Эдуард родился и почти всю жизнь прожил на Крайнем Севере — в ямальском городе Надыме, где в самые морозные зимы температура опускается до минус 57 градусов. Холод не только стал привычным для него, но и превратился в профессию: Эдуард стал специалистом по сохранению вечной мерзлоты при разработке арктических месторождений природного газа. «Энергия+» встретилась с экспертом по холоду и узнала от него о цементных «одеялах», зимних «холодильниках» и совсем не новогодних гирляндах.
В Арктике природный газ залегает на трехкилометровой глубине, где недра сильно разогреты из-за давления и температура газа достигает 110 градусов. Когда он выходит на поверхность по скважине, то передает ей до 80% тепла и представляет опасность для вечной мерзлоты.
Толщина вечномерзлого слоя породы на Севере достигает 400 метров. Моя обязанность — следить за тем, чтобы при строительстве и эксплуатации сооружений на месторождениях она не оттаивала. Так мы защищаем природу. Если грунт оттаивает, он становится менее устойчивым, начинает проседать, из-за чего скважины и здания могут деформироваться и даже разрушаться.
Вечную мерзлоту сохраняют с помощью термокейсов и труб-«лифтов», которые изолируют горячую скважину от окружающего грунта. Термокейс — конструкция, которую как бы надевают на скважину, а лифтовая труба ставится вместо основной, по которой поднимается газ. Принцип в обоих случаях один: это труба в трубе, между стенками которых есть теплоизолятор.
Термозащитная конструкция напоминает металлический термос. Только находится он не в рюкзаке туриста, а вокруг скважины в слое вечной мерзлоты. Теплоизолятором служат пенополиуретан или вакуум. Их толщину выбираем максимально возможную конструктивно — 9,2 сантиметра.
Пенополиуретан — это тот самый материал, которым запенивают пустоты вокруг оконных рам при монтаже: он безопасен для человека и природы. Термокейс с пенополиуретаном служит больше 30 лет — примерно столько работает и сама скважина.
Вакуум тоже эффективен: его теплопроводность — минимальная из возможных, и она ниже теплопроводности пенополиуретана в 2,5 раза. От деформации под давлением окружающих пород конструкцию защищают стенки «термоса» толщиной около сантиметра. Однако вакуум мы применяем реже, потому что довольно сложно обеспечить герметичность таких конструкций в долгосрочной перспективе.
Ученые ищут другие теплоизоляторы, которые будут эффективнее пенополиуретана, но на сегодня он остается самой доступной и практичной начинкой для термокейсов.
Термокейс и термолифт закрепляют в мерзлых грунтах специальным цементом, теплопроводность которого втрое ниже, чем у обычного. В его состав добавлены микросферы с воздухом, изготовленные из полимеров или глины. В результате вокруг «термоса» образуется дополнительный слой изоляции.
Отдельная история — охлаждение устья скважины. Там мы ставим холодильные установки — проходящие через грунт герметичные трубки, по которым по замкнутому контуру циркулирует аммиак. Летом установки не работают, потому что на улице тепло, но зимой аммиак испаряется, конденсируется в верхней части, охлаждается и спускается на глубину до 27 метров. Такая циркуляция помогает накопить достаточный запас холода за зиму.
Термокейсы, «лифты» и «холодильники» для устья комбинируем в зависимости от особенностей скважин. Набор методик подбираем вместе со специалистами по бурению, строительству и добыче. Результат нашей работы — цифровая теплотехническая модель группы скважин, показывающая толщу вечной мерзлоты, характеристики породы и тепловое воздействие скважин. С помощью модели мы следим за тем, чтобы температура породы не превышала минус 1,5 градуса — норму для арктических месторождений.
Модель постоянно обновляется и дополняется. В основном работаем над ней удаленно за компьютером, но иногда выезжаем на месторождения посмотреть, провести дополнительные измерения и оценку.
Следить за температурой под землей в режиме онлайн помогает гирлянда датчиков. Ее опускают в термометрическую скважину глубиной 10–40 метров. Отдельные скважины нужны потому, что контролировать температуру грунта через действующие гораздо сложнее и дороже.
Информация с датчиков отправляется в Отдел геотехнического мониторинга в Тюмени. Таким образом можно автоматически снимать показания хоть каждый час.
Когда температура породы приближается к максимуму, мы делаем расчеты и выясняем, насколько это критично. По результатам расчета можем и усилить «охлаждение» в устье. Мерзлота тает не мгновенно, а месяцами — у нас всегда есть время на поиск взвешенных решений. Арктика не любит спешку, и мне это на 100% подходит.
Иногда мне кажется, что я работаю даже дома: знакомые частенько спрашивают меня, какой материал выбрать для ремонта, как утеплить загородный домик и какой фундамент построить, чтобы он не осел.
Для близких специалисты по теплоизоляции вроде меня стали незаменимыми консультантами. Впрочем, делиться опытом мне никогда не жалко.