УЧЕТ СТЕПЕНИ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ВМЕЩАЮЩИХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Аннотация

Техногенное воздействие, неизбежное как при строительстве, так и при длительной эксплуатации подземного нефтепровода, приводит к значительному изменению теплофизических свойств вмещающего грунта. Кроме того, имеет место значительное сезонное изменение эффективного коэффициента теплопроводности, при этом наблюдаемые в зимний и летний периоды значения могут различаться в два раза. Необходимость решения задачи теплообмена системы «трубопровод - мерзлый грунт» как сопряженной делает использование численных методов решения малоприменимыми. Ореол протаивания, формирующийся под влиянием теплового воздействия трубопровода, делает практически невозможным проведение теплогидравлического расчета по причине неопределенности его размеров. Процессы миграции влаги и фазовых превращений, происходящие во вмещающем мерзлом грунте под действием периодически изменяющегося градиента температур и направления теплопередачи, также оказывают значительное влияние на изменение коэффициента теплопроводности и практически не поддаются моделированию, что дополнительно усложняет поставленную задачу. Интегральный подход к решению вопроса распределения температур по длине трубопровода позволяет избежать весьма трудоемкой и далеко не всегда эффективной процедуры определения размеров ореолов протаивания вокруг трубопровода на этапе теплогидравлического расчета. Предложен способ учета теплового воздействия подземного трубопровода на теплопроводность вмещающего многолетнемерзлого грунта. На основании результатов физического эксперимента, моделирующего процессы протаивания-промерзания вокруг подземного трубопровода в мерзлом песчаном грунте в квазистационарном режиме теплообмена, была определена степень изменения теплопроводности грунта в зависимости от направления движения ореола протаивания. Использование коэффициента техногенного воздействия, учитывающего изменение теплопроводности грунта в результате нарушения криогенной текстуры грунта при тепловом воздействии подземного трубопровода, позволит повысить точность теплогидравлических расчетов. Данные рекомендации по определению расчетного значения коэффициента теплопроводности грунта можно использовать также и в случае дефицита исходной информации.