image
energas.ru

Газовая промышленность № 05 2018

Освоение шельфа

01.05.2018 11:00 Исследование особенностей гидрометеорологического режима на акватории глубоководной части шельфа о. Сахалин в Охотском море
ПАО «Газпром» принадлежит несколько лицензий на морские участки, расположенные на акваториях континентального шельфа Охотского моря с глубинами 100 м и более, которые находятся на значительном удалении от береговой линии. По сравнению с районами шельфа о. Сахалин, где в настоящее время осуществляется разработка месторождений углеводородов, рассматриваемые акватории заведомо характеризуются рядом отличительных особенностей природных условий и по формальным критериям определения степени изученности территории должны быть отнесены к недостаточно изученным. В частности, здесь можно ожидать большей интенсивности волнения и скоростей течения, более тяжелых и, возможно, специфических ледовых условий. В статье представлены результаты исследований, проведенных по заданию ПАО «Газпром» в рамках морских экспедиций в безледный (осень 2015 г.) и ледовый (апрель 2016 г.) периоды. В качестве одного из значимых результатов первой экспедиции можно отметить высокие скорости течения, зафиксированные с помощью автономных гидрологических станций в приповерхностном (до 2,7 м/с) и придонном (до 0,4 м/с на глубине 170 м) слоях воды. Зимняя экспедиция осуществлялась с привлечением ледокольного судна. Получены характеристики дрейфа льда с помощью устанавливаемых на дрейфующий лед буев-маркеров, собран значительный объем данных по морфометрическому строению торосистых образований. Построены цифровые модели рельефа нижней и верхней поверхностей обследованных ледяных образований, для съемки использовался беспилотный летательный аппарат. Для 12 ледяных образований среднее значение общей толщины льда превышало 3,5 м. Выявлено широкое распространение многослойного льда с относительно ровной поверхностью – до 5–6 слоев льда толщиной 0,5–0,6 м каждый. Если в последующих исследованиях будет подтвержден типичный характер таких ледяных образований для данного района, то они могут составить один из определяющих расчетных сценариев при проектировании морских платформ.
Ключевые слова: ОХОТСКОЕ МОРЕ, ШЕЛЬФ, ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ, ЭКСПЕДИЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Открыть PDF


ПАО «Газпром» принадлежит несколько лицензий на морские участки, расположенные на континентальном шельфе Охотского моря. В их числе – три лицензии на участки Киринский, Аяшский и Восточно-Одоптинский на восточном шельфе о. Сахалин (рис. 1). Месторождения и структуры в пределах этих участков находятся на акваториях со значительными глубинами моря. С учетом тяжелого ледового режима и высокой сейсмичности предстоящее освоение как первоочередных месторождений, так и перспективных структур потребует решения целого ряда сложнейших технических задач.

Некоторые из указанных месторождений и структур имеют сложное геологическое строение и помимо газа содержат также значительные запасы газового конденсата и нефти, что существенно усложняет их разработку. В силу значительной удаленности объектов разработки от береговой линии (40–100 км) и больших глубин моря (100–400 м) обойтись при полном обустройстве месторождения только подводными решениями, как это реализуется, например, на расположенном значительно ближе к берегу Киринском газоконденсатном месторождении (глубина моря около 90 м), не удается. Таким образом, рано или поздно придется использовать надводные объекты обустройства – стационарные и (или) плавучие морские платформы.

1_1_4.png

Рис. 1. Расположение участков проекта «Сахалин-3», лицензии на которые принадлежат ПАО «Газпром» [1]

Fig. 1. Location of sites of the Sakhalin-3 project, licenses to which belong to Gazprom PJSC [1]

Можно предположить, что на начальном этапе обустройство газоконденсатных промыслов будет осуществляться с применением только подводных технологий. В то же время на сегодняшний день не существует апробированных решений по освоению запасов нефтяных оторочек в вышеописанных условиях – ни подводных, ни платформенных.

Концепция подводной добычи и транспортировки многофазной продукции скважин на большие расстояния в холодной акватории при современном уровне технологии представляется нереализуемой. Применение стационарных платформ в условиях ледовитых морей на глубинах более 150 м также считается технически нереализуемым решением. В диапазоне глубин около 100–150 м (в западной части вышеупомянутых лицензионных участков) реализованные проекты ледостойких платформ в мире отсутствуют, за исключением платформ на Ньюфаундлендской банке, где основной угрозой являются айсберги, а не дрейфующий лед, который появляется не каждый год и обладает невысокой сплоченностью. Возможные концептуальные варианты столкнутся с необходимостью разрабатывать уникальные сооружения на пределе технической реализуемости и с огромными капитальными затратами. При этом ситуация многократно усложняется фактором высокой сейсмической активности в данном районе. Варианты ледостойких платформ с круглогодичным режимом эксплуатации существуют только на уровне концепций, причем их эксплуатация, по-видимому, должна будет осуществляться под защитой систем управления ледовой обстановкой.

1_1_1.png

Рис. 2. Расположение полигонов исследований

Fig. 2. Location of research grounds

С учетом отсутствия на сегодняшний день апробированных технических и технологических решений по освоению нефтяных оторочек в замерзающих акваториях могут быть признаны обоснованными предложения о реализации на месторождениях с нефтяной оторочкой этапа опытно-промышленных работ (ОПР) с сезонным применением морской плавучей платформы с нефтехранилищем. В случае достижения положительного результата при реализации ОПР предусматривается дальнейшее освоение запасов нефтяных оторочек на этапе обустройства на полное развитие.

 

ВЫБОР КОНЦЕПЦИЙ ОСВОЕНИЯ

Для выбора концепций освоения рассматриваемых месторождений и структур необходимо в первую очередь обладать достоверной информацией о возможных особенностях природных условий в районах их расположения. С одной стороны, может показаться, что данный район Охотского моря отнюдь не является слабоизученным, поскольку на восточном шельфе о. Сахалин к настоящему времени уже установлены пять стационарных морских платформ для добычи углеводородов, из них две – в составе проекта «Сахалин-1» на месторождениях Чайво (платформа «Орлан») и Аркутун-Дагинское (платформа «Беркут») и три – в составе проекта «Сахалин-2» на месторождениях Пильтун-Астохское (платформы «Пильтун-Астохская-А» и «Пильтун-Астохская-Б») и Лунское (платформа «Лунская-А»). Вместе с тем необходимо принять во внимание, что акватории Киринского, Аяшского и Восточно-Одоптинского лицензионных участков заведомо характеризуются рядом отличительных особенностей природных условий по сравнению с указанными выше месторождениями.

Во-первых, как уже отмечено выше, они находятся на существенно большем удалении от берега и на бóльших глубинах, вследствие чего можно ожидать большей интенсивности волнения и скоростей течения. Во-вторых, более южные акватории оказываются в зоне перемещения мощных морских (южных) циклонов, поэтому характер и интенсивность штормовых условий здесь могут различаться. В-третьих, в этой части континентального шельфа вследствие специфического характера картины перемещения ледяного покрова с ярко выраженным преимущественным направлением с севера на юг вдоль о. Сахалин можно ожидать более высоких скоростей дрейфа льда и, вероятно, большей толщины опасных ледяных образований (наслоенного льда, торосов и др.). Судоходство в ледовый период здесь практически отсутствует, поэтому гидрометеорологические данные, полученные с помощью непосредственных наблюдений, крайне ограниченны. Помимо этого, по формальным критериям определения степени изученности территории [2] рассматриваемые акватории должны быть отнесены к недостаточно изученным.

Таким образом, без выполнения специализированных исследований ледового режима как на акваториях самих рассматриваемых участков, так и на примыкающих акваториях Охотского моря – в результате чего должны быть получены необходимые данные для корректного определения ожидаемых сценариев ледовой обстановки и оценки расчетных ледовых нагрузок – не представляется возможным сделать окончательный вывод о применимости того или иного типа и конструкции платформ.

С учетом рассматриваемых в настоящее время концепций бесплатформенного обустройства первоочередных месторождений объекты обустройства не будут непосредственно подвергаться воздействию экстремальных природных факторов, но на первый план выходят вопросы обеспечения бурения эксплуатационных скважин, выполнения морских строительных работ, проведения обслуживания и ремонта подвод- ных систем. Для надежного планирования этих и других морских операций требуется очень точная информация о ледовом режиме и режимных гидрометеорологических характеристиках, надежное определение которых требует достоверной информации о наблюдениях за длительные периоды времени.

Кроме того, нельзя исключить, что на последующих стадиях разработки месторождений потребуется строительство морских стационарных платформ для размещения технологического оборудования, необходимого для продолжения добычи с экономически целесообразными показателями. Для оценки технической осуществимости использования стационарных, а возможно, и плавучих (при поддержке системы управления ледовой обстановкой) платформ, для обеспечения требований надежности и безопасности их эксплуатации необходимо уже на стадии выбора концепций обустройства и далее, на стадии проектирования, в полной мере учесть все особенности сложных природно-климатических условий рассматриваемого района и сопутствующие потенциальные риски. Выбор наиболее эффективного типа морской платформы (плавучая или стационарная гравитационного, свайного или смешанного типа) должен быть тщательно обоснован для конкретных условий как с технической, так и с экономической точек зрения.

а) a) Image_008.jpg

б) b) Image_009.jpg 

Рис. 3. Ледокольное судно (а) и участники (б) ледоисследовательской экспедиции на восточном шельфе о. Сахалин в Охотском море, апрель 2016 г.

Fig. 3. The icebreaking ship (a) and the participants (b) of the ice exploratory expedition on the eastern shelf of the Sakhalin island in the Sea of Okhotsk, April 2016


ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Согласно действующему законодательству [3] подготовка проектной документации на объекты капитального строительства без выполнения соответствующих инженерных изысканий не допускается. Для неизученных и слабоизученных районов шельфа действующие нормативно-технические документы в области инженерных изысканий на шельфе [4] устанавливают длительность гидрометеорологических изысканий, включая исследования ледового режима, не менее 3–5 лет.

Учитывая сжатые сроки периода подготовки к началу обустройства первоочередных месторождений, сложные природные условия, а также то, что в рамках традиционных инженерно-гидрометеорологических изысканий выполнить весь необходимый объем исследований весьма затруднительно, в ПАО «Газпром» было принято решение о выполнении научно-исследовательской работы (НИР) по изучению особенностей природных условий на примере характерного района акватории восточного шельфа о. Сахалин. С организационной точки зрения, данная НИР представляет собой научное сопровождение инженерных изысканий, осуществление которого предусматривается положениями нормативно-технической документации в области изысканий для объектов повышенного уровня ответственности или для объектов нормального уровня ответственности в сложных природных условиях [2].

Image_011.jpg

Рис. 4. Ледовая станция на ледяном торосистом образовании

Fig. 4. Ice station on the ice hummocky formation

Функциональным заказчиком НИР выступило Управление Департамента 307 ПАО «Газпром», ответственного за добычу газа, газового конденсата, нефти, а исполнителем работы было назначено ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

В качестве основной задачи НИР было установлено определение режимных и экстремальных гид- рометеорологических характеристик для выбранной акватории на основе математического моделирования c учетом натурных данных, полученных в ходе проведения летне-осенних и зимних морских экспедиционных работ. Работа носит комплексный характер и включает помимо полевых исследований очень большой объем физико-математического моделирования и расчетов полей гидрометеорологических элементов, что может быть реализовано лишь с применением суперкомпьютерной техники и уточненной верификации по накапливаемым данным натурных наблюдений. Эта часть НИР важна и интересна с методологической точки зрения, поскольку именно на основе данных моделирования определяются расчетные значения режимных и экстремальных характеристик гидрометеорологических элементов, необходимых для проектирования. В настоящей статье описаны состав и объемы выполненных экспедиционных исследований, отмечены наиболее интересные и значимые из полученных результатов. Использованные при моделировании методы и подходы будут представлены в отдельной публикации.

Image_013.jpg 

Рис. 5. Использование БПЛА для анализа ледовой обстановки и характеристик ледяных образований

Fig. 5. Use of the air drone for the analysis of ice conditions and characteristics of the ice formations


ЭКСПЕДИЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В целом программа экспедиционных исследований рассчитана на 3–4 года, при этом запланировано проведение трех экспедиций, выполняемых с борта научно-исследовательского судна в безледный (летне-осенний) период, и двух ледоисследовательских экспедиций, выполняемых с борта ледокольного судна в период максимального развития ледяного покрова (апрель – май). К настоящему моменту выполнены летняя экспедиция в 2015 г. (сентябрь – октябрь) и зимняя экспедиция в 2016 г. (апрель – май). Исполнитель работ – ФГБУ «Государственный океанографический институт имени Н.Н. Зубова», обладающий богатым опытом проведения морских специализированных исследований и инженерных изысканий.

Район исследований включает глубоководный полигон (глубина моря 100–200 м), мелководный полигон (между изобатами 8 и 40 м), включающий часть коридора планируемой трассы трубопровода-коллектора, а также береговой участок в районе выхода трубопровода на берег и примыкающий прибрежный участок (до изобаты 8 м). Расположение полигонов исследований показано на рис. 2 (здесь АГБС – автономная гидрологическая буйковая станция, АГДС – автономная гидрологическая донная станция).

Работы на мелководном и глубоководном полигонах в рамках летней экспедиции 2015 г. выполнялись с борта научно-исследовательского судна (НИС) «Владимир Сафонов». В ходе работы с использованием НИС помимо традиционных исследований гидрометеорологических элементов была осуществлена установка трех автономных гидрологических станций (АГС) длительного периода работы, позволяющих определять границу (профиль) нижней поверхности ледяного покрова, а также скорость его дрейфа, и накапливать полученные данные в автономной памяти в течение всего ледового периода 2015–2016 гг. Соответствующие АГС были подняты через год, в сентябре 2016 г., в рамках вспомогательного рейса. Отметим, что две глубоководные площадки, на которых устанавливались годовые АГС, выбраны с учетом возможного размещения платформ на этапе ОПР.

Морские экспедиционные работы в 2015 г. проводились в тече- ние 48 сут, из них на НИС в море – 40 сут. Значительный объем исследований был также выполнен на береговом и прибрежном участках.

Расположение исследовательских полигонов и точки установки АГС были согласованы с ПАО «ВНИПИгаздобыча», которое разрабатывало программу инженерных изысканий. Новые данные, полученные в рамках выполненной экспедиции, существенно увеличили объем информации по гидрометеорологическим условиям рассматриваемой акватории и повысили ее репрезентативность.

Важное значение для проектирования подводных объектов могут иметь следующие полученные данные.

Прямые измерения показали, что на глубинах моря более 100 м температура воды в придонном слое практически круглый год остается в пределах отрицательных значений (температура замерзания соленой воды составляет около –1,8 °С).

Еще одной выявленной особенностью района исследований являются высокие скорости течения, причем как в приповерхностном слое, так и в придонном.

Наибольшие скорости течения, по данным измерений годовых АГС, наблюдались в октябре – декабре (в период осенних штормов), летом течения слабее. На горизонте 5 м (приповерхностный слой) весной и осенью максимальные скорости течений в приповерхностном горизонте превышают 1,1 м/с, достигая 1,6 м/с в октябре. Экстремально высокая скорость течений (2,7 м/с) зафиксирована в ноябре.

По данным наблюдений на АГС, установленной на глубине 170 м, максимальные значения скорости течения в придонном слое наблюдаются в период с октября по декабрь и достигают 0,4 м/с. На промежуточном горизонте 112 м в период осенних штормов скорость течения достигала 0,8 м/с, а летом максимальные скорости течений составляли 0,4–0,5 м/с.

Необходимо отметить, что высокие значения скорости течения могут существенно затруднять, а в некоторых случаях полностью препятствовать выполнению тех или иных морских операций, связанных со строительством, обслуживанием и ремонтом подводных объектов обустройства. Поэтому большое значение имеет продолжение соответствующих исследований, что позволит увеличить объем накопленной информации, выполнить последующую статистическую обработку и интерпретацию данных. Эти данные позволят выполнить надежную верификацию специализированных гидродинамических моделей, используемых для построения протяженных рядов гидрометеорологических элементов, и определить соответствующие экстремальные и оперативные характеристики (включая скорости течения), что предусмотрено техническим заданием на выполняемую НИР.

1_1.png 

Рис. 6. Цифровая модель рельефа ледяного образования

Fig. 6. Digital model of the relief of the ice formation

ЛЕДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В апреле 2016 г., в период максимального развития ледяного покрова в Охотском море, на рассматриваемой акватории была проведена ледоисследовательская экспедиция с использованием современного многофункционального аварийно-спасательного ледокольного судна «Спасатель Кавдейкин» (ФБУ «Морская спасательная служба Росморречфлота») (рис. 3).

Ледовые условия акватории, расположенной на большем удалении от берега, изучены существенно хуже по сравнению с более северными районами, в которых ранее выполнен значительный объем исследований и введены в эксплуатацию несколько ледостойких платформ.

В ходе работы с использованием ледокольного судна решались следующие основные задачи:

– исследование на рассмат- риваемой акватории в зимний (ледовый) сезон 2016 г. ледовой обстановки и особенностей ледяного покрова;

– анализ и обобщение необходимой для моделирования и корректного определения режимных и экстремальных характеристик ледяного покрова и ледяных образований информации, полученной с помощью ледовых, гидрометеорологических и морфолитодинамических исследований, выполняемых с борта ледокольного судна на ледовых станциях, а также на расположенном на берегу исследовательском полигоне;

– исследования по определению морфометрических парамет- ров ровного льда и торосистых образований, включая изучение внутренней структуры торосов и стамух с использованием бурения;

– исследование килей (подвод- ных частей) торосов, включая съемку их нижней поверхности с помощью управляемого подвод- ного аппарата «ГНОМ стандарт» (в соответствии с задачами экспедиции аппарат был модернизирован: дополнительно навешаны два мощных аккумуляторных фонаря и закреплена фотовидеокамера GoPro Hero4 Black Edition в подводном боксе);

– изучение физико-механических характеристик льда на ледовых станциях;

– оценка качественных и количественных характеристик морфологических и морфомет- рических параметров ледяных образований (навалов и надвигов льда на берег, гряд торосов) в рамках исследований, выполняемых на береговом полигоне;

– получение характеристик дрейфа льда на основе анализа данных, получаемых с помощью устанавливаемых на дрейфующий лед буев-маркеров для измерения скорости и направления его перемещения;

– определение значений гидрометеорологических параметров на рассматриваемой акватории в период наличия ледяного покрова на основе анализа данных регулярных измерений основных метеорологических показателей на борту судна, на дрейфующем льду при выполнении ледовых станций и на временной гидрометеорологической станции, устанавливаемой на береговом полигоне;

– оценка профиля направления и скорости течения, уровня моря, вертикального распределения температуры и солености воды на ледовых станциях;

– получение предварительной оценки параметров ледяного покрова и характерных ледяных образований по результатам ледотехнических исследований 2016 г.

При проведении исследований применялся широкий спектр как традиционных, так и новых современных методов изучения свойств ледяного покрова и соответствующего технического оборудования. Ниже приводится сжатый перечень, характеризующий объем выполненных исследований в составе полевых работ и последующей камеральной обработки данных измерений и наблюдений.

а) a)Image_018.jpg

б) b)Image_019.jpg

в) c)Image_015.jpg

Рис. 7. Изучение физико-механических характеристик льда: а) выбуренные керны льда; б) испытания образцов льда в прессе на одноосное сжатие; в) испытания ледяных консолей на плаву для определения изгибной прочности

Fig. 7. Investigation the physical and mechanical characteristics of ice: a) drilled out ice core samples; b) testing of ice samples in the press for uniaxial compression; c) tests of floated ice consoles to determine bending resistance


На протяжении всего времени движения ледокольного судна среди льдов в светлое время суток выполнялись наблюдения ледовой обстановки с борта судна с записью в электронный журнал. С помощью судового фотографического комплекса получено более 100 тыс. фотоснимков в целях оценки характеристик ледяного покрова.

При планировании и выполнении исследований активно использовался вертолет МИ-8Т (ООО Авиакомпания «Вертикаль-Т», г. Тверь; место базирования – аэропорт Ноглики) для расстановки буев, визуальных наблюдений, ледовой разведки, аэрофотосъемки суммарной длительностью более 8 ч.

Построены 10 ледовых карт (с учетом информации с космоснимков и визуальных наблюдений), которые в составе массива полученных данных в дальнейшем будут использованы для определения оперативных характеристик ледяного покрова.

Всего в ходе экспедиции было комплексно изучено 24 ледяных образования: три – на береговом полигоне, остальные – на рассматриваемой акватории и в прилегающих районах. Пример выполнения работ на ледяном образовании представлен на рис. 4.

Image_021.jpg

Рис. 8. Изучение килей (подводных частей) ледяных образований

Fig. 8. Study of keels (underwater parts) of ice formations

В целях оценки ледовой обстановки, выбора мест для осуществления ледовых станций и при обследовании ледяных образований широко применялся беспилотный летательный аппарат (БПЛА) – квадрокоптер DJI Phantom 3 Professional с видеокамерой высокого разрешения. Записано более 5 ч видеофильмов и сделано около 2 тыс. фотоснимков (рис. 5).

Выполнялась тахеометрическая и лазерная съемка надводной части, построены цифровые модели рельефа (ЦМР) всех обследованных ледяных образований (рис. 6).

Всего на 24 ледяных образованиях пробурено 1077 ледовых скважин общей протяженностью 4778 м, на поверхности ледяных образований выполнено 126 про- филей общей длиной 6381 м с помощью георадара «Лоза-В» (ООО «Компания ВНИИСМИ») для анализа неоднородности строения ледяного покрова по толщине. Выбурены 80 кернов льда, для которых произведены определение плотности, измерения температуры и солености, выполнено 637 испытаний образцов льда на прессе для определения прочностных характеристик и 51 определение локальной прочности льда методом in situ. Выполнено также шесть крупномасштабных испытаний ледяных консолей на плаву для определения изгибной прочности льда (рис. 7).

1_1_2.png

Рис. 9. ЦМР нижней поверхности льда обследованного ледяного образования

Fig. 9. Digital model of the ice lower surface relief of studied ice formation

На большинстве ледовых станций проводилось определение подводного рельефа с помо- щью подводного аппарата (рис. 8), выполнено 68 подводных маршрутов. Для всех морских ледяных образований построены ЦМР (рис. 9). Выполнены наблюдения за скоростью и направлением течений в подледном, придонном и промежуточном слоях с помощью акустического доплеровского профилографа Sentinel V100 ADCP (Teledyne RD Instruments).

Перед началом морских исследований с помощью вертолетных десантов на ледяные образования, расположенные к северу от района работ, было установлено 20 автономных буев-маркеров для изучения динамических характеристик ледяного покрова. Буи оснащены встроенными GPS-датчиками для определения координат. Встроенный передатчик каждый час передает данные о положении буя и температуре воздуха через спутники системы Argos-2.

В результате выполненных исследований получен значительный объем информации об особенностях ледовых условий в районе рассматриваемой акватории. Необходимо отметить, что для района исследований зима 2015–2016 гг. по суровости ледовых условий может быть классифицирована как умеренная, поэтому в более холодные зимы можно ожидать наблюдения ситуаций с более тяжелой ледовой обстановкой, чем зафиксированных в ходе экспедиции. Следует иметь в виду, что надежные выводы могут быть сформулированы лишь после завершения планируемого цикла экспедиционных работ и выполнения в полном объеме программы физико-математического моделирования. Тем не менее среди полученных результатов можно отметить несколько интересных наблюдений, которые характеризуют некоторые отличительные признаки ледовых условий рассматриваемой акватории.

Image_025.jpg

Рис. 10. Характерный пример наслоенного льда с несколькими слоями

Fig. 10. Typical example of rafted ice with several layers

В 2016 г. с начала апреля на рассматриваемой акватории и даже в существенно более северных районах лед наблюдался лишь в форме обломков ледяных полей размером 100–500 м, а также крупнобитого и мелкобитого льда. При этом ледяной покров в различные временные интервалы характеризовался как сплоченный, очень сплоченный и сжатый лед. Была выдвинута рабочая гипотеза, что такая картина вызвана недавним циклоном, который привел к повышению динамичности ледяного покрова и вызвал достаточно интенсивные волны зыби. В силу физической природы волны зыби достаточно глубоко проникают внутрь ледяного покрова со стороны открытой воды, вызывают интенсивные изгибные колебания льда, приводящие к его разрушению на фрагменты, линейные размеры которых близки к значениям длины волн зыби (90–120 м). Этот аспект требует дополнительного исследования, поскольку, с одной стороны, он способствует снижению ледовых нагрузок, а с другой – может порождать дополнительные рис- ки при организации аварийной эвакуации персонала платформ на лед. В связи с этим он должен учитываться в проекте обустройства при планировании аварийно-спасательных работ в зимний период.

1_1_3.png 

Рис. 11. Исследования дрейфа льда с помощью буев-маркеров: а) буй, установленный на ледяной покров; б) характерные реверсивные движения ледяного покрова по данным буев-маркеров

Fig. 11. Ice drift studies with buoymarkers: a) buoy mounted on the ice cover; b) characteristic reversible movements of the ice cover according to buoy-markers data

Было установлено, что, несмотря на условия умеренной зимы, лед имел достаточно большую толщину. В частности, для 12 обследованных ледяных образований среднее значение общей толщины льда превышало 3,5 м, а в 15 случаях максимальные значения общей толщины превышали 6 м. При изучении распределения толщины льда по площади ледяных образований эффективным оказалось сочетание традиционного шнекового бурения, выполняемого по частой сетке, с георадарной съемкой. Это позволило, во-первых, существенно повысить надежность оценок толщины льда, а во-вторых, получить высококачественную информацию о структуре подводной части ледяных образований. При этом были идентифицированы два крупных торосистых ледяных образования: с осадкой киля до 14,2 и 14,9 м и общей толщиной льда до 16,0 и 18,2 м соответственно. Как известно, крупные торосы в общем случае составляют один из определяющих расчетных сценариев при проектировании надводных объектов обустройства (морских платформ). В связи с этим информация о размерах и структуре торосов важна для корректного определения ледовых нагрузок.

Практически отсутствовали ледяные образования, характеризуемые в ледотехнических исследованиях как ровный лед (однослойный лед естественного нарастания). В основном наблюдался так называемый деформированный (торосистый и наслоенный) лед. Достаточно неожиданно было выявлено широкое распространение нетипичных ледяных образований, внешне представляющих собой ровный лед, но в действительности являющихся многослойным льдом. Визуально и инструментально установлено, что в некоторых случаях имеется до 5–6 слоев льда толщиной 0,5–0,6 м каждый (рис. 10). Кроме того, обнаружено, что в большинстве случаев методы визуального наблюдения «сверху» (вертолетная разведка, БПЛА, наблюдения с мостика судна) не позволяют отличить ровный лед от наслоенного или торосистого со слабодеформированной поверхностью. При этом если в последующих исследованиях будет подтвержден типичный характер таких ледяных образований для данного района, то такие ледяные образования могут составить один из определяющих расчетных сценариев при проектировании морских платформ. Это еще раз подтверждает необходимость исследований ледяного покрова непосредственно в полевых условиях, с использованием ледокольного судна и путем высадки отрядов на лед.

Анализ измерений скорости дрейфа льда, полученных с помощью буев-маркеров, показал, что средние значения скорости дрейфа льда составляют 0,2–0,3 м/с, а максимальные – 0,83 м/с. Данные с буев передавались с интервалом в 1 ч, поэтому пиковые значения скорости дрейфа определенно могли быть еще выше, что дополнительно подтверждает потенциально высокие значения расчетных ледовых нагрузок. Кроме того, данные буев позволили однозначно идентифицировать характерные реверсивные движения ледяного покрова (рис. 11). Данная информация имеет важное значение для корректного определения оперативных характеристик ледяного покрова.

В рамках камеральных исследований был выполнен анализ данных о нижней поверхности дрейфующего ледяного покрова, полученных с помощью годовых АГС (установлены осенью 2015 г. и подняты осенью 2016 г.). Всего удалось дешифрировать около 280 крупных ледяных образований. Максимальная осадка киля составила около 14 м (рис. 12), зафиксированы высокие скорости подледных течений – до 1,0 м/с.

1_1_5.png
Рис. 12. Характеристика нижней поверхности дрейфующего ледяного покрова по данным годовых АГС за период 1–31 марта 2016 г.

Fig. 12. Characteristics of the lower surface of the drifting ice cover according to the data of the annual аutonomous hydrologic stations for the period of March 1–31, 2016

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках двух экспедиций на рассматриваемой акватории, проведенных в безледный период в 2015 г. (со вторым вспомогательным рейсом в 2016 г.) и в период максимального развития ледяного покрова в апреле 2016 г., собраны уникальные данные наблюдений, анализ которых позволил получить новые сведения о гидродинамическом режиме исследуемой акватории, в том числе впервые – в зимнее время. Даже предварительные результаты имеют большое научное и прикладное значение и могут быть использованы при проектировании и будущей эксплуатации первоочередных месторождений на рассматриваемых лицензионных участках. Вместе с тем полученные данные основаны на материалах одного года исследований, содержат определенные предположения и не всегда могут быть рассмотрены как однозначно установленные закономерности – требуются их подтверждение и развитие в ходе новых исследований, которые планируется продолжить.



← Назад к списку