Полигон СОУ (общие сведения)
В период 2015-2019 гг на территории Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения было проведено масштабное исследование, одной из задач которого, было определение фактических показателей работы сезоннодействующих охлаждающих устройств (термостабилизаторов). В рамках этого исследования был обустроен Полигон СОУ, на котором, в течение нескольких лет, ввелись наблюдения за работой 47 СОУ, 16 различных марок отечественного и импортного производства. Работы по обустройству Полигона СОУ и ведению измерений осуществлялись сотрудниками ПАО «ВНИПИгаздобыча», ООО «ИГИИС» и ИП Усачев А.А.
Площадка размещения Полигона СОУ
Схема расположения СОУ на Полигоне
С каждым сезонно-действующим охлаждающим устройством погружено по 4 термометрических косы на различных расстояниях. Одна термометрическая коса закреплена на термостабилизаторе, другие погружены на расстояниях 60, 120 и 240 см от СОУ (фактические положения термометрических кос отличались от указанных для каждого СОУ). Значения температур грунтов на термокосах снимались ежесуточно.
Этапы обустройства полигона
Обустройство полигона велось в несколько этапов:
Этап 1
В феврале-марте 2015г. были пробурены скважины и установлено 18 термосифонов следующих производителей:
§ ООО «Фундаментстройаркос» — 6 шт;
§ ОАО «Фундаментпроект» — 3 шт;
§ ООО «Ньюфрост» — 3 шт;
§ НПХ «Наука» — 3 шт;
§ НПО «СЕВЕР» — 3 шт;
Были выполнены следующие работы:
§ Инженерно-геофизические электроразведочные работы;
§ Бурение и монтаж труб для термометрических скважин;
§ Отбор 20 монолитов грунта из инженерно-геологических скважин для лабораторных исследований;
§ Территория полигона была огорожена с помощью колючей проволоки.
Схема СОУ погруженных в рамках 1-го этапа обустройства полигона СОУ (февраль – март 2015г.)
Этап 2
С 5 по 7 ноября 2015 г. пробурено 13 скважин и установлено 13 термосифонов.
Установлено 9 термосифонов китайских производителей:
- Silian Zhongke Energy Technology г. Циндао — 3 шт.;
- Jiangsu Sunpower Technology г. Нанкин — 3 шт.;
- Dalian Sun leader г. Далянь — 3 шт.;
и 4 термосифона производства ООО НПХ «Наука»:
- СОГ-89/10-12 (Ø 89) — 3 шт.;
- СОГ-57/10-12 (Ø 57) — 1 шт.
Схема СОУ погруженных в рамках 2-го этапа обустройства полигона СОУ (с 5 по 7 ноября 2015г.)
Этап 3
С 14 по 17 декабря 2015 г. пробурены скважины и установлено 10 термосифонов. Установлены термосифоны следующих производителей:
- Arctic Foundations (г. Анкоридж, США) — 2 шт.;
- ООО НПХ «Наука» СОГ-57/10-12 (Ø 57) — 2 шт.;
- ООО «НПО «Север» — 6 шт.:
- ТСГ.В.А 38-12/4,5-2 шт.;
- ТСГ.В.И 38-12-2 шт.;
- ТСГ.В 38-12-2 шт.
Также оборудованы три термометрические фоновые скважины.
Схема СОУ погруженных в рамках 3-го этапа обустройства полигона СОУ (с 14 по 17 декабря 2015г.)
Этап 4
В феврале 2016 г. установлено 6 термосифонов. Установлены термосифоны ООО «ИГС-Норд».
Схема СОУ погруженных в рамках 4-го этапа обустройства полигона СОУ (февраль 2016 г.)
Этап 5
В августе 2017 г. пробурено 6 инженерно-геологических скважин. Буровые работы выполнены с отбором образцов нарушенного и ненарушенного сложения для определения физических и теплофизических характеристик грунтов.
Выполнена повторная геодезическая сьемка, для определения точного положения СОУ и термометрических скважин.
Фото СОУ
СОУ №1 — ФП
СОУ №2 – Наука 1
СОУ №3 – ФСА 2
СОУ №4 – Север 3
СОУ №5 — Ньюфрост
СОУ №6 — ФП
СОУ №7 – Север 1
СОУ №8 — Наука 1
СОУ №9 — Ньюфрост
СОУ №10 – Север 2
СОУ №11 – ФСА 1
СОУ №12 – Наука 3
СОУ №13 — ФСА 2
СОУ №14 — Ньюфрост
СОУ №15 — ФСА 1
СОУ №16 — Zhongke
СОУ №17 — Наука 1
СОУ №18 — ФП
СОУ №19 — Zhongke
СОУ №20 — SunLeader
СОУ №21 — Sunpower
СОУ №22 — Наука 3
СОУ №23 — ФСА 1
СОУ №24 — ФСА 2
СОУ №25 — Zhongke
СОУ №26 — SunLeader
СОУ №27 — Sunpower
СОУ №28 — SunLeader
СОУ №29 — Sunpower
СОУ №30 — Наука 3
СОУ №31 – Наука 2
СОУ №32 — Север 2
СОУ №33 – ИГС Норд1
СОУ №34 — Север 2
СОУ №35 — ИГС Норд1
СОУ №36 — Наука 2
СОУ №37 — Arctic
СОУ №38 – ИГС Норд2
СОУ №39 — ИГС Норд2
СОУ №40 — Север 1
СОУ №41 — ИГС Норд2
СОУ №42 — Север 1
СОУ №43 — Наука 2
СОУ №44 — Север 3
СОУ №45 — ИГС Норд1
СОУ №46 — Север 3
СОУ №47 — Arctic
Метеонаблюдения
Для выполнения измерения температур воздуха на полигоне специалистами ООО «ИГИИС» были установлены полевые метеостанции:
- Метеостанции RST «Meteoscan Pro 929» (4 шт). Данные метеонаблюдений ведутся с11 ноября 2015 г.
- Метеостанция WXT520 компании Vaisala. Данные метеонаблюдений ведутся с 7 февраля 2015 г.
Метеостанции RST «Meteoscan Pro 929» расположены по углам площадки полигона и условно названы цветами (Синяя, Зеленая, Желтая, Белая) на высоте около 2 м над землей. Измерения климатических параметров велось не постоянно, а периодами. Для сопоставления данные от метеостанций нанесены на один график в полупрозрачных цветах (см. рисунок ниже).
Результаты фактических измерений температур воздуха на полигоне испытания СОУ метеостанциями RST «Meteoscan Pro 929»
Результаты фактических измерений скоростей ветра на полигоне испытания СОУ метеостанциями RST «Meteoscan Pro 929»
Из графиков можно сделать следующие выводы:
- периодами имеется значительная корреляция значений измеренных температур воздуха;
- периодами имеется значительное расхождение измеренных температур воздуха;
- имеются значительные периоды пропусков измерений;
- имеются значительные скачки данных (причина возникновения которых не до конца понятна).
- измеренные значения скоростей ветра имеют значительные расхождения между метеостанциями.
Ввиду того, что данные с поверенной метеостанции WXT520 имеются на достаточно ограниченном промежутке времени, произведено сопоставление данных с метеостанции на полигоне с данными метеостанции «Комака» расположенной на расстоянии порядка 95 км от полигона.
Результаты сопоставления фактических измерений температур воздуха метеостанцией WXT 520 с данными метеостанции «Комака»
Результаты сопоставления фактических измерений скоростей ветра метеостанцией WXT 520 с данными метеостанции «Комака»
Выполнено сопоставлении климатических параметров с данными метеостанции «Комака» и «Дорожный», расположенных на сопоставимых расстояниях от полигона СОУ.
Результаты сопоставления данных метеостанции «Комака» и «Дорожный»
Из графиков можно сделать следующие выводы:
- Имеются значительные периоды пропусков измерений.
- Периоды измерений в 2016 году значительно коррелируются с данными метеостанции «Комака».
- Измерения выполнение в 2017 году имеют периодичность 1 суки и более (в среднем 1,5 суток), что не позволяет судить о корреляции или расхождении с данными метеостанции «Комака».
- Измеренные данные по скорости ветра имеют значительно меньшую корреляцию с данными по метеостанции «Комака».
В связи с этим, что имеются значительные периоды пропусков измерений, а данные метеостанций RST «Meteoscan Pro 929» периодами не коррелируется между собой для выполнения моделирования работы СОУ используются данные метеостанции «Комака».
Необходимо также отметить, что данные метеостанции «Комака» имеют округление до целых значений. Для выполнения моделирования работы СОУ используются данные метеостанции «Комака», при этом нулевые значения метеостанции «Комака» скорректированы до 0,3 м/с.
Числовые значения климатических параметров по метеостанции «Комака» в данном отчете не приводятся, при необходимости их можно скачать с сайта www.pogodaiklimat.ru.
Снегомерная съемка
Специалистами ООО «ИГИИС» выполнены измерения высот снежного покрова на полигоне. Измерения проводились не на постоянной основе, а периодами.
Расположение точек снегомерной съемки на полигоне
Результаты фактических измерений высот снежного покрова на полигоне, см
Примечание: синяя линия – данные по метеостанции Комака, красные линии – измерения в различных точка полигона.
Инженерно-геологические изыскания
Инженерно-геологические изыскания площадки полигона выполнялись в 2015 и 2017 году.
Выполненные теплофизические исследования имеют расхождения со значениями, рассчитанными по СП 25.13330-2010 «О снования и фундаменты на вечномерзлых грунтах (Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88)» по следующим параметрам:
- Температура начала замерзания – в среднем на 0,18 ⁰С (137%);
- Теплопроводности грунтов – в среднем на 0,14 Вт/м*К (5,6%);
- Теплоемкости грунтов – в среднем на 0,2 МДж/м3*К (11,9%).
Для снижения погрешностей, связанных с неточностью определения теплофизических свойств грунтов, сотрудниками ПАО «ВНИПИгаздобыча» в 2017 году было выполнено дополнительное бурение 6 скважин с отбором образцов и определением теплофизических свойств грунтов.
Схема расположения инженерно-геологических скважин
Инженерно-геодезические изыскания
В период 2016 и 2018 года выполнены геодезические измерения расстояний между СОУ и термометрическими скважинами. Выборочно, расстояния между СОУ полигона приведены на рисунке ниже. Данный рисунок дает общее представление о размерах площадки полигона и расстояниях между СОУ.
Расстояния между СОУ (выборочно)
В связи с тем, что различие в расстояниях между СОУ и термометрическими скважинами, по данным сьемок 2016 и 2018 годов достигает 0,47 метров, были выполнены дополнительные измерения рулеткой.
Высотные отметки положения земли
Выполнить измерения положения нулевого или первого датчика термометрических кос относительно уровня земли не удалось. После осуществления «поверки» термометрических кос, выполненной сотрудниками ООО «ИГИИС» в июле 2018 года, восстановить расстояния от нулевого или первого датчика до уровня земли не представляется возможным. По заявлениям сотрудников ООО «ИГИИС» первый датчик термометрических кос устанавливался на уровне земли. Однако в таком случае по всем первым датчикам термометрических кос в летний период времени наблюдались бы примерно одинаковые показания температуры, а мы наблюдаем разброс величин до 15 °С.
В связи с тем, что точные положения датчиков оказывают значительное влияние на сопоставление измеренных температур с температурами в расчетных моделях, положения датчиков определяются идентификаций, т.е. подбором высот, при которых разность расчетных и измеренных температур дает наименьшую погрешность.
Фоновые измерения температур грунтов
Для выполнения измерения фоновых температур грунтов на полигоне специалистами ООО «ИГИИС» были пробурены несколько термометрических скважин.
Места установки фоновых термометрических скважин на схеме полигона на 17.09.2015г
5 ноября 2015 г. в фоновые скважины №2а и №3а погружены СОУ ООО НПХ «Наука», скважины переименованы в №31 и №30 соответственно.
В течении ноября и декабря 2015 г. термометрические наблюдения в фоновых скважинах не велись. В декабре 2015 г. площадка полигона дооборудуется новыми фоновыми скважинами. С 01.01.2016 г. возобновляются термометрические наблюдения в фоновых скважинах.
Места установки фоновых термометрических скважин на схеме полигона на 01.01.2016г.
Расстояния от фоновых термоскважин до ближайших СОУ следующие:
- от фоновой скв. №1 до СОУ №7 – 11.9 метров;
- от фоновой скв. №2 до СОУ №28 – 14.3 метров;
- от фоновой скв. №3 до СОУ №23 – 12.1 метров;
- от фоновой скв. №4 до СОУ №24 – 13.3 метров;
Схема первоначального распределения температур грунтов (до начала работы СОУ) по данным термометрических наблюдений приведена на рисунке ниже.
Первоначальное распределение температур грунтов на полигоне по данным термометрических наблюдений
Как можно видеть из данного рисунка, температурные условия различных участков площадки сильно различаются от сливающегося типа мерзлоты до заглубленной кровли мерзлоты (с глубиной залегания более 10 м). Такое различие грунтовых условий обусловлено тем, что площадка полигона находиться на склоне и имеет значительное движение грунтовых надмерзлотных вод обусловленное дождевым стоком. В период продолжительных дождей наблюдается появления ручья по центру площадки полигона.
Ручей на Полигоне СОУ
Замерший поверхностный сток воды
Измерения температур грунтов в фоновой термометрической скважине №2.
на различных глубинах за период 17.09.2015 по 1.06.2018г.
Из графиков температур видно, что в период с декабря 2017 года по май 2018 года наблюдаются значительные колебания температур. Данные колебания в этот период присутствуют на всех термометрических косах всех СОУ, включая термометрические косы и логгеры фирм «Эталон» и «Фундаментпроект». В связи с тем, что причины появления таких колебаний не были установлены, данный период времени исключен из расчетных моделей нахождения фактических характеристик СОУ.
Ввиду того, что на датчиках термометрических кос фоновых термоскважин отсутствуют значительные колебания температур в зимние периоды 2015-2019гг, можно сделать вывод, что в эти периоды отсутствует тепловая интерференция (взаимное влияние) между СОУ.
Тепловизионные исследования
Во время проведения наблюдений за температурами грунта, проводились тепловизионные исследования конденсаторных частей СОУ. Тепловизионные снимки, проводились несколько раз в каждый зимний сезон.