RU2452812C1 - Method to destroy ice cover - Google Patents
Method to destroy ice cover Download PDFInfo
- Publication number
- RU2452812C1 RU2452812C1 RU2010146602/03A RU2010146602A RU2452812C1 RU 2452812 C1 RU2452812 C1 RU 2452812C1 RU 2010146602/03 A RU2010146602/03 A RU 2010146602/03A RU 2010146602 A RU2010146602 A RU 2010146602A RU 2452812 C1 RU2452812 C1 RU 2452812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- charges
- explosive charges
- blasting
- sea
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to the field of protection of drilling facilities during movement of ice fields during natural or artificial destruction of the ice cover, mainly in the areas of operation of offshore economic facilities.
Известны способы разрушения ледяного покрова путем выполнения взрывов.Known methods of destruction of the ice cover by explosions.
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 № 4931705/23 (036059) [1]).A known method of destroying the ice cover includes installing explosives under ice at a distance from each other and undermining them. To increase the efficiency of ice destruction by explosions, the charges are detonated alternately, each of the subsequent charges being detonated with a time interval equal to the transit time of the peak of the flexural-gravitational wave (IGW) from the place of the explosion of the previous charge (V.M. Kozin et al. cover ", SU No. 1820188 according to the application No. 4931705/23 (036059) [1]).
Недостатком данного способа является то, что при проведении взрывных работ для увеличения ледоразрушающей способности ИГВ накапливается только энергия прямого движения воды и ледяного покрова, т.е. колебательного движения, направленного вверх против силы гравитации. Накопление энергии обратного движения вниз в направлении силы тяжести при известном способе не происходит, т.е. возможность увеличения энергии ИГВ используется не в полной мере. Кроме того, после взрыва образуются малые и средние ледяные поля, которые при соответствующих гидрометеорологических условиях будут продолжать движение в сторону, например, морского нефтегазового терминала, создавая угрозу его повреждения или разрушения.The disadvantage of this method is that during blasting operations to increase the ice-breaking ability of IGW, only the energy of direct movement of water and ice cover is accumulated, i.e. oscillatory motion directed upward against the force of gravity. The energy accumulation of the reverse downward movement in the direction of gravity does not occur with the known method, i.e. the possibility of increasing the energy of IGV is not fully utilized. In addition, small and medium-sized ice fields form after the explosion, which under appropriate hydrometeorological conditions will continue to move towards, for example, the offshore oil and gas terminal, creating a threat of damage or destruction.
Известен также способ разрушения ледяного покрова, который заключается в том, что под лед устанавливают несколько зарядов, которые подрывают с интервалом времени, равным времени прохождения изгибно-гравитационной волны от места подрыва предыдущего до места подрыва последующего зарядов. При этом дополнительно на лед устанавливают заряды взрывчатых веществ, которые подрывают одновременно с подрывом зарядов, установленных под ледяным покровом. При этом каждый заряд, расположенный над ледяным покровом, устанавливается на расстоянии от каждого заряда, расположенного под ледяным покровом, равном половине длины изгибно-гравитационной волны, что позволяет увеличить амплитуду изгибно-гравитационной волны и тем самым повысить эффективность разрушения ледяного покрова взрывами (патент RU №2124178 [2]).There is also known a method of destroying the ice cover, which consists in the fact that several charges are placed under the ice, which are detonated with an interval of time equal to the transit time of the flexural-gravitational wave from the place where the previous charge was blown up to the place where the subsequent charges were blown. At the same time, explosive charges are additionally placed on ice, which undermine simultaneously with the detonation of charges established under the ice cover. Moreover, each charge located above the ice cover is installed at a distance from each charge located under the ice cover equal to half the length of the flexural-gravitational wave, which allows to increase the amplitude of the flexural-gravitational wave and thereby increase the efficiency of the destruction of the ice sheet by explosions (RU patent No. 2124178 [2]).
Сущность изобретения заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова взрывами.The essence of the invention is to increase the efficiency of destruction of the ice sheet by explosions.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении амплитуды ИГВ, возбуждаемых подрывом зарядов взрывчатого вещества.The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the amplitude of the IGV excited by the detonation of explosive charges.
При этом ограничительные признаки заключаются в том, что под ледяной покров на расстоянии друг от друга устанавливают заряды взрывчатого вещества, которые поочередно подрывают с интервалом времени, равным времени прохождения вершины ИГВ от места подрыва предыдущего заряда, до места расположения следующего подрывного заряда, а отличительные признаки заключаются в том, что каждый подводный заряд подрывается одновременно с одним из соответствующих надводных зарядов, установленных на ледяном покрове в том же количестве и порядке, что и подводные, на расстоянии от соответствующего подводного заряда, равном половине длины изгибно-гравитационной волны λ.At the same time, the limiting signs are that explosive charges are set under the ice cover at a distance from each other, which are alternately undermined with a time interval equal to the transit time of the IGV peak from the place where the previous charge was detonated to the location of the next subversive charge, and distinctive signs consist in the fact that each underwater charge is detonated simultaneously with one of the corresponding surface charges installed on the ice sheet in the same quantity and order as water, at a distance from the corresponding underwater charge equal to half the length of the flexural-gravitational wave λ.
где D, ρв - цилиндрическая жесткость ледяной пластины и плотность воды соответственно;where D, ρ in - the cylindrical stiffness of the ice plate and the density of water, respectively;
g - ускорение силы тяжести (см. Хайсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. - Л.: 1967, стр.147).g - acceleration of gravity (see Khaisin D.E. Dynamics of the ice cover. - L .: 1967, p. 147).
Достижение требуемого технического результата осуществляется за счет увеличения ледоразрушающей способности ИГВ путем накопления энергии колебательного процесса как на вершине, так и на подошве волны.The achievement of the required technical result is achieved by increasing the ice-breaking ability of the IGW by accumulating the energy of the oscillatory process both at the top and at the bottom of the wave.
При этом известный способ [2] осуществляется следующим образом.Moreover, the known method [2] is as follows.
Под ледяной покров на расстоянии друг от друга устанавливают несколько зарядов взрывчатого вещества. Столько же зарядов и в той же последовательности устанавливают на ледяной покров, причем каждый надводный заряд укладывают на лед на расстоянии λ/2 от соответствующего подводного заряда. После чего осуществляют одновременный подрыв первой пары подводного и соответствующего надводного зарядов. Вторую и последующие пары подрывают с интервалом времени, равным времени прохождения вершины ИГВ от места подрыва предыдущего подводного заряда до места расположения следующего подводного заряда.Under the ice sheet at a distance from each other, several explosive charges are set. The same number of charges and in the same sequence is set on the ice cover, and each surface charge is laid on ice at a distance of λ / 2 from the corresponding underwater charge. Then carry out the simultaneous undermining of the first pair of underwater and corresponding surface charges. The second and subsequent pairs are eroded with an interval of time equal to the transit time of the top of the IHV from the place of detonation of the previous underwater charge to the location of the next underwater charge.
Действие надводного взрыва по направлению совпадает с действием сил гравитации, а удаление его на расстояние λ/2 от подводного заряда и одновременный их подрыв возбуждают в ледяном покрове две волновые системы, которые благоприятно между собой интерферируют, т.е. раскачивают ледяной покров в режиме резонанса. Это позволяет накапливать энергию изгибных колебаний с большей эффективностью. В результате ко второму подводному заряду подойдет ИГВ большей высоты. Подрыв следующей пары зарядов приведет к дальнейшему росту амплитуды и, следовательно, к дополнительному повышению ледоразрушающей способности ИГВ.The action of a surface explosion in the direction coincides with the action of gravitational forces, and its removal at a distance of λ / 2 from the underwater charge and their simultaneous detonation excite two wave systems in the ice sheet that favorably interfere with each other, i.e. rock the ice cover in resonance mode. This allows you to accumulate the energy of bending vibrations with greater efficiency. As a result, a higher altitude IGV will be suitable for the second underwater charge. Undermining the next pair of charges will lead to a further increase in the amplitude and, consequently, to an additional increase in the ice-breaking ability of the IGW.
Существенным недостатком известных способов является то, что они позволяют достичь технического эффекта на акваториях, свободных от объектов хозяйственной деятельности, расположенных на акваториях морей, и практически не пригодны в районах расположения таких объектов хозяйственной деятельности, как морские добычные газонефтяные комплексы.A significant drawback of the known methods is that they allow to achieve a technical effect in water areas free from objects of economic activity located in the waters of the seas, and are practically not suitable in areas where such objects of economic activity, such as offshore gas and oil complexes are located.
Широко известные способы разрушения льда, основанные на гидравлическом и тепловом методах, также не нашли широкой промышленной применимости из-за их существенных недостатков.The widely known methods of ice destruction based on hydraulic and thermal methods also did not find wide industrial applicability due to their significant drawbacks.
Гидравлический метод разрушения льда в практике известен уже давно. В частности, такой метод применяют при гидротехническом строительстве, когда в зимнее время подготавливают фронт работы для земснарядов. При этом используют мощные гидромониторы, которые струей воды под большим давлением разрушают лед. Применение такого метода требует обеспечения большого давления воды. Для обеспечения большого давления струи воды необходимы мощные установки, что экономически не оправдано.The hydraulic method of breaking ice in practice has long been known. In particular, this method is used in hydraulic engineering, when in winter they prepare the front for dredgers. In this case, powerful hydromonitors are used, which destroy the ice with a stream of water under high pressure. The application of this method requires the provision of high water pressure. Powerful installations are necessary to ensure a high pressure of the water jet, which is not economically justified.
Тепловой метод включает в себя резание льда с помощью газовых, бензиновых или иных горелок (бензиновый резак). В начальный момент лед начинает быстро таять, но в дальнейшем вода, образующаяся в результате таяния верхнего слоя льда, препятствует интенсивному таянию нижних слоев льда. При этом процесс таяния льда резко замедляется. Результаты проведенных работ не подтвердили мнения о целесообразности использования данного способа.The thermal method involves cutting ice using gas, gasoline or other burners (gasoline cutter). At the initial moment, the ice begins to melt quickly, but in the future, the water formed as a result of melting of the upper layer of ice prevents the intensive melting of the lower layers of ice. At the same time, the process of ice melting slows down sharply. The results of the work did not confirm the opinion on the advisability of using this method.
Как известно, основными динамическими факторами, формирующими ледяной покров, являются ветер, течения и колебания уровня. Существенное влияние на характер процессов торошения оказывают также мелководность, извилистость береговой черты и довольно сложный рельеф дна с большим количеством банок, кос и островов. Все это обусловливает особенности динамики льдов, происходящих на ледовитых морях России. В начальный период формирования ледяного покрова на морском мелководье, когда граница молодых льдов распространяется от берега до глубин 2-3 м, наряду с характерными для всех ледовитых морей зубчато-наслоенными льдами во время подвижек и торошения льда образуются торосы, сидящие на мели, - стамухи.As you know, the main dynamic factors that form the ice cover are wind, currents and level fluctuations. Shallow water, tortuosity of the coastline and a rather complex bottom topography with a large number of cans, streamers and islands also have a significant effect on the nature of hummocking processes. All this determines the features of the dynamics of the ice occurring on the arctic seas of Russia. In the initial period of ice cover formation in shallow sea water, when the border of young ice extends from the coast to depths of 2–3 m, along with gear-layered ice characteristic of all arctic seas, hummocks forming agglomerates are formed during agitation and hummocking, - granaries .
Перечисленные выше факторы существенно влияют на размеры и места их расположения, поэтому различают стамухи по времени и месту их появления, а также по виду льда, из которого они образуются. Характерной особенностью неподвижных стамух, позволяющей отличать их от движущихся вместе с дрейфующим льдом торосов, является образование т.н. «водяной тени» с их подветренной стороны во время ледовых подвижек.The factors listed above significantly affect the size and location of their location, therefore they distinguish stamukhs by time and place of their appearance, as well as by the type of ice from which they are formed. A characteristic feature of immovable stamukahs, which makes it possible to distinguish them from hummocks moving together with drifting ice, is the formation of the so-called. “Water shadow” from their leeward side during ice movements.
Ввиду того, что зимой наряду с процессами льдообразования постоянно происходят противоположные процессы разрушения льда, для зоны контакта припая с дрейфующими льдами характерны ее сезонные смещения. Образованию торосов на границе припая и дрейфующего льда помимо тангенциального напряжения ветра способствуют подъемы уровня при нагонах. При этом образуются мощные гряды торосов длиной в несколько километров и высотой 2 м и более, расположенные перпендикулярно направлению господствующих ветров. При очередном смещении границы припая и дрейфующих льдов возникает новая гряда торосов, параллельная образовавшимся ранее, в результате чего образуется пояс торосов, наблюдаемый на дрейфовых разделах арктических морей. Сжимающие и касательные усилия, возникающие во время контакта льдин, приводят к ломке льда и образованию на их краях торосов. Различают приливное, термическое и ветровое торошение. Приливное торошение на Северном Каспии практически отсутствует, т.к. приливно-отливные колебания уровня здесь не превышают точности измерения. Термическое торошение имеет место в суровые зимы в зоне припая, однако существенного влияния на общую картину торосистости оно не оказывает. Наиболее характерным для большинства морей является ветровое торошение, которому способствуют подледные течения и сгонно-нагонные колебания уровня моря.Due to the fact that in winter, along with the processes of ice formation, opposite processes of ice destruction constantly occur, seasonal contact shifts are typical of the fast ice contact zone with drifting ice. In addition to the tangential wind stress, the formation of hummocks at the boundary between fast ice and drifting ice is facilitated by level rises during surges. In this case, powerful ridges of hummocks are formed, several kilometers long and 2 m or more high, located perpendicular to the direction of the prevailing winds. At the next shift of the landfast ice and drifting ice boundary, a new ridge of hummocks arises, parallel to those formed earlier, resulting in the formation of hummock belt observed on the drift sections of the Arctic seas. The compressive and tangential forces arising during the contact of the ice floes lead to ice breaking and formation of hummocks on their edges. There are tidal, thermal and wind hummocking. There is practically no tidal hummocking in the Northern Caspian, as tidal level fluctuations here do not exceed the measurement accuracy. Thermal hummocking takes place during severe winters in the fast ice zone, however, it does not have a significant effect on the overall picture of hummockiness. The most characteristic of most seas is wind hummocking, which is facilitated by subglacial currents and sea-level fluctuations.
Максимальная торосистость, при всех типах зим, отмечается в зоне контакта припая и дрейфующего льда.The maximum hummockiness, for all types of winters, is observed in the contact zone between fast ice and drifting ice.
Для прибрежных мелководий с ровным и пологим дном характерна такая форма донного рельефа, как следы выпахивания или борозды. Они имеют вид длинных, часто прямолинейных борозд протяженностью от нескольких десятков метров до нескольких километров. Борозды образуются при воздействии на дно торосистых дрейфующих льдов, ориентированы в направлении преобладающих в эти периоды ветров и представляют собой как бы проведенные по дну векторы дрейфа льда. Ширина борозд колеблется от нескольких до 50-100 м и более. Все борозды оканчиваются валами, образованными выпаханным грунтом. Высота некоторых превышает глубину моря, и они выходят на дневную поверхность в виде островков.Coastal shallow waters with a flat and shallow bottom are characterized by such a shape of the bottom relief as traces of plowing or furrows. They have the appearance of long, often rectilinear furrows with a length of several tens of meters to several kilometers. Furrows are formed when exposed to the bottom of hummock drifting ice, oriented in the direction of the prevailing winds during these periods, and are like ice drift vectors drawn along the bottom. The width of the furrows varies from a few to 50-100 m or more. All furrows end in shafts formed by plowed soil. The height of some exceeds the depth of the sea, and they go to the surface in the form of islands.
Продолжительность существования борозд в илистых грунтах составляет 2-3 года, в песчаном грунте борозды замываются волнением в течение одного сезона. Выпахивающее действие дрейфующих льдов характерно также для береговой зоны. Во время нагонов дрейфующие с моря льды, попадая на сушу, выпахивают верхний слой почвы, оставляя следы выпахивания глубиной до 0,5 м и длиной до нескольких километров. На островах во время интенсивного дрейфа льда вдоль берега образуются мощные навалы льда. Обломки льдин, проникающие при этом в грунт на глубину до 1 метра, сохраняются длительное время.The duration of the existence of furrows in silty soils is 2-3 years; in sandy soil, furrows are washed away by excitement for one season. The plowing effect of drifting ice is also characteristic of the coastal zone. During surges, ice drifting from the sea, falling onto land, plows the topsoil, leaving traces of plowing to a depth of 0.5 m and a length of several kilometers. On the islands, during intense ice drift along the coast, massive ice piles form. Fragments of ice, which penetrate into the soil to a depth of 1 meter, remain for a long time.
При посадке торосов на грунт происходит дальнейшее накопление масс льда в результате торошения под воздействием подвижек и дрейфа льда. В результате стамухи могут внедряться в грунт на глубину до нескольких метров. Глубина их проникновения в грунт зависит от физико-механических свойств грунта, массы стамухи, площади соприкосновения, глубины моря.When hummocks are planted on the ground, further accumulation of ice masses occurs as a result of hummocking under the influence of movements and ice drift. As a result, granules can penetrate the ground to a depth of several meters. The depth of their penetration into the soil depends on the physical and mechanical properties of the soil, the mass of the granule, the area of contact, the depth of the sea.
Поскольку ледовому выпахиванию (взаимодействию дрейфующих льдов с морским дном) подвержены мелководные участки морского дна на большой площади, можно утверждать, что эти процессы имеют массовый (хотя и сезонный) характер и потому играют важную роль в экологии данного водоема. Наряду с чисто механическим перемещением огромных масс донного грунта происходит угнетение донной, островной и прибрежной растительности и организмов.Since shallow areas of the seabed over a large area are subject to ice plowing (the interaction of drifting ice with the seabed), it can be argued that these processes are massive (albeit seasonal) in nature and therefore play an important role in the ecology of this reservoir. Along with the purely mechanical movement of huge masses of bottom soil, inhibition of bottom, island and coastal vegetation and organisms occurs.
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.Most of the seas of the Arctic basin are characterized by a wide variety of ice processes. Being a serious natural obstacle in the implementation of human activities at sea, the ice cover significantly limits their activities, creates a real threat to their safety.
Проводимые в последнее время в шельфовой зоне работы по поиску углеводородов диктуют необходимость поиска более совершенных и не отягощенных серьезными материальными затратами и трудоемкостью.Recent work in the offshore zone to search for hydrocarbons dictates the need to search for more advanced and not burdened by serious material costs and labor.
В источнике информации (Расенко А. «Кайсар» это ледовый защитник // газета «Астраханские известия», 22.01.2004 [3]), 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.In the source of information (Rasenko A. “Kaisar” is an ice defender // Astrakhan Izvestia newspaper, January 22, 2004 [3]), as a means of protecting offshore oil and gas terminals on the Caspian Sea, the possibility of using old ships sunken in shallow water for these purposes is considered that were previously used as targets for missiles.
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.As a result of the studies, an assessment was made of the nature and intensity of the interaction of drifting ice with a stationary, vertically located obstacle. Ships are located in the sea at depths of 5-6 m and at a distance from the coast from 10 to 50 km.
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.Occasional shifts and intense ice drift under the influence of storm winds prevailing at this time of year, west and east, as well as sea-level fluctuations in the sea contribute to the formation of powerful hummocks. Continuous hummocky fields form around the flooded ships, and along their sides - giant multilayer heaps of ice debris, the height of which ranged from 3-6 to 15 meters above sea level, and their underwater bases reached the bottom, forming hummocky formations sitting on the ground - granules .
Полученные результаты ледовых исследований были использованы в 1999 г. в Астрахани, где для нужд казахской компании ОКИОК (Оффшор Казахстан Интернешнл Оперейтинг Компани), была осуществлена реконструкция типовой погружной буровой баржи, которая была специально адаптирована для работы в условиях дрейфующих льдов Северо-Восточного Каспия.The obtained results of ice research were used in 1999 in Astrakhan, where for the needs of the Kazakh company OKIOC (Offshore Kazakhstan International Operating Company), the reconstruction of a typical submersible drilling barge was carried out, which was specially adapted for work in the drifting ice of the North-East Caspian.
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 заглубления 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 [4], 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.The submarine base and sides of the Kaisar-type barge have been modified to withstand ice loads, which have been studied and analyzed for five years. Computer simulation was carried out. As a result of the calculations, the area of the barge was doubled, special ice reflectors were added on both sides of the barge. At the place of placing the barge in the sea, on both sides of the barge, it is planned to install a system of powerful metal piles (a depth of up to 20 m deep in the seabed), the purpose of which is to contain the onslaught of drifting ice and activate the processes of hummock formation around the platform. Also known is a similar device to protect the drilling platform from drift ice (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 [4], which also helps protect drilling objects from destruction when ice fields move by creating in front of the drilling object ice period of hummocks sitting on the ground by means of ice-resistant structures that are specially flooded according to The diameter around the drilling platform.
Однако при всех многочисленных достоинствах барж типа «Кайсар», использование данного устройства все-таки не гарантирует абсолютной защиты буровых объектов от воздействия дрейфующих льдов.However, with all the numerous advantages of Kaisar-type barges, the use of this device still does not guarantee absolute protection of drilling facilities from the effects of drifting ice.
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.So, in February 2002, under the influence of storm winds of predominantly western points, there was an increase in the concentration of floating ice in the region of the Guryev furrow, their intensive movement, hummocking and formation of granules, which was accompanied by an increase in sea level caused by wind surges. This dangerous natural phenomenon almost caused a serious accident at the Sunkar Kazakh drilling platform. One of four “Ice Defender” barges, specially built and flooded around the drilling platform to protect it from the dangerous effects of drifting ice, was moved by moving ice from its place and moved along the bottom to a distance of 120 m. turned out to be a drilling platform.
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 [5]).A useful model is also known, which relates to the field of the oil and gas industry, in particular, to protecting drilling facilities from destruction during operation at sea, in the Northern Caspian, in ice conditions - Device for protecting drilling facilities from destruction during movement of ice fields (patent for useful RU model No. 79611 [5]).
Техническим результатом устройства [5] является дальнейшее усовершенствование устройств защиты от разрушения буровых объектов морской разведки и добычи. Известное устройство [5] 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 кольцевой торос, сидящий на грунте, который в дальнейшем защищает его от сдвига и разрушения.The technical result of the device [5] is a further improvement of the protection against destruction of drilling facilities of marine exploration and production. The known device [5] solves the problem of protection against destruction of drilling facilities of marine exploration and production and contains a protective barrier consisting of metal shields installed at the bottom of the reservoir and screw piles. In this case, the device operates as follows. Around the drilling object, a protective barrier is installed to provide ice hummock extinguishing, and it is fixed with four to six screw piles, which ensure reliable fixation of the protective barrier at the bottom. Screw piles are deepened into the ground by 10 m or more and initiate the formation of an annular granule around the drilling object. Ice fields drifting under the influence of wind meet a protective barrier located around the drilling object and break. The claimed technical result is obtained under the assumption that due to the frequent change of wind directions for all types of winters, in relation to the conditions of the northern part of the Caspian Sea, the direction and speed of ice drift in the sea also often changes, up to 2-5 times a day. Ice hummocking occurs, and as a result of repeated changes in wind directions, taking into account their repeatability, an annular hummock is formed around the drilling object, which sits on the ground, which subsequently protects it from shear and destruction.
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.At the same time, another very important problem is simultaneously solved - ensuring the environmental safety of the waters of the Northern Caspian as a result of possible accidental oil spills, since the annular granule formed around the drilling facility provides reliable localization of the source of oil (and any other) pollution limited by the internal dimensions of the annular granule. It is much simpler, cheaper, and safer to eliminate the effects of pollution inside the annular granule than in the open sea, covered with drifting, hummock ice.
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.However, the technical result from the use of this technical solution is achieved only under the condition that "the direction and speed of ice drift in the sea also often changes, up to 2-5 times a day." In addition, the reliable installation of screw piles is associated with additional difficulties, primarily due to the type of soil and depths of the sea in the area of the offshore oil and gas terminal.
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.The objective of this technical solution is to increase the reliability of protection of offshore economic activities during ice formation, drift and during hummocking of ice fields located both in shallow and deep seas.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе разрушения ледяного покрова, включающем установку под лед зарядов взрывчатого вещества и их поочередный подрыв с интервалом времени, равным времени прохождения изгибно-гравитационной волны от места подрыва предыдущего до места подрыва последующего зарядов, в котором дополнительно над ледяным покровом устанавливают заряды взрывчатых веществ и подрывают их одновременно с подрывом зарядов, установленных под ледяным покровом, перед установкой зарядов взрывчатого вещества измеряют скорость и направление ветра, подводных течений и дрейфа ледовых полей, определяют толщину льда, а заряды взрывчатого вещества размещают с формированием направления распространения взрывной волны в противоположные стороны от места нахождения морского объекта хозяйственной деятельности.The problem is solved due to the fact that in the method of destruction of the ice cover, which includes installing explosive charges under the ice and their alternate detonation with a time interval equal to the time of passage of the flexural-gravitational wave from the place where the previous one was blown up to the place where the subsequent charges were blown, in which explosive charges are set by ice cover and undermine them simultaneously with the detonation of charges established under the ice cover, before setting explosive charges I measure wind speed and direction, underwater currents and drift ice fields, determine the thickness of ice and explosive charges placed with the formation of explosive wave propagation directions in opposite sides of the location of marine object of business.
Новые отличительные признаки способа, заключающиеся в том, что перед установкой зарядов взрывчатого вещества измеряют скорость и направление ветра, подводных течений и дрейфа ледовых полей, определяют толщину льда, а заряды взрывчатого вещества размещают с формированием направления распространения взрывной волны в противоположные стороны от места нахождения морского объекта хозяйственной деятельности, позволяют исключить нежелательное распространение ледовых образований в направлении размещения морского объекта хозяйственной деятельности.New distinctive features of the method, namely, that before installing explosive charges measure the speed and direction of wind, underwater currents and ice field drift, determine the thickness of the ice, and explosive charges are placed with the formation of the direction of propagation of the blast wave in opposite directions from the location of the sea objects of economic activity, allow to exclude the undesirable spread of ice formations in the direction of placement of the marine object of economic rainfall.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг.1. Схема размещения зарядов. Морской объект хозяйственной деятельности 1, защитный барьер 2, ледовые образования 3, места установки зарядов 4 взрывчатых веществ, средства измерения скорости и направление ветра 5, средства измерения подводных течений и дрейфа ледовых полей 6, средства измерения толщины льда 7.Figure 1. The layout of the charges. Marine economic activity object 1, protective barrier 2, ice formations 3, explosive charge sites 4, means for measuring wind speed and direction 5, means for measuring underwater currents and ice field drift 6, means for measuring ice thickness 7.
Фиг.2. Конструкция защитного барьера. Защитный барьер 2 состоит из щитов 8, установленных на дне 9 водоема и соединенных со сваями 10. Сваи 10 выполнены в виде якоря-балласта конусообразной формы из железобетона. Сваи 10 соединены в верхней своей части со щитами 8. Щиты 8 расположены между плавательными средствами 11 с нулевой плавучестью и соединены с плавательным средством 11 с нулевой плавучестью на его торцевых поверхностях 12. В средней своей части щиты 8 соединены между собой посредством стопорных элементов 13. Верхние части щитов соединены между собой посредством упорных элементов 14. Плавательное средство 11 с нулевой плавучестью снабжено в нижней части стабилизирующим устройством 15, выполненным в виде металлического каркаса пирамидальной формы с вершиной 16, расположенной на нижнем основании 17 плавательного средства 11 с нулевой плавучестью. Плавательное средство 11 с нулевой плавучестью размещено на водной поверхности 18. Щиты 8 в верхней и нижней частях выполнены раздвижными по вертикали.Figure 2. Protective barrier design. The protective barrier 2 consists of
Щиты 8 выполнены в виде жесткой металлической конструкции и снабжены сваями 10 в виде якоря-балласта, выполненным в виде конусообразной конструкции из железобетона. Плавательное средство 11 с нулевой плавучестью выполнено в виде понтона, 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 11 приведен в описании к патенту RU №2271962С1, бюл. №17 от 20.06.2005.The
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Перед установкой зарядов взрывчатых веществ посредством средства измерения скорости и направление ветра 5 средства измерения скорости и направления подводных течений и дрейфа ледовых полей 6, средства измерения толщины льда 7 определяют скорость и направление ветра, скорость и направление подводных течений и дрейфа ледовых полей, толщину льда. В качестве средства измерения скорости и направления ветра 5 могут быть использованы акустические измерители скорости и направления ветра или стационарный гидрометеорологический комплекс типа «Косметео». В качестве средства измерения скорости и направления подводных течений и дрейфа ледовых полей 6 может быть использован гидроакустический параметрический преобразователь, представляющий собой гидроакустический подводный зонд. Для определения дрейфа ледовых полей также может быть использована информация, получаемая стационарным гидрометеорологическим комплексам типа «Косметео» с искусственных спутников Земли. По полученной информации устанавливают возможные направления распространения взрывной волны относительно морского объекта хозяйственной деятельности, после чего, как и в прототипе, выбирают наиболее безопасные точки установки зарядов взрывчатых веществ. Далее под ледяной покров 3 в воде 18 на расстоянии L друг от друга устанавливают подводные заряды взрывчатого вещества С1, С2, С3,.... Сверху на ледяной покров в том же количестве и в том же порядке устанавливают надводные заряды 
τ=L/v,τ = L / v,
где L - расстояние между зарядами:where L is the distance between charges:
V - резонансная скорость ИГВ.V is the resonant velocity of the IGW.
Для глубокой водыFor deep water
v=1,33(Dg3/ρв)1/8,v = 1.33 (Dg 3 / ρ in ) 1/8 ,
для мелкой водыfor shallow water
где D - цилиндрическая жесткость ледяной пластины,where D is the cylindrical stiffness of the ice plate,
ρв - плотность воды,ρ in - the density of water,
Н - глубина водоема.H is the depth of the reservoir.
Ввиду того, что практически невозможно исключить движение ледовых образований после выполнения взрывных работ, то вокруг морского объекта хозяйственной деятельности устанавливают защитный барьер 2, который состоит из щитов 8, установленных на дне 9 водоема и соединенных со сваями 10. Сваи 10 выполнены в виде якоря-балласта конусообразной формы из железобетона. Сваи 10 соединены в верхней своей части со щитами 8. Щиты 8 расположены между плавательными средствами 11 с нулевой плавучестью и соединены с плавательным средством 11 с нулевой плавучестью на его торцевых поверхностях 12. В средней своей части щиты 8 соединены между собой посредством стопорных элементов 13. Верхние части щитов соединены между собой посредством упорных элементов 14. Плавательное средство 11 с нулевой плавучестью снабжено в нижней части стабилизирующим устройством 15, выполненным в виде металлического каркаса пирамидальной формы с вершиной 16, расположенной на нижнем основании 17 плавательного средства 11 с нулевой плавучестью. Плавательное средство 11 с нулевой плавучестью размещено на водной поверхности 18. 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.Due to the fact that it is practically impossible to exclude the movement of ice formations after blasting, a protective barrier 2 is installed around the marine business object, which consists of
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство SU №1820188 по заявке N 4931705/23 (036059).1. Copyright certificate SU No. 1820188 according to the application N 4931705/23 (036059).
2. Патент RU№2124178.2. Patent RU№2124178.
3. Расенко А. «Кайсар» это ледовый защитник // газета «Астраханские известия», 22.01.2004.3. Rasenko A. “Kaysar” is an ice defender // newspaper “Astrakhan Izvestia”, 01/22/2004.
4. 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.255-264.4. 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.
5. Патент RU на полезную модель №79611.5. RU patent for utility model No. 79611.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010146602/03A RU2452812C1 (en) | 2010-11-16 | 2010-11-16 | Method to destroy ice cover |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010146602/03A RU2452812C1 (en) | 2010-11-16 | 2010-11-16 | Method to destroy ice cover |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2452812C1 true RU2452812C1 (en) | 2012-06-10 |
Family
ID=46680028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010146602/03A RU2452812C1 (en) | 2010-11-16 | 2010-11-16 | Method to destroy ice cover |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2452812C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2552753C1 (en) * | 2014-02-06 | 2015-06-10 | Александр Валентинович Воробьев | Method of ice cover destruction and device for ice cover destruction |
| CN106906828A (en) * | 2017-03-31 | 2017-06-30 | 中国建筑土木建设有限公司 | The blasting construction method of ice sheet bridge foundation ditch under water |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123662C1 (en) * | 1996-05-29 | 1998-12-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Method of destruction of ice cover |
| RU2124178C1 (en) * | 1997-01-24 | 1998-12-27 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of destruction of ice cover |
| RU2151998C1 (en) * | 1999-05-20 | 2000-06-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН | Method for destruction of ice cover |
| US6786157B1 (en) * | 1999-10-01 | 2004-09-07 | Kevin Mark Powell | Hollow charge explosive device particularly for avalanche control |
| RU2306386C1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Method for river ice blanket breakage |
-
2010
- 2010-11-16 RU RU2010146602/03A patent/RU2452812C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123662C1 (en) * | 1996-05-29 | 1998-12-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Method of destruction of ice cover |
| RU2124178C1 (en) * | 1997-01-24 | 1998-12-27 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of destruction of ice cover |
| RU2151998C1 (en) * | 1999-05-20 | 2000-06-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН | Method for destruction of ice cover |
| US6786157B1 (en) * | 1999-10-01 | 2004-09-07 | Kevin Mark Powell | Hollow charge explosive device particularly for avalanche control |
| RU2306386C1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-09-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Method for river ice blanket breakage |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2552753C1 (en) * | 2014-02-06 | 2015-06-10 | Александр Валентинович Воробьев | Method of ice cover destruction and device for ice cover destruction |
| CN106906828A (en) * | 2017-03-31 | 2017-06-30 | 中国建筑土木建设有限公司 | The blasting construction method of ice sheet bridge foundation ditch under water |
| CN106906828B (en) * | 2017-03-31 | 2018-09-18 | 中国建筑土木建设有限公司 | The blasting construction method of the underwater bridge foundation pit of ice sheet |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Grantz et al. | Alaska's Good Friday earthquake, March 27, 1964: A preliminary geologic evaluation | |
| Hequette et al. | Coastal retreat and shoreface profile variations in the Canadian Beaufort Sea | |
| Gill et al. | Micro-erosion meter measurements of rock wear on the Otway coast of southeast Australia | |
| Beck | Sinkholes: their geology, engineering and environmental impact | |
| Rudolph et al. | Scour around offshore structures–analysis of field measurements | |
| Ogorodov et al. | Ice effect on coast and seabed in Baydaratskaya Bay, Kara Sea | |
| Rogers | A documentation of soil failure during the British Columbia earthquake of 23 June, 1946 | |
| Galili et al. | Ancient coastal installations and the tectonic stability of the Israeli coast in historical times | |
| RU2452812C1 (en) | Method to destroy ice cover | |
| Barnes | Marine ice-pushed boulder ridge, Beaufort Sea, Alaska | |
| Eckel | The Alaska earthquake, March 27, 1964: lessons and conclusions | |
| RU2583234C1 (en) | System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations | |
| Mackay | The sound and speed of ice-wedge cracking, Arctic Canada | |
| RU2552753C1 (en) | Method of ice cover destruction and device for ice cover destruction | |
| Riley | The construction of artificial islands in the Beaufort Sea | |
| Woodworth-Lynas | The geology of ice scour | |
| Ogorodov | The Role of Sea Ice in the Coastal Zone Dynamics of the Arctic Seas. | |
| Locat et al. | Tsunamigenic landslides in Québec | |
| Tobita et al. | Reconnaissance report of the 2004 great sumatra-andaman, Indonesia, Earthquake: Damage to geotechnical works in Banda Aceh and Meulaboh | |
| Long | A catalogue of tsunamis reported in the UK | |
| RU2493322C1 (en) | Drill target damage protection device for movement of ice floes | |
| Duck et al. | Side‐scan sonar reveals submerged remains of the first Tay Railway Bridge | |
| Palmer et al. | Reducing the cost of protecting Arctic marine pipelines against ice gouging | |
| Hnatiuk | Exploration methods in the Canadian Arctic | |
| Malhotra et al. | Geohazards to Offshore Wind Farms on the US Atlantic Coast |