Устройство для защиты буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей

Устройство для защиты буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей

Реферат

Изобретение относится к области защиты буровых объектов при движении ледяных полей при естественном или искусственном разрушении ледяного покрова, преимущественно в зонах эксплуатации морских объектов хозяйственной деятельности.

Большинство морей Арктического бассейна отличается большим разнообразием ледовых процессов. Являясь серьезным естественным препятствием в осуществлении хозяйственной деятельности человека на море, ледяной покров значительно ограничивает их деятельность, создает реальную угрозу их безопасности.

Проводимые в последнее время в шельфовой зоне работы по поиску углеводородов диктуют необходимость поиска более совершенных и не отягощенных серьезными материальными затратами и трудоемкостью.

В источнике информации (Расенко А. «Кайсар» это ледовый защитник // газета «Астраханские известия», 22.01.2004 [1]), в качестве средств защиты морских нефтегазовых терминалов на Каспийском море рассматривается возможность использования для этих целей затопленных на мелководье старых кораблей, которые раньше использовались в качестве мишеней для ракет.

В результате исследований была выполнена оценка характера и интенсивности взаимодействия дрейфующих льдов с неподвижной, вертикально расположенной преградой. Корабли расположены в море на глубинах 5-6 м и на расстоянии от берега от 10 до 50 км.

Эпизодические подвижки и интенсивный дрейф льда под воздействием штормовых ветров преобладающих в это время года западного и восточного направлений, а также сгонно-нагонные колебания уровня моря способствуют образованию мощных торосов. Вокруг затопленных кораблей образуются сплошные торосистые поля, а вдоль их бортов - гигантские многослойные навалы из обломков льдин, высота которых составляла от 3-6 до 15 метров над уровнем моря, а их подводные основания достигали дна, образуя торосистые образования, сидящие на грунте - стамухи.

Полученные результаты ледовых исследований были использованы в 1999 г. в Астрахани, где для нужд казахской компании ОКИОК (Оффшор Казахстан Интернешил Оперейтинг Компани), была осуществлена реконструкция типовой погружной буровой баржи, которая была специально адаптирована для работы в условиях дрейфующих льдов Северо-Восточного Каспия.

Подводное основание и борта баржи типа «Кайсар» были модифицированы таким образом, чтобы противостоять ледовым нагрузкам, которые изучались и анализировались на протяжении пяти лет. Проводилось компьютерное моделирование. В результате расчетов площадь баржи была увеличена вдвое, добавлены специальные ледовые отражатели с обеих, сторон баржи. На месте постановки баржи в море, с обеих сторон от баржи, предусмотрена установка системы мощных металлических свай (глубина заглублениях в морское дно до 20 м), назначение которых - сдерживание натиска дрейфующих льдов и активизация процессов торосового образования вокруг платформы. Также известно аналогичное устройство для защиты буровой платформы от воздействия дрейфующих льдов (Karl-Ulrich Evers, Walter Spring(Ice mjdel testing of an exploration platform for shallow waters in the North Caspian sea // 16th International Conference on Port and Ocean Engineering under Frctic Conditions "Ice Engineering Applied to Offshore Regions" (Fugust 12-17, 2001 Ottawa, Ontario, Canada) 2001, pp.255-264 [2], при использовании которого, также достигается защита буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей, созданием перед буровым объектом в ледовый период торосов, сидящих на грунте, посредством ледостойких сооружений, которые специально затапливаются по периметру вокруг буровой платформы.

Однако, при всех многочисленных достоинствах барж типа «Кайсар», использование данного устройства все-таки не гарантирует абсолютной защиты буровых объектов от воздействия дрейфующих льдов.

Так, в феврале 2002 г., под воздействием штормовых ветров преимущественно западных румбов происходило увеличение сплоченности плавучих льдов в районе Гурьевской бороздины, их интенсивная подвижка, торошение и образование стамух, которое сопровождалось повышением уровня моря, вызванного ветровым нагоном. Это опасное природное явление едва не стало причиной серьезной аварии на казахской буровой платформе «Сункар». Одна из четырех барж типа «Ледовый защитник», специально построенных и затопленных вокруг буровой платформы с целью ее защиты от опасного воздействия дрейфующих льдов, была сдвинута движущимся льдом с места и переместилась по дну на расстояние 120 м. Лишь по счастливой случайности на пути баржи не оказалась буровая платформа.

Известна также полезная модель, которая относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности, к защите буровых объектов от разрушения при эксплуатации в море, на Северном Каспии, в ледовых условиях - «Устройство для защиты буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей (Патент на полезную модель RU №79611 [3]).

Техническим результатом устройства [3] является дальнейшее усовершенствование устройств защиты от разрушения буровых объектов морской разведки и добычи. Известное [3] решает задачу защиты от разрушения буровых объектов морской разведки и добычи и содержит защитный барьер, состоящий из металлических щитов, установленных на дне водоема и винтовые сваи. При этом устройство работает следующим образом. Вокруг бурового объекта устанавливают защитный барьер, обеспечивающий торошение ледяных полей, и закрепляют его четырьмя-шестью винтовыми сваями, которые обеспечивают надежную фиксацию защитного барьера на дне. Винтовые сваи углубляют в грунт на 10 м или более и инициируют образование кольцевой стамухи вокруг бурового объекта. Дрейфующие под действием ветра ледяные поля, встречают на своем пути защитный барьер, расположенный вокруг бурового объекта, и ломаются. Заявленный технический результат получают в предположении, что из-за частой смены направлений ветра при всех типах зим, применительно к условиям северной части Каспийского моря, направление и скорость дрейфа льда в море также часто меняется, до 2-5 раз в сутки. Происходит торошение льда, при этом в результате многократной смены направлений ветра с учетом их повторяемости вокруг бурового объекта образуется торос, сидящий на грунте, который в дальнейшем защищает его от сдвига и разрушения.

При этом, одновременно решается еще одна очень важная проблема - обеспечение экологической безопасности вод Северного Каспия в результате возможных аварийных разливов нефти, поскольку кольцевая стамуха, образовавшаяся вокруг бурового объекта, обеспечивает надежную локализацию источника нефтяного (и любого другого) загрязнения, ограниченного внутренними размерами кольцевой стамухи. Ликвидировать же последствия загрязнения внутри кольцевой стамухи значительно проще, дешевле и безопаснее, чем в открытом море, покрытом дрейфующим, торосистым льдом.

Однако, технический результат от использования данного технического решения достигается только при условии, что «направление и скорость дрейфа льда в море также часто меняется, до 2-5 раз в сутки». Кроме того, надежная установка винтовых свай, сопряжена с дополнительными трудностями, в первую очередь, обусловленными типом грунта и глубинами моря в районе расположения морского нефтегазового терминала.

Задачей настоящего технического решения является повышение надежности защиты морских объектов хозяйственной деятельности в период льдообразования, дрейфа и в период торошения ледяных полей, расположенных как в условиях мелкого, так и глубокого морей.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для защиты буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей, содержащим искусственно образованное препятствие на пути дрейфующих льдов, выполненное в виде защитного барьера, установленного на дне водоема по периметру бурового объекта и закрепленного на дне сваями, при этом защитный барьер инициирует торошение дрейфующих льдов и образует вокруг бурового объекта круговой торос - кольцевую стамуху, в котором сваи выполнены в виде якоря - балласта конусообразной формы из железобетона, сваи соединены в верхней своей части с металлическими щитами, металлические щиты соединены с плавательными средствами с нулевой плавучестью на его торцевых поверхностях, в средней своей части металлические щиты соединены между собой посредством стопорных элементов, верхние части металлических щитов соединены между собой посредством упорных элементов, плавательное средство снабжено в нижней части стабилизирующим устройством, выполненным пирамидальной формы. Новые отличительные признаки устройства, заключающиеся в том, что сваи выполнены в виде якоря - балласта конусообразной формы из железобетона, сваи соединены в верхней своей части с металлическими щитами, металлические щиты соединены с плавательным средством с нулевой плавучестью на его торцевых поверхностях, в средней своей части металлические щиты соединены между собой посредством стопорных элементов, верхние части металлических щитов соединены между собой посредством упорных элементов, плавательное средство снабжено в нижней части стабилизирующим устройством, выполненным в виде металлического каркаса пирамидальной формы с нулевой плавучестью, позволяют повысить надежность защиты морского объекта хозяйственной деятельности от воздействия ледовых образований.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом (фигура). Фигура. Конструкция защитного барьера. Защитный барьер состоит из щитов 1, установленных на дне 2 водоема и соединенных со сваями 3. Сваи 3 выполнены в виде якоря - балласта конусообразной формы из железобетона. Сваи 3 соединены в верхней своей части со щитами 1. Торцевые поверхности 5 плавательных средств 4 с нулевой плавучестью соединены с металлическими щитами 1 посредством механизма 13. В средней своей части щиты 1 соединены между собой посредством стопорных элементов 6. Верхние части щитов соединены между собой посредством упорных элементов 7. Плавательное средство 4 с нулевой плавучестью снабжено в нижней части стабилизирующим устройством 8, выполненным в виде металлического каркаса пирамидальной формы. Плавательное средство 4 с нулевой плавучестью размещено на водной поверхности 11.

Щиты 1 выполнены в виде жесткой металлической конструкции и снабжены сваями 3 в виде якоря-балласта, который выполнен в виде конусообразной конструкции из железобетона. Сваи 3 соединены в верхней своей части со щитами 1, посредством болтовых соединений 12.

Плавательное средство 4 с нулевой плавучестью, выполнено в виде понтона и предназначенного для использования в морях и реках северного региона и снабжено стабилизирующими элементами для обеспечения его стабилизации при неблагоприятных погодных условиях (волнение, битый лед, шуга и т.д.). Аналог плавательного средства 4 приведен в описании к патенту RU №2271962 С1, бюл. №17 от 20.06.2005.

Разрушение льда на акватории, прилегающей к морскому объекту хозяйственной деятельности, может осуществляться известными способами. Например, известный способ разрушения ледяного покрова, включает установку под лед на расстоянии друг от друга зарядов взрывчатого вещества и их подрыв. Для повышения эффективности разрушения льда взрывами подрыв зарядов производят поочередно, причем каждый из последующих зарядов подрывают с интервалом времени, равным времени прохождения вершины изгибно-гравитационной волны (ИГВ) от места взрыва предыдущего заряда (В.М. Козин и др. "Способ разрушения ледяного покрова" SU №1820188 по заявке N 4931705/23 (036059) [1]).

Ввиду того, что практически невозможно исключить движение ледовых образований после выполнения взрывных работ, то вокруг морского объекта хозяйственной деятельности устанавливают защитный барьер, который состоит из щитов 1, установленных на дне 2 водоема и соединенных со сваями 3. Сваи 3 выполнены в виде якоря - балласта конусообразной формы из железобетона. Сваи 3 соединены в верхней своей части со щитами 1. Плавательное средство 4 с нулевой плавучестью на его торцевых поверхностях 5 ограничено двумя частями металлического щита. В средней своей части щиты 1 соединены между собой посредством стопорных элементов 6. Верхние части щитов соединены между собой посредством упорных элементов 7. Плавательное средство 4 с нулевой плавучестью снабжено в нижней части стабилизирующим устройством 8, выполненным в виде металлического каркаса пирамидальной формы с вершиной 9. Вершина металлического каркаса направлена в сторону нижней части металлического щита. Плавательное средство 4 с нулевой плавучестью размещено на водной поверхности 11.

Предлагаемый способ позволяют исключить нежелательное распространение ледовых образований в направлении размещения морского объекта хозяйственной деятельности. Предлагаемое устройство защиты буровых объектов в море достаточно эффективно не только в период льдообразования, дрейфа и торошения ледяных полей, обеспечивая их безопасную эксплуатацию, но и в условиях дрейфа существенных ледовых образований, включая айсберги. Устройство защиты буровых объектов в море может быть также использовано в качестве устройства для защиты затонувшего аварийного судна от наносов.

Источники информации

1. Расенко А. «Кайсар» это ледовый защитник // газета «Астраханские известия», 22.01.2004.

2. Karl-Ulrich Evers, Walter Spring … Ice mjdel testing of an exploration platform for shallow waters in the North Caspian sea // 16th International Conference on Port and Ocean Engineering under Frctic Conditions "Ice Engineering Applied to Offshore Regions" (Fugust 12-17, 2001 Ottawa, Ontario, Canada) 2001, pp.255-264.

3. Патент RU на полезную модель №79611.

Устройство для защиты буровых объектов от разрушения при движении ледяных полей, содержащее искусственно образованное препятствие на пути дрейфующих льдов, выполненное в виде защитного барьера, установленного на дне водоема по периметру бурового объекта и закрепленных на дне сваями, при этом защитный барьер инициирует торошение дрейфующих льдов и образует вокруг бурового объекта круговой торос - кольцевую стамуху, отличающееся тем, что сваи выполнены в виде якоря-балласта конусообразной формы из железобетона, сваи соединены в верхней своей части с металлическими щитами, металлические щиты соединены с плавательными средствами с нулевой плавучестью на его торцевых поверхностях, в средней своей части металлические щиты соединены между собой посредством стопорных элементов, верхние части металлических щитов соединены между собой посредством упорных элементов, плавательное средство снабжено в нижней части стабилизирующим устройством, выполненным пирамидальной формы.