Что общего у зимних видов спорта и энергоресурсов, залегающих в Арктике? Холод. Именно он открывает сезон катания на коньках и окутывает толщи вечной мерзлоты. Почва, не оттаивающая даже летом, покрывает более 65% территории нашей страны, в том числе арктические регионы с их огромными запасами полезных ископаемых. Вечная мерзлота капризна, поэтому нефтяники заботятся о ней и везут на северные месторождения «холодильники».
Вечная мерзлота — это смесь минеральных частиц разного размера (от песчинок до больших камней), погибшей органики и льда. Вечной она только называется. У нее было начало — последняя ледниковая эпоха, когда Северный Ледовитый океан был скован льдом на протяжении десятков тысяч лет, а над материком температура не поднималась выше ноля даже летом. Будет у мерзлоты и конец. Он приближается почти десять тысяч лет, с тех пор как начал отступать большой ледник и температура на планете стала расти.
Каждое лето под воздействием слабых лучей арктического солнца вечная мерзлота тает. Ежегодно площадь и глубина такого оттаивания растет. Почва, песок и камень, скованные древним льдом, высвобождаются, превращаются в жидкую грязь и приходят в движение. Эти явления учитывают при возведении жилых домов и промышленных зданий на Крайнем Севере, устанавливая сваи и предотвращая таким образом отдачу тепла от нижних этажей к грунту. Зимой под домом убирают снег, чтобы он не «согревал» почву.
По мере повышения среднегодовой температуры воздуха этих мер становится недостаточно, и грунты все равно подтаивают. Чтобы избежать смещения и обрушения построек, за температурой земли под жилыми и промышленными объектами внимательно следят.
Следить и контролировать
По строительным нормативам грунт должен оставаться замерзшим все время, пока стоит здание. Чтобы контролировать температуру земли, под фундаментом прокладывают специальную сеть мониторинга, состоящую из 12-метровых скважин. В каждую скважину опускают длинные термокосы — пучки проводов с температурными датчиками и цифровыми контроллерами, которые собирают данные.
За состоянием построек следят и по деформационным маркам — отметкам, которые позволяют заметить крен или подъем отдельных конструкций или всего здания, следить за его осадкой.
Так мониторят состояние грунта под жилыми домами, школами и больницами, промышленными объектами и трубопроводами. На Севере трубы почти никогда не закапывают в землю. Их прокладывают на высоте полтора-два метра от поверхности, защищают от мороза пенополиуретановой шубой, а в грунте, на котором стоят опоры трубопровода, бурят термометрические скважины.
Александр Михеев
генеральный директор совместного предприятия «Газпром нефти» и «ЛУКОЙЛа», ведущего разработку Тазовского месторождения
На территории Тазовского месторождения больше десяти тысяч охлаждающих устройств. Регулярный геотехнический мониторинг позволяет предприятию обеспечивать максимально безопасную эксплуатацию нефтепромысловых объектов. Минимизация воздействия на окружающую среду, сохранение уникальной экосистемы Заполярья входят в число наших безусловных приоритетов.
Добавить холода
Одного наблюдения за протаивающими грунтами недостаточно. Чтобы температура не поднималась выше определенной отметки, а земля оставалась стабильно холодной, используют «холодильники». Принцип их работы не отличается от тех, в которых мы храним продукты. Только если бытовые холодильники отводят тепло от внутренней камеры, то арктические — от земли.
Одни охлаждающие устройства выглядят как ковер из покрывающих землю труб и разбросанных по всей площади невысоких столбиков — конденсаторных блоков. Хладагент циркулирует по трубам. Забирая тепло от грунта, он испаряется, а конденсатор снова превращает его в жидкость. При этом тепло выделяется и уходит в атмосферу через ребра радиатора.
Другие холодильники больше похожи на рекламные щиты: вместо покрывающей большую площадь сети труб — вертикальные трубы, вкопанные на глубину 12 метров и глубоко промораживающие грунт. Над трубами устанавливают конденсаторы и радиаторы. Последние представляют собой прямоугольники из гофрированного металла — они-то и напоминают рекламные щиты.
Теплая нефть с больших глубин поднимается наверх по теплоизолированным трубам — термокейсам. Для точечного охлаждения грунта под опорами трубопроводов, дорог, мостов, линий электропередач используют индивидуальные термостабилизаторы — длинные устройства с хладагентом внутри, одним концом уходящие в землю. Они расположены под северными трубопроводами по всей их длине и защищают мерзлоту от таяния.
Сохранение природы — одна из главных задач нефтяников, которые работают в Арктике. Важно замедлить таяние замерзшего грунта: чем плавнее будет этот естественный для планеты процесс, тем легче люди, животные, растения и инфраструктура смогут подстраиваться под климатические перемены.
