Активное освоение нефтяных и газовых месторождений Крайнего Севера сопровождается возникновением проблемы утилизации буровых отходов. Одним из вариантов ее решения является захоронение буровых отходов в подземные резервуары, которые сооружаются в массивах многолетнемерзлых песчаных грунтов путем их водно-теплового разрушения. Подземное захоронение отходов имеет ряд преимуществ над другими методами: низкая стоимость строительства и эксплуатации резервуаров, высокая экологическая надежность. Однако, как и все технологии, не лишено недостатков. В статье показано, что использование существующей методики расчета устойчивости резервуаров дает завышенные результаты. Расчет производится только при одной постоянной температуре грунта, не учитывается изменение свойств и температуры грунтов за контуром зоны пластичномерзлого состояния ни в процессе строительства, ни в процессе эксплуатации. На основании выполненного расчета напряженно-деформированного состояния вокруг резервуара с учетом температурного фактора установлено, что увеличение температуры окружающих многолетнемерзлых грунтов снижает устойчивость хранилища, увеличивает осадку земной поверхности. По результатам моделирования напряженно-деформированного состояния массива грунтов вокруг подземных резервуаров выявлены их наилучшая и наихудшая конфигурации для строительства. Определено оптимальное соотношение высоты резервуара и его максимального радиуса. По результатам проведенных исследований дан прогноз изменения состояния грунтовой толщи участка строительства. Так, по итогам математического моделирования теплового взаимодействия многолетнемерзлых грунтов с буровыми отходами проанализирован процесс промерзания последних, оценено увеличение температуры многолетнемерзлых грунтов и ее восстановление с течением времени. По данным лабораторных трехосных испытаний установлено изменение физико-механических свойств многолетнемерзлых грунтов в результате увеличения их температуры. Расчет устойчивости резервуара отражает ожидаемые изменения естественного напряженного состояния многолетнемерзлого массива и возможные осадки земной поверхности.

1. Аксютин О.Е., Казарян В.А., Ишков А.Г., Хлопцов В.Г., Теплов М.К., Хрулев А.С., Савич О.И., Сурин С.Д., 2013. Строительство и эксплуатация резервуаров в многолетнемерзлых осадочных породах. Ижевский институт компьютерных исследований, Ижевск.
2. Аренс В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н., 1980. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. Недра, Москва.
3. Воронова А.В., Скворцов А.А., 2018. Оценка устойчивости подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9, с. 35–46.
4. Воронова А.В., Скворцов А.А., Журавлева Т.Ю., 2016. Методика оценки устойчивости подземных резервуаров в
многолетнемерзлых породах. Инженерная геология и геоэкология. Фундаментальные проблемы и прикладные задачи, Сергеевские чтения, Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Вып. 18, Москва, 2016, с. 544–549.
5. Вялов С.С., 1959. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. Изд-во АН СССР, Москва.
6. Ершов Э.Д. (ред), 1989. Геокриология СССР. Западная Сибирь. Недра, Москва.
7. Ершов Э.Д. (ред), 1999. Основы геокриологии. Часть 5. Инженерная геокриология. Изд-во МГУ, Москва.
8. Казарян В.А., Сильвестров Л.К., Теплов М.К., Хрулев А.С., Погодаев А.В., Юсупов Д.А., 2011. Опыт эксплуатации подземного хранилища газового конденсата, созданного в многолетнемерзлых породах. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6, с. 247–258.
9. Кузьмин Г.П., 2008. Подземное пространство криолитозоны (проблемы и перспективы использования). Наука и техника в Якутии, № 1 (14), с. 15–19.
10. Пискунова А.С., Сурин С.Д., Воронова А.В., 2018. Проблемы захоронения буровых отходов в подземных резервуарах скважинного типа в многолетнемерзлых грунтах. Обращение с отходами: задачи геоэкологии и инженерной геологии, Сергеевские чтения, Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Вып. 20, Москва, 2018, с. 244–250.
11. Смирнов В.И., Хрулев А.С., Игошин А.И., 2004. Добыча строительных песков и сооружение подземных хранилищ на полуострове Ямал средствами скважинной гидротехнологии. Актуальные проблемы и новые технологии освоения месторождений углеводородов Ямала в XXI веке, Сборник докладов отраслевой научно-практической конференции в ООО «Ямбурггаздобыча», Ямбург, 2004, с. 8–35.
12. Сурин С.Д., 2013. Обоснование тепловых режимов строительства и эксплуатации подземных резервуаров в многолетнемерзлых породах. Дисс. … канд. техн. наук, Московский государственный горный университет, Москва.
13. Хрусталев Л.Н., Емельянова Н.В., Пустовойт Г.П., Яковлев С.В., 1994. Программа расчета теплового взаимодействия инженерных сооружений с вечномерзлыми грунтами. Cвидетельство № 940281 РосАПО.
14. Цытович Н.А., 1973. Механика мерзлых грунтов. Высшая школа, Москва.

МОСИНА АННА СЕРГЕЕВНА
Аспирант кафедры инженерной и экологической геологии
геологического факультета Московского государственного
университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия
НИКОЛАЕВА СВЕТЛАНА КАЗИМИРОВНА
Доцент кафедры инженерной и экологической геологии
геологического факультета Московского государственного
университета им. М.В. Ломоносова, к.г.-м.н, г. Москва, Россия
СКВОРЦОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
Начальник отдела геомеханического и гидрогазодинамического
моделирования ООО “Газпром геотехнологии”, к.т.н., г. Москва,
Россия

Active development of oil and gas fields in the Far North is accompanied by the problem of drilling waste utilization. One of the variants of it solution is the burial of drilling wastes into underground reservoirs constructed in the massifs of permafrost sandy soils by their water and thermal destruction. Underground wastes disposal has a number of advantages over other methods: low cost of reservoir construction and operation, high environmental reliability, however, as well as all technologies are not without disadvantages. The article shows that the use of existing calculation methods of reservoirs stability gives overestimated results. The calculation is made only at one constant soil temperature, does not take into account changes in soil properties and temperature behind the contour of the plastic frozen state zone neither during construction nor during operation. Based on the calculation of stress-strain state around the reservoir with the consideration of temperature factor, it is shown that the increase in temperature of surrounding permafrost soils reduces the stability of the reservoir and increases settlements of the Earth surface. Based on the results of modeling the stress-strain state of the soil mass around the underground reservoirs, their best and worst configurations for construction were revealed. The most optimal ratio of the reservoir height to its maximum radius has been determined. Based on the results of the researches, a detailed forecast of changes in the engineering and geological conditions of the construction site is given. Therefore, according to the results of mathematical modeling of the thermal interaction of permafrost soils with buried drilling wastes, the process of drilling wastes freezing is analyzed, the increase of permafrost soils temperature and it remediation over time are estimated. According to the results of laboratory triaxial tests, the dynamics of the physical-mechanical properties of permafrost soils as a result of temperature increase was determined. The reservoir stability calculation reflects the expected changes in the natural stress state of the permafrost soil mass and possible settlement of the Earth surface.

1. Aksyutin O.E., Kazaryan V.A., Ishkov A.G., Khloptsov V.G., Teplov M.K., Khrulev A.S., Savich O.I., Surin S.D., 2013. Construction and operation of reservoirs in permafrost sedimentary rocks. Izhevsk Institute of Computer Science, Izhevsk. (in Russian)
2. Arens V.Zh., Ismagilov B.V., Shpak D.N., 1980. Well hydrodynamic mining of solid minerals. Nedra, Moscow. (in Russian)
3. Voronova A.V., Skvortsov A.A., 2018. Estimation of the stability of underground reservoirs in permafrost. Mining Informational and Analytical Bulletin, No. 9, pp. 35–46. (in Russian)
4. Voronova A.V., Skvortsov A.A., Zhuravleva T.Yu., 2016. Methodology for assessing the stability of underground reservoirs in permafrost. Engineering geology and geoecology. Fundamental problems and applied issues, Sergeevsky readings, Materials of the annual Session of the RAS Scientific Council on Geoecology, Engineering Geology and Hydrogeology, Issue 18, Moscow, 2016, pp. 544–549. (in Russian)
5. Vyalov S.S., 1959. Rheological properties and bearing capacity of frozen soils. Publishing house of the USSR Academy of Sciences, Moscow. (in Russian)
6. Ershov E.D. (ed.), 1989. Geocryology of the USSR. Western Siberia. Nedra, Moscow. (in Russian)
7. Ershov E.D. (ed.), 1999. Fundamentals of geocryology. Part 5. Engineering geocryology. Publishing house of the Moscow State University, Moscow. (in Russian)
8. Kazaryan V.A., Silvestrov L.K., Teplov M.K., Khrulev A.S., Pogodaev A.V., Yusupov D.A., 2011. Operational experience of an underground gas condensate storage facility created in permafrost rocks. Mining Informational and Analytical Bulletin, No. 6, pp. 247–258. (in Russian)
9. Kuzmin G.P., 2008. Underground space of the permafrost zone (problems and prospects of use). Nauka i tekhnika v Yakutii, No. 1 (14), pp. 15–19. (in Russian)
10. Piskunova A.S., Surin S.D., Voronova A.V., 2018. Problems of drilling waste disposal in underground borehole tanks in permafrost soils. Waste management: problems of geoecology and engineering geology, Sergeevsky readings, Materials of the annual Session of the RAS Scientific Council on Geoecology, Engineering Geology and Hydrogeology, Issue 20, Moscow, 2018, pp. 244–250. (in Russian)
11. Smirnov V.I., Khrulev A.S., Igoshin A.I., 2004. Extraction of building sands and construction of underground storage facilities on the Yamal Peninsula by means of downhole hydraulic technology. Actual problems and new technologies for the development of hydrocarbon deposits in Yamal in the XXI century, Collection of reports from the branch research and practical conference in Yamburggazdobycha LLC, Yamburg, 2004, pp. 8–35. (in Russian)
12. Surin S.D., 2013. Substantiation of thermal regimes of construction and operation of underground reservoirs in permafrost. Ph.D. Thesis, Moscow State Mining University, Moscow. (in Russian)
13. Khrustalev L.N., Emelyanov N.V., Pustovoit G.P., Yakovlev S.V., 1994. Program for calculating the thermal interaction of engineering structures with permafrost soils. Certificate No. 940281 of the Russian Agency for the Legal Protection of Programs for Electronic Computers, Databases, Topologies of Integrated Circuits. (in Russian)
14. Tsytovich N.A., 1973. Mechanics of frozen soils. Vysshaya shkola, Moscow. (in Russian)

ANNA S. MOSINA
Postgraduate Student of the Department of Engineering and Ecological
Geology, Faculty of Geology, Lomonosov Moscow State University;
Moscow, Russia
SVETLANA K. NIKOLAEVA
PhD (Geology and Mineralogy); Associate Professor in the Department
of Engineering and Ecological Geology, Faculty of Geology,
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia
ALEXEY A. SKVORTSOV
PhD (Technics); Head of the Department of Geomechanical and
Hydrodynamic Modeling, Gazprom Geotechnology LLC; Moscow,
Russia