CC BY
244
УДК 627.88
Г.Р. Шамсутдинова, С.Д. Ким
ШАМСУТДИНОВА Гузель Радиковна - студентка, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), КИМ Сергей Дмитриевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории внешних воздействий, оснований и фундаментов МНГС Центра «Морские нефтегазовые месторождения» (Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ). E-mail: [email protected] © Шамсутдинова Г.Р., Ким С. Д., 2012
Методы защиты морских ледостойких платформ от ледовых воздействий
Предлагается обзор методов защиты морских ледотойких платформ от ледовых воздействий, приводится краткая характеристика каждого из методов.
Ключевые слова: ледовый менеджмент, ледовый остров, ледовый барьер, ледовый мониторинг.
Protection methods of the marine platforms from ice impacts. Guzel R. Shumsutdinova - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok), Sergei D. Kim (Gazprom VNIIGAZ, Moscow). The paper presents an overview of methods of protection of marine platforms from ice impacts, and brief description of each of the methods.
Key words: ice management, ice island, ice barrier, ice monitoring.
Освоение ресурсов нефегазоносных районов шельфа замерзающих морей в настоящее время один из перспективных источников развития топливно-энергетической базы.
За рубежом освоение ресурсов нефти и газа субарктического, затем арктического шельфов было начато США и Канадой в 1960-е годы. Эти работы в 1970-е годы велись довольно высокими темпами, что позволило выявить ряд крупных, перспективных на нефть и газ регионов, таких как восточный атлантический шельф Арктического острова и шельф моря Бофорта в Канаде, а также шельфы морей Бофорта, Чукотского и Берингова на Аляске (США) с суммарным запасом в пределах 8-54 млрд т условного топлива (в пересчете на нефтяной эквивалент).
Платформы континентального шельфа относятся к сооружениям первого класса, что предусматривает высокий уровень защиты от воздействия различных факторов. Наличие ледяного покрова, суровые природно-климатические условия - серьезные трудности на пути создания технических средств освоения шельфа, в первую очередь ледостойких платформ и оснований для проведения буровых работ и добычи нефти и газа.
В данной работе мы попытаемся представить обзор методов защиты морских ледостойких платформ от ледовых воздействий.
На современном уровне развития науки и техники для снижения уровня действия ледовых нагрузок или для их предотвращения используются следующие методы защиты:
- управление ледовой обстановкой (УЛО, англ. - ice management);
- создание искусственных островов и ледовых барьеров (здесь особое внимание уделяется проектированию откосов и инфраструктуры островов);
- регулирование ледового воздействия и защитные мероприятия (установка барьеров перед конструкцией для того, чтобы инициировать посадку на мель ледяных обломков; использование сателлитных конструкций; проектирование различных вариаций формы периметра сооружений);
- смягчение последствий вторжения льда (проектирование инфраструктуры островов; строительство буровых установок кессонного типа с достаточным надводным бортом; строительство бетонных сооружений гравитационного типа; проектирование откосов и граней буровых островов);
- ледовый мониторинг - ice monitoring (наблюдение за ледовым режимом и процессом взаимодействия ледяного покрова с сооружением).
Управление ледовой обстановкой
Стационарные и плавучие конструкции, эксплуатируемые в ледовых условиях, часто сопровождаются поддержкой высокоэффективных судов, контролирующих ледовую обстановку, их роль - изменение локальных ледовых условий, уменьшение ледовых нагрузок на конструкции и очищение от ледяного
покрова вблизи конструкций. Необходимость выявления опасных ледовых образований и ситуаций, требующих применения системы управления ледовой обстановкой, и своевременного решения этих проблем расширяет диапазон рассматриваемых внешних условий обычных для стационарных конструкций. УЛО также необходимо для стационарных конструкций в качестве обеспечения поставок грузов и отгрузки продукции, а также для очистки возможных путей эвакуации для спасательного судна.
Управление ледовой обстановкой для обнаружения льдов. Обнаружение айсбергов включает широкий спектр мероприятий: дальнее наблюдение для подготовки и размещения судов; стратегический мониторинг для определения приоритета потенциальных угроз; тактический мониторинг для определения траектории и скорости дрейфа.
Важнейшим требованием является обнаружение всех айсбергов, представляющих угрозу для выполнения работ, их непрерывное или почти непрерывное отслеживание. Потенциальные угрозы можно оценить на основе расчетного времени перемещения относительно времени, необходимого для поэтапного и упорядоченного прекращения работ с последующим отсоединением.
Активное (физическое) управление ледовой обстановкой. Связано с реальными операциями судов, ко -торые предназначены для разлома морского льда и очистки акватории и/или других образований в ледяном покрове, а также с отведением айсбергов и небольших масс ледникового происхождения.
Создание искусственных островов
и ледовых барьеров
Искусственные ледовые острова. Годами севшие на мель торосистые образования наблюдались на мелководье в полярных и субполярных регионах. Они стабилизировались и часто оставались неподвижными до конца зимы. Севшие на мель ледяные нагромождения также служат для стабилизации окружающего дрейфующего льда, смещая зону активных подвижек дальше в море. Эти устойчивые массы позволяют сформировать твердое основание для таких работ, как разведывательное бурение, а в процессе таяния летом оставляют минимальный след.
Ледовые барьеры. Могут формироваться из севших на мель ледяных обломков или увеличиваться с помощью технологий заливания или разбрызгивания [3] и использоваться в качестве защитного барьера для разведки на шельфе.
Регулирование ледового воздействия
и защитные мероприятия
Методы пассивной защиты и контроля ледового воздействия могут использоваться для снижения риска или повышения класса безопасности, относящегося к данной конструкции. Они могут быть применены на стадии проектирования или эксплуатации в период расчетного срока эксплуатации конструкции. Методы контроля и защиты также могут применяться для снижения ледовых нагрузок на конструкцию.
Применяются следующие методы.
1. Установка барьеров перед конструкцией для того, чтобы инициировать посадку на мель ледяных обломков.
2. Использование сателлитных конструкций для ослабления ледовых нагрузок на саму буровую платформу. Так, вокруг Sunkar, буровой платформы в Каспийском море, возведена защитная система, которая имела двойное назначение: увеличение сопротивления скольжению: через образование гряды ледяных обломков на грунте, в случае подвижек льда; и путем набрызгивания льда на сателлитные конструкции [1]; предоставление относительно свободного ото льда пути доступа к платформе Sunkar для вспомогательных судов.
Смягчение последствий вторжения льда
Надвиг льда является комплексным воздействием, зависящим от многих факторов. На современном этапе имеется только поверхностное понимание процессов этого явления.
Следующие методы ледового контроля доступны для защиты от вторжения льда:
1. Проектирование инфраструктуры островов таким образом, чтобы они имели дорогу по периметру и установку наиболее критического оборудования ближе к внешним границам острова. Этот подход наиболее применим для намывных или искусственных островов. Дорога по периметру обеспечивает доступ по всему острову, а также защиту от вторжения льда на остров, которое подвергает риску производственные мощности.
2. Строительство буровых установок кессонного типа с достаточным надводным бортом, чтобы мощности на них могли бы быть защищены от вторжения льда. Некоторые конструкции, такие как MolikPaq
и кессон, были построены со стальными ледовым дефлекторами по всему периметру в верхней части кессона [2, 4].
3. Проектирование откосов и граней буровых островов таким образом, чтобы они вызывали нестабильность обломков льда вторгающегося ледового покрова, приводя к образованию ледяных обломков, предотвращая дальнейшее вторжение на остров. Методы для достижения этого включают:
- использование откосов с различными вертикальными профилями, такими как «выгиб» в откосе (приводит к неустойчивости приближающихся обломков льда) или крутой подъем (может вызвать изменение режима разрушения льда);
- установка препятствий вдоль лицевой грани, например стальных свай для сдерживания надвига льда (пример - «танковые ловушки», используемые на острове Challenge [б], должные способствовать формированию ледяных обломков, предотвращающих надвиг льда);
- устройство специальных ледозащитных барьеров SIB.
Ледовый мониторинг
Системы мониторинга на существующих морских сооружениях дают возможность сбора ценной информации о процессах воздействия ледяных образований на сооружения [5].
Одной из важнейших задач ледового мониторинга является улучшение качества проектирования будущих платформ.
Систему ледового мониторинга можно разделить на две составляющие.
1. Наблюдение за ледовым режимом:
- исследование и сбор детальной информации о ледовом режиме и дрейфе льда в месте установки платформы;
- визуальный контроль основных параметров ледового режима: сплоченности ледяного покрова, размеров ледяных образований, толщин льда, торосистости;
- визуальная оценка скоростей и направлений дрейфа;
- сбор детальной информации по толщинам льда и его дрейфе подводными сонарами;
- сбор фотографической и видеоинформации о состоянии ледяного покрова;
- сбор и анализ спутниковой информации;
2. Наблюдение за воздействием льда на платформу:
- видеозаписи процессов воздействия льда на конструкцию;
- визуальные наблюдения за разрушением льда и следа за сооружением; видео- и фотоинформация о разрушении льда;
- инструментальные наблюдения за воздействием ледяных образований на сооружение и измерения реакции конструкции.
Исследования ледового режима и наблюдения за воздействием ледяных образований на сооружения используются для сбора дополнительной статистической информации о ледовой обстановке и интерпретации данных инструментальных измерений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bastian J., Standberg A.G., Graham W.P., Mayne. D. Caspian Sea Sprayed Ice Protection Structures // Proc. 17th IAHR '04 Int. Symp. on I. Vol. 2. St. Petersburg, 2004. P. 58-б7.
2. Croasdale K.R. Ice Forces: Current Practice // Proc. 7th OMAE, Houston, 7-12 Febr.,1988. Houston, 1988 P. 133-151.
3. Croasdale K., Marcellus R., Metge M., Wright B. Overview of Load Transmission through Grounded Ice Rubble: Program of Energy Research & Development (PERD) // Report prepared for National Research Council. Ottawa, 1994.
4. Jefferies M. Wright W. Dynamic Response of Molikpaq to Ice-Structure Interaction // Proc. OMAE. 1988. Vol. 4.
5. PSTS 5 Ice: Environmental Conditions and Loads (2002). Sakhalin II Phase II Project Facilities Design 3400-Z-90-01-P-0075, June 2002.
6. Vaudrey K.D., Potter, R.E. Ice Defense for Natural Barrier Islands during Freezeup // Proc. POAC 1981, Quebec, 1981. Vol. 1. Quebec, 1981. P. 302-312.
X
