические мероприятия. Адекватными инженерно-техническими мерами могут быть снижение амплитуды возникающих в массиве волн напряжений за счет виброизоляции фундаментов или повышения поглощения колебаний самими грунтами, а также учет возможности и степени разупрочнения грунтов при расчете фундаментов. Среди инженерно-геологических мероприятий, направленных на изменение состояния и свойств динамически неустойчивых грунтов, наиболее перспективными являются методы электрохимической обработки грунтов, термического упрочнения и инъекционная химическая обработка грунтовых массивов.

13. Применение как инженерно-технических, так и инженерно-геологических способов управления динамической устойчивостью массивов грунтов можно рекомендовать при наличии в их составе динамически наименее устойчивых грунтов 1-ой группы, характеризующихся энергоемкостью динамического деформирования менее 60 кДж/м3. Для массивов грунтов 2-3 групп с энергоемкостью динамического деформирования до 270 кДж/м3 целесообразно применение лишь инженерно-технических мер управления, а при размещении сооружений на массивах динамически наиболее устойчивых грунтов (4-5 групп) с энергоемкостью динамического деформирования свыше 320 кДж/м3 использование специальных управляющих мероприятий нерационально.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Применение пенетрационного метода для уточнения консистенции глинистых грунтов с примесью растительных остатков района Среднего Приобья. «Инженерная геология», М.,1983 г., №5, с. 99-109 (Фиамский О.Б., Патаридзе Н.И.).

2. Исследование разупрочнения грунтов Самотлорского нефтегазового месторождения при динамическом воздействии. В сб. «Повышение эффективности инженерных изысканий для строительства». Тюмень, 1984 г.(Вознесенский Е.А., Калачев В.Я.).

3. Определение несущей способности свай на Самотлорском месторождении. «Нефтепромысловое строительство», М., 1985г., №9, с. 9-13.( Биленко Н.З., Мухаметшин Г.Л.).

4. Тиксотропное разупрочнение глинистых грунтов Среднего Приобья. В сб. « Глины, глинистые минералы и их использование в народном хозяйстве», Алма-Ата, 1985г., с. 180 - 181.( Вознесенский Е.А., Трофимов В.Т., Калачев В.Я.).

5. Методика изучения динамических свойств грунтов в полевых условиях. В сб. «Инженерно-геологические изыскания в области вечной мерзлоты», Благовещенск, 1986 г., с.122-124.( Калачев В.Я., Трофимов В.Т., Мухаметшин Г.Л.).

6. Динамические свойства глинистых грунтов Западной Сибири. «Бюллетень МОИП», М., 1988г., №6, с. 119-129.( Трофимов В.Т., Калачев В. Я., Вознесенский Е.А.).

7. Поведение глинистых грунтов грунтов Самотлорского месторождения при вибрационном воздействии. Авт-рат. канд. дис. М., 1989

8. Квазитиксотропные изменения в глинистых грунтах (учебное пособие). Издательство Московского Университета, 1990г., с.143.( Вознесенский Е.А., Калачев В.Я., Трофимов В.Т.).

9. Modeling of soil dynamic behavior in the framework of energy approach. Ninth International Conference on ґSoil Dynamics and Earthquake Engineering ґSDEEґ99. August 9-12, 1999,Bergen, Norway. Abstract Volume. Elsevier. P.127.( Voznesensky E., Samarin E., Nordal S., Steenfelt J.)

10. Modeling of soil dynamic behaviour using the energy parameters. 31 International Geological Abstracts. Rio-de-Janeiro, Brazil, 2000. CD-ROM. Versao Brasiliera, HTM2028. General Symp. 22-1. (Voznesensky E., Samarin E., Nordal S, Steenfelt J.).

11. Поведение глинистых грунтов при низкочастотных динамических воздействиях. «Вестник Московского университета». Сер.4. Геология. 2003 №6, стр. 36-42.( Фуникова В.В., Вознесенский Е.А., Юренкова П. В.).

12. Оценка динамической устойчивости грунтов с использованием данных полевых сейсмических наблюдений. Тезисы международной научно-практической конференции. Инженерная геофизика - 2005г. Геленджик, ГНЦ, «Южморгеология», 2005 г., с. 128-137.( Вознесенский Е.А., Владов М.Л., Кушнарева Е.С.)

13. Механизмы динамического разжижения дисперсных грунтов и формы его проявления. В сб. «Новые технологии для ТЭК Западной Сибири», Том 1, Тюмень, 2005 г., стр. 3-16.( Грачев С.И., Вознесенский Е.А., Кушнарева Е.С.).

14. Методы оценки разжижаемости грунтов при сейсмических толчках. В сб. «Новые технологии для ТЭК Западной Сибири», Том 1, Тюмень, 2005 г., стр. 16-26.( Грачев С.И., Вознесенский Е.А., Кушнарева Е.С.).

15. Разжижение грунтов при циклических нагрузках. Издательство Московского Университета, 2005г., с. 134.( Вознесенский Е.А., Кушнарева Е.С., Фуникова В.В.).

16. Использование данных сейсмоакустических исследований для оценки динамической устойчивости грунтов в массиве. «Разведка и охрана недр». М.: Недра, 2005 г., №12, стр. 41-46. ( Вознесенский Е.А., Владов М.Л., Кушнарева Е.С.).

17. Сейсмическое разжижение грунтов: механизм, последствия и инженерная оценка для целей сейсмического микрорайонирования территории. «Разведка и охрана недр». М.: Недра, 2005 г., №12, стр. 61-65.( Вознесенский Е.А., Фуникова В.В., Кушнарева Е.С.).

18. Оценка динамической устойчивости массивов дисперсных грунтов в целях обустройства нефтегазовых месторождений в Среднем Приобье. Издательство СПб, Наука, 2006г., 264 с.

19. Методика изучения динамической устойчивости массивов дисперсных грунтов. “Южно-Российский вестник геологии, географии и глобальной энергии”. 2006 г. №4, стр.189-196.

20. Подходы к управлению динамической устойчивостью массивов дисперсных грунтов на территории нефтегазовых месторождений Среднего Приобья. «Вестник Московского университета». Серия 4 геология. 2007. №3. (Вознесенский Е.А.).

21. Проблемы оценки динамической устойчивости массивов дисперсных грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2007г. №4, стр.10-15.

22. Классификация грунтовых толщ Аган-Вахского междуречья.(Западная Сибирь). « Геоэкология». 2007. № 5, стр.439-449.

23. Инженерно-геологические методы управления динамической устойчивостью массивов дисперсных грунтов (на примере Нижневартовского нефтегазоносного района). «Инженерная геология». Сентябрь, 2007, стр.36-42. ( Самарин Е.Н., Балыкова С.Д.).

24 .Некоторые варианты управления динамической устойчивостью массивов грунтов. «Промышленное и гражданское строительство», 2007, №12, стр.33-35.

25. Снижение геориска путем управления динамической устойчивостью массивов дисперсных грунтов. «ГеоРиск». Декабрь, 2007, стр.12-17.

Размещено на Allbest.ru