В.А. Ворк, С.А. Овчинникова, М.А. Федотенко
ВАТ «Гіпровостокнефть», м. Самара
Проектування та експлуатація об'єктів в місцях розповсюдження багаторічномерзлих грунтів є складною інженерною задачею. Для обгрунтування можливості експлуатації об'єктів необхідно проводити розрахунок растепленія грунтів. У статті наведено методику розрахунку теплового поля в пріустьевих зонах свердловин. Вирішується задача нестаціонарного теплообміну з урахуванням зміни теплофізичних параметрів грунтів.
В останні роки райони видобутку нафти і газу все більше зміщуються у бік Східної Сибіру. У зв'язку з переміщенням районів промислу в області поширення багаторічномерзлих грунтів постає питання про облік їх взаємодії з спорудами (будівлі, трубопровідні системи, свердловини і т.д.). Проектування споруд в умовах вічній грунтів є складною інженерною задачею, яка вимагає спеціального підходу, а також ставить необхідність у розробці власного програмного забезпечення або купівлі розрахункових комплексів для виконання проектної документації. В даний час, як у Росії, так і за її межами розроблено велику кількість розрахункових методик для аналізу температурного поля в областях поширення багаторічномерзлих грунтів [1]. Поряд з розрахунковими методиками, розробляються системи моніторингу температур для забезпечення додаткової безпеки експлуатації трубопровідних систем [2]. Одним з найбільш добре зарекомендували себе розрахункових методів є метод скінченних елементів (МСЕ), який є найбільш популярним прийомом при проектуванні і розробці різних систем в різних областях. Основними перевагами методу є:
універсальність, тобто він застосовний до широкого кола завдань (розрахунки на міцність, розрахунки гідрогазодинаміки, теплові розрахунки і т.д.);
відсутність необхідності вирішувати складні диференціальні рівняння (ССистема рівнянь теорії пружності і т.д.);
- Велика кількість розроблених при використанні методу скінченних елементів
програмних комплексів (Bentley AutoPIPE, ANSYS, MSC.Patran / Nastran і т.д.).
На сьогоднішній день існує велика кількість розрахункових програм, заснованих на МСЕ. Вони можуть мати властивості, необхідними для вирішення якихось конкретних завдань. Наприклад, програма Bentley AutoPIPE дозволяє розглядати тільки балкові системи трубопроводів. Поряд з вузькоспеціалізованими розрахунковими комплексами існують і універсальні інструменти. Найбільш популярним в даний час є розрахункова програма ANSYS, яка володіє достатнім функціоналом для вирішення широкого кола завдань в різних областях (механіка твердого деформованого тіла, теплові розрахунки, механіка рідини і газу, електродинаміка і т.д.).
Одна з проблем при облаштуванні та експлуатації нафтових свердловин в районах розповсюдження вічній грунтів - це теплова деформація грунтів. Мерзлі грунти мають специфічними реологічними, просадними, пу-чіністимі та іншими властивостями в залежності від температури. У зв'язку з цим важливим завданням є розрахунок теплових полів нафтових свердловин протягом усього терміну експлуатації. На підставі отриманих даних можна робити висновки про безпеку роботи даного об'єкту. До вирішення теплотехнічних задач існують два підходи: стаціонарний [3] і нестаціонарний. Спрощено кажучи, стаціонарний тепловий розрахунок оцінює вплив постійних температурних впливів на розглянуту систему, тоді як нестаціонарний визначає розподіл температур та інших теплових...
