Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Искусственные ледовые острова для проведения разведочного бурения впервые начали использоваться в 70-х годах прошлого столетия в море Бофорта. В качестве примера можно привести остров фирмы Esso Canada's (рис.1). В сравнении с искусственными грунтовыми островами, которые на тот момент уже имели опыт практического применения, имеют ряд серьёзных преимуществ, таких как стоимость, безопасность, скорость возведения и экологичность. Для создания ИЛО требуются 2 компонента: вода и низкие температуры, что существенно влияет на стоимость строительства. [1]

Рисунок 1 - ИЛО фирмы Esso Canada's в Канадской части моря Бофорта

За период с 1980-ых по 2000-ых годов было возведено более 20 посажанных на морское дно сооружений. Список построенных за этот период ИЛО приведен в таблице 1.



Таблица 1 - Примеры созданных ИЛО

Наименование конструкции	Оператор	Годы реализации	Глубина до дна, м
Alerk Island	Esso Resourses Ltd	1982	11,6
Kadluk 0-07	Esso Resourses Canada Ltd	1983/1984	13,5
Sohlo Rubble Generator	Sohlo	1983/1984	13
Ice Island Experiment	Exxon	1983/1984	13,7
Big Gun Expt	Esso	1983/1984	14
SSDC Kogyuk	Canmar Ltd	1983/1984	28,4
CIDS Antares Barrier	Exxon	1984/1985	14,9
Karluk	Chevron USA	1988/1989	7,6
Cape Allson C-47	Panarctic Oils Ltd	1984/1985	7,9
Mars	Amoco	1985/1986	7,6
Angasak L-03	Imperial/Esso Resourses	1986/1987	5,6
Nipterk P-32	Imperial	1988/1989	6,9
Isserk I-15	Imperial Oil Limited	1989/1990	11,5
Natchiq	Pioneer	2002/2003	2,3



1. Возведение ИЛО

ледовый остров заливка наморажимание

ИЛО представляет собой участок естественного ледяного покрова, на который намораживается лёд до необходимой толщины, которая обеспечивает погружение основания острова и соприкосновение его с дном и возвышение верхней части острова над уровнем воды до требуемой отметки. Таким образом, тело ИЛО под действием собственного веса погружается до полного контакта с морским дном. На верхней части острова располагается необходимое рабочее оборудование и жилые постройки.

Возведение ИЛО происходит на установившемся, сплошном ледяном покрове, с толщиной ледового поля не менее 50 см.

На сегодняшний день возможно выделить следующие способы возведения ИЛО [1-5]:

1. Заливка с неограниченной зоной растекания;

2. Заливка с ограниченной зоной растекания;

3. Распыление воды;

4. Использования ледяных и полимерных блоков.

Во всех случаях используется вода. Прочность льда будет зависеть от свойств воды - чем ниже солёность, тем прочность льда будет выше.

В моей работе я рассмотрю комбинированный метод: распыление воды совместно с заливкой воды с неограниченной зоной растекания. Основным будет метод распыления.

2. Распыление воды

Данный метод, использует контролируемое распыление воды над поверхностью льда, обеспечивает более интенсивное наращивание толщины острова (рис.2). Возведение ИЛО с помощью распыления происходит в течение месяца. Насосы с расходом 20 м3 /мин могут намораживать до 1 м льда в день при диаметре острова до 300 м. Однако в данном случае насосы в выпускной насадке должны иметь давление не менее 1,5 Мпа.

Рисунок 2 - Распыление воды над поверхностью льда

Для создания ИЛО методом распыления требуются температуры, ниже -6,7 оС. Возведенные за 2 месяца данным способом острова, имеют необходимую устойчивость и прочность для осуществления разведочного бурения.

Однако в данном методе, помимо температуры воздуха, большое значение имеет ветер, т.к. он мешает эффективному распылению. Наиболее благоприятными являются скорости ветра от 5,1 м/с до 7,7 м/с.

Недостатками метода распыления является более трудоемкое производство работ, связанное с обледенением оборудования. При более низких температурах возможно не полное проникновения воды в толщу набрызганного льда. Плотность получаемого льда не является достаточной, и требует его уплотнения. [1-6].

3. Заливка с неограниченной зоной растекания

После очистки поверхности от снега, необходимо выровнять площадку, удалив с неё шероховатости и неровности высотой более 15 см. С помощью насосов из-под ледяного покроя на поверхность будущего острова перекачивается морская вода (рис.3). Заливка поверхности производится из одной или нескольких точек. На поверхности льда вода свободно растекается в различных направлениях. При этом в плане она образует форму круга или эллипса. При использовании одного насоса радиус намораживании составляет, как правило, не более 100 м. В середине заливаемого участка образуется возвышение. Создание последующих слоев производится только после замерзания предыдущего слоя. Степень затопления регулируется скоростью и направлением потока, температурой воздуха, а также количеством насосных установок и размерами острова [1- 6].

Рисунок 3 - Заливка ИЛО с неограниченной зоной растекания

4. Методика устройства ледового острова

В предлагаемом методе мы используем ледогенераторы, которыми набрызгиваем лед. После чего для уплотнения льда мы используем насосы для заливки воды, повышая плотность льда с 400 кг/м3 до порядка 900-950 кг/м3.

В результате заливки водой поверхности нам необходимо ждать, чтобы вода набрала достаточную прочность, если же мы используем снег как заполнитель для воды, то процесс замерзания воды происходит быстрее, что ускоряет сроки возведения ледового острова.

Чтобы сооружение село на дно и смогла нести нагрузку, следует так же учитывать поверхность дна. Уклон дна не должен превышать 0,001.

5. Расчет времени строительства, потребляемой энергии и стоимости

Исходные данные:

Диаметр острова - 100 метров

Высота острова - 9 метров

Плотность набрызганного льда - 400 кг/м3

Продолжительность строительства - 40 дней

Объём намороженного льда одной пушкой (табл.2) - 30 м3

Объём воды производимый одним насосом (табл.3) - 30 м3

Потребляемая энергия одного ледогенератора - 6 кВт

Потребляемая энергия одного насоса - 3,9 кВт

Стоимость одного ледогенератора - 428 800 рублей

Стоимость одного насоса - 230 005 рублей

Таблица 2 - Характеристики ледогенератора ESG-430



Таблица 3 - Основные данные насоса SP-30-1

Расчет объёма острова:

	Ледовый остров
Площадь основания	7850
Обьем искуственного острова	70650

Расчет количества требуемого льда и воды:

Объём льда:

Vльда = Vострова * p;

где Vострова - объём острова, p - плотность

Vльда = 0.4*70650 = 28260 м3

Объем воды:

Vводы = Vострова - Vльда;

где Vострова - объём острова, Vльда - объем льда.

V = 70650-28260 = 42390 м3

Остров необходимо заморозить в максимально возможные короткие сроки, чтобы для разведочного бурения было достаточно времени.

Продолжительность намораживания острова принят 40 дней.

Количество льда, которое может наморозить ледогенератор за сутки:

Vнам.льда = N * t;

где N - это производительность ледогенератора, t - время работы

Vнам.льда=24*30 = 720 м3

Продолжительность работы, чтобы набрызгать лед:

n = Vльда/Vнам.льда

где Vльда - общий объем льда, Vнам.льда - объем льда который может наморозить один ледогенератор.

n = 28260/720 = 40 дней

Необходимо добавить еще несколько ледогенераторов чтобы успеть в поставленные сроки, так как необходимо учесть время на замерзание воды, а также технологические процессы.

Примем 4 снегогенератора расположенных как показано на рисунке 4. Дальность набрызга ледогенератора составляет 50 метров (табл. 2). Таким образом мы сможем перекрыть все части острова.



Рисунок 4 - Расположение снегогенераторов

Рассчитаем продолжительность необходимую для набрызгивания льда.

Vв.нам.льда. = Vнам.льда * n

где Vнам.льда - объем намораживаемого льда одной пушкой, n - количество пушек

Vв.нам.снега=720*4 = 2880 м3

N = Vльда/Vв.нам.снега

где Vв.нам.льда - объем намораживаемого льда всеми пушками, Vльда - общий объем льда

N = 28260/2880 = 10 дней

Количество воды, которое может разлить 1 насос в сутки:

Vводы = N * t;

где N - это производительность насоса, t - время работы

Vводы=30*24 = 720 м3 в сутки

Продолжительность работы насоса:

N = Vльда/Vводы

где Vводы - объем воды, разливаемый один насосом, Vльда - общий объем льда

N = 42390/720 = 59 дней

Добавим количество насосов, чтобы уложиться в сроки.

Vв.воды. = Vводы * n

где Vводы - объем разлитой воды одним насосом, n - количество насосов

Vв.воды. = 720*4 = 2880 м3

N = Vльда/Vв.воды

где Vводы - объем воды, разливаемый всеми насосам, Vльда - общий объем льда

N = 42390/2880 = 15 дней

Необходимо также учесть время на установку арматуры и перестановку оборудования.

Примем коэффициент на прочие работы 1.2.

Итого:

N = 30* 1.2 = 36 дней.

Время необходимое для заливки острова 100 метров в диаметре и 9 метров высотой - 36 дней.

Необходимо учесть количество необходимой энергии.

Определим количество энергии, которое потребят все ледогенераторы в сутки:

Pсут = n*t*Pчас

где n - количество ледогенераторов, t - время работы ледогенератора, Pчас - количество потребляемой энергии в час ледогенератором.

Pсут = 6 * 24 * 4 = 576 кВт

Требуемая энергия на все время работы:

Pall1 = Pсут*N

где Pсут = количество энергии, которое потребляют все ледогенераторы в сутки, N - продолжительность работы ледогенератора

Pall = 576 * 10 = 5760 кВт

Рассчитаем количество энергии необходимое для насосов.

Определим количество, которое потребляет все насосы за сутки:

Pсут = n*t*Pчас

где n - количество насосов, t - время работы насоса, Pчас - количество потребляемой энергии в час насосом.

Pсут = 3,6* 24 * 4 = 345,6 кВт

Требуемая энергия на все время работы:

Pall = Pсут*N

где Pсут = количество энергии, которое потребляют все насосы в сутки, N - продолжительность работы ледогенератора

Pall2 = 345,6 * 15 = 5184 кВт

Общее количество энергии необходимое для намораживания острова:

P = Pall1+ Pall2

Pall = 5184+5760 = 10 944 кВт.

Рассматривать потребление воды снегогенератором и насосами не имеет смысла, так как оба они берут воду при помощи шлангов из океана. Шланги требуется утеплить во избежание замерзания в периоды, когда снегогенератор или насос, не используется. Для утепления шлангов можно воспользоваться минеральной ватой с фольгированной стороной или любым другим видом утепления.

Также необходимо рассчитать экономическую составляющую проекта и рассчитать примерную стоимость оборудования с учетом всех затрат.

Стоимость одного снегогенератора 661 700 рублей. Данная стоимость указана в максимальной комплектации, стоимость более дешевой версии - 428 800 рублей, что указано на их сайте[7].

Общая стоимость всех снегогенераторов:

Свсех ген. = Содн. ген.*n

где Содн. ген. - стоимость одного ледогенератора, n - количество ледогенераторов

С = 428 800 * 4 = 1 715 200 рублей

Стоимость одного насоса 230 005 рублей [8].

Общая стоимость всех насосов:

Свсех нас. = Содн. нас.*n

где Содн. нас. - стоимость одного насоса, n - количество насосов

С = 230 005 * 4 = 920 020 рублей

Общая стоимость оборудования:



Собщ = Свсех. ген.+ Свсех нас.

Собщ. = 920 020 + 1 715 200 = 2 635 020 рублей.

Необходимо заложить также деньги на прочие затраты (шланги, комплектующие), примем это как коэффициент от общей суммы. Кз = 1,15

С = 2 635 020 * 1,15 = 3 030 273 рублей.



Заключение

В ходе работы я рассмотрел один из возможных способов создания искусственного ледяного острова. Сделал расчет времени строительства острова с учетом времени на замерзание каждого намораживаемого участка. Провел расчет потребления энергии, а также рассчитал примерную стоимость оборудования и комплектующих для наморажимания острова. Использованные данные требуют уточнения под конкретный год производства.

Предложенный в ходе работы метод имеет ряд преимуществ и ряд недостатков. Преимуществом является скорость возведения острова и простота оборудования. Недостатками является обледенение оборудования, а также при более низких температурах не полное проникновения воды в толщу набрызганного льда. Предложенная комбинация двух методов является неплохой альтернативой, другим существующим методам.



Список используемых источников

1.Макеенко В.И., Мясковский Е.Г., Мирзоев Д.А. Искусственный намораживаемый остров // Патент, номер патента: 1165741, 1981 г.

2.Loset, S., Shkhinek K.N., Gudmestad, O.T., Hoyland, K.V. Actions from ice on Arctic Offshore and Coastal Structures (2006) Publisher "LAN", St.Petersburg, 272 p.

3.Шарапов Д.А., Шхинек К.Н., Большев А.С. Горизонтальные ледовые нагрузки на вмерзшие сооружения // Научно-технический сборник российского морского регистра судоходства, 2012, 75-84.

4.Sharapov D., Shkhinek K. A method to determine the horizontal ice loads on the vertical steel structures which adfreeze to the ice level // Coastal Engineering, Volume 88, June 2014, Pages 69-74.

Размещено на Allbest.ru

...