РАСЧЕТ ТРУБЫ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ В СКВАЖИНЕ В МАССИВЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД

И. И. Железняк, В. А. Стетюха

Железняк И. И., Стетюха В. А. Расчет трубы из полимерного материала на действие внешней нагрузки в скважине в массиве многолетнемерзлых пород // Известия УГГУ. 2018. Вып. 3(51). С. 121-125. DOI 10.21440/2307-2091-2018-3-121-125

Актуальность работы связана с особенностями загружения трубы внешним давлением в вертикальной скважине, расположенной в массиве многолетнемерзлых пород. Ее результаты направлены на обеспечение эксплуатационной надежности и эффективности геотехнологических, инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.
Цель работы – оценка способности трубы из полимерного материала выдерживать приложенную к ней нагрузку.
Методология исследования. Исследуются условия работы вертикальной трубы из полимерного материала в скважинах различного назначения с учетом основных климатических и геокриологических факторов, характерных для северной части криолитозоны Забайкальского края. Дополнительная нагрузка задается внешним воздействием, вызываемым замерзанием воды в замкнутом затрубном пространстве сопровождающимся деформацией трубы при обжатии ее льдом. Для исследования процессов были использованы методы термодинамики. Исследовано напряженнодеформированное состояние упругой модели трубы из полимерного материала. При определении внутренних усилий использован программный комплекс ЛИРА.
Результаты. Решена задача нелинейного тепломассопереноса в условиях распространения многолетнемерзлых пород. Выполнен расчет трубы на прочность и устойчивость в условиях ее сжатия льдом в условиях замкнутого пространства. Установлена зависимость несущей способности трубы от ее диаметра, толщины слоя льда в затрубном пространстве и от характеристик материала. Определено сочетание параметров, которые могут приводить к потере устойчивости трубы или к ее разрушению.
Выводы. Обоснована необходимость разработки специальных размеров труб с заданной толщиной стенки, обеспечивающих их устойчивость при загружении внешним давлением, создаваемым при замерзании воды в затрубном пространстве в условиях наличия отрицательных температур вмещающей геологической среды.
Ключевые слова: скважина, труба, многолетнемерзлые породы, промерзание, обжатие льдом, прочность,  устойчивость.

Ключевые слова: современные геодинамические движения, ответственные объекты недропользования, атомная станция, иерархически-блочный массив, самоорганизация, деформация, геодинамическая диагностика.

ЛИТЕРАТУРА

1. Feifei Wang, Zisheng Song, Xianghu Cheng, Huanhuan Ma. Patterns and Features of Global Uranium Resources and Production // Earth and Environmental Science: IOP Conf. Series. Bristol, England: IOP Publishing. 2017. Vol. 94. P. 1–7.
2. World distribution of uranium deposits (UDEPO) with uranium deposit classification. Vienna: IAEA, 2009. October. 2009. 126 p.
3. Наумов С. С. Сырьевая база урана. Положение России на мировом рынке урана: реалии и перспективы // Горный журнал. 1999. № 12. С. 12–17.
4. Westermann S., Østby T. I., Gisnås K., Schuler T. V., Etzelmüller B. A ground temperature map of the North Atlantic permafrost region based on remote sensing and reanalysis data // The Cryosphere. 2015. Vol. 9. P. 1303–1319.
5. Шестернев Д. М., Верхотуров А. Г. Горно-геологическая среда месторождений полезных ископаемых Забайкалья в условиях изменения климата: монография. Чита: ЗабГУ, 2014. 227 с.
6. Солодов И. Н., Гладышев А. В., Иванов А. Г. Опыт добычи урана методом СПВ в криолитозоне // Уран: геология, ресурсы, производство: материалы Четвертого междунар. симпоз. (28–30 нояб. 2017 г.). М.: ВИМС, 2017. С. 105–107.
7. Saunders J. A., Pivetz B. E., Voorhies N., Wilkin R. T. Potential aquifer vulnerability in regions down-gradient from uranium in situ recovery (ISR) sites // Journal of Environmental Management. 2016. Vol. 183. P. 67–83.
8. Бордонский Г. С., Орлов А. О., Хапин Ю. Б. Коэффициент затухания и диэлектрическая проницаемость переохлажденной объемной воды в интервале температур 0...–90 °С на частотах 11...140 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 3. С. 255–270.
9. Kou Y., Shukla S. K., Mohyeddin A. Experimental investigation for pressure distribution on flexible conduit covered with sandy soil reinforced with geotextile reinforcement of varying widths // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018. Vol. 80. P. 151–163.
10. Yang Z., Li Q., Horazdovsky J., Leroy H., Marx E. Analysis of laterally loaded piles in frozen soils // Geotechnical Special Publication. 2012. 225 GSP. P. 215–224.
11. Atlasov R., Nikolaeva M., Skryabin R. Technology of reaming before running casing under permafrost conditions // 17th International Multidisciplinary Scientific GeoСonference SGEM 2017 (Albena, Bulgaria, 29 June–5 July 2017 г.). 2017. Vol. 17, Issue 14. P. 927–932.
12. Стетюха В. А. Оценка эффективности природоохранных технологий при ведении горных работ в условиях многолетнемерзлых пород // Изв. вузов. Горный журнал. 2006. № 6. С. 43–50.
13. Шполянская Н. А. Вечная мерзлота Забайкалья. М.: Наука, 1978. 132 с.
14. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / под ред. Э. Д. Ершова. М.: Недра, 1989. 514 с.
15. Zheleznyak I. I., Chernykh E. N., Chechel’nitskii V. V. Investigation of Combined Seismic and Geocryologic Conditions for Northern Trans-Baikal // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2017. Vol. 54, Issue 5. November. P. 336–340.
16. Roman L. T., Merzlyakov V. P., Maleeva A. N. Thermal deformation of frozen soils: role of water and gas saturation // Kriosfera Zemli. 2017. Vol. XXI, № 3. P. 23–29.
17. Merzlyakov V. P., Rudykh O. L. On the Coefficient of Temperature Expansion of Frozen Soils // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2010. Vol. 47, Issue 5. December. P. 180–188.
18. Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. Т. 2. Более сложные вопросы и задачи. М.: Наука, 1965. 480 с.