Введение к работе
Актуальность темы исследований. В настоящее время, как в России, так и за рубежом реализуются различные нефтегазовые проекты в замерзающих морях. Цель проектов – обеспечить планомерное наращивание объемов экспорта на мировые рынки сбыта нефти и газа. Освоение нефтегазовых ресурсов северного и арктического шельфов сопряжено со значительными трудностями, вызванными сложным гидрометеорологическим режимом. При этом определяющим фактором является наличие ледовых образований и их взаимодействие с донными грунтами. Эти условия необходимо учитывать при выборе строительной и эксплуатационной техники, а также при выборе методов и способов строительства и эксплуатации различных сооружений, возводимых при разработке месторождений в условиях замерзающих морей. При обустройстве морских месторождений планируется использование подводных гидротехнических сооружений. С развитием технологии подводной добычи становится актуальной проблема использования подобных систем в местах, где существует вероятность их повреждения ледовыми образованиями.
В данной диссертации предметом исследования является воздействие ледовых образований через донный грунт на подводные гидротехнические конструкции морских нефтегазовых месторождений.
Цель работы:
осуществить экспериментальную оценку процесса выпахивания донного грунта морскими ледовыми образованиями путем крупномасштабного лабораторного изучения процесса внедрения твердого тела заданных размеров в грунтовое основание по разработанной методике с использованием специально созданной экспериментальной установки;
используя полученные опытные данные, определить физический характер и основные параметры происходящего разрушения грунта при внедрении в него твердого тела;
выполнить количественную и качественную оценку реакции грунта в зависимости от различных условий эксперимента;
оценить характер перераспределения усилий и поведения сжатого слоя грунта в момент, когда модель ледового образования максимально близко подходит к вертикальной преграде.
Научная новизна работы заключается в следующем:
проведены крупномасштабные экспериментальные исследования, которые позволили впервые получить комплексное представление о физической картине внедрения ледовых образований в донный грунт, происходящего при этом процесса разрушения грунта и его влияния на заглубленные конструкции;
впервые разработан метод расчета прогнозной величины нарушения поверхности дна дрейфующими ледовыми образованиями, включающий определение предельного сопротивления грунта с учетом величины заглубления, наличия трения на контактной поверхности, дополнительного действия грунтового отвального тела при изменении свойств слагающего его материала и влияния пространственного эффекта;
определен характер перераспределения усилий и поведения сжатого слоя грунта в момент, когда модель ледового образования максимально близко подходит к вертикальной преграде.
Практическая значимость. Предложенный метод определения величины нарушения поверхности дна в результате возможного выпахивания донного грунта дрейфующими ледовыми образованиями позволяет осуществить на предварительных стадиях проектирования её более надежную расчетную оценку, что повышает обоснованность выбора приемлемых способов защиты подводных сооружений от воздействия льда.
На защиту выносятся:
результаты подготовленных и выполненных экспериментальных и теоретических исследований процесса взаимодействия твердого тела с грунтовым основанием и вертикальной преградой при различных схемах их нагружения;
разработанный на основе опытных данных метод определения высоты и формы призмы волочения;
разработанный с учетом выполненной оценки механизма формирования призмы волочения, инженерный метод определения реакции грунта, обеспечивающий возможность её определения в общих случаях взаимодействия контактной поверхности с грунтом;
результаты решения задачи по определению давления грунта на подводные гидротехнические объекты нефтегазовых месторождений в системе «ледовое образование - грунт – вертикальная преграда».
Достоверность полученных результатов исследований подтверждается сравнительным анализом величин, полученных расчетом по предложенной методике (силы сопротивления грунта, давления на вертикальную преграду и высоты призмы волочения), с экспериментальными данными.
Личный вклад автора. В результате решения поставленной задачи был исследован процесс нарушения поверхности дна дрейфующими ледовыми образованиями с определением предельного сопротивления грунта, механизма формирования призмы волочения и давления на подводные гидротехнические объекты нефтегазовых скважин применительно к условиям освоения месторождений Баренцева и Карского морей. Результаты экспериментальных исследований также использовались при выполнении НИР, проведенной по заказу ОАО ГАЗПРОМ.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены: на III Всероссийская конференции «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений», Москва (2012), на заседании кафедры Гидротехнических сооружений МГСУ (2012).
Структура и объем работы:
