Разработка технологии обеспечения айсберговой безопасности поисково-разведочного бурения на арктическом шельфе на примере Восточно-Приновоземельских участков Карского моря тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.18, кандидат наук Ефимов Ярослав Олегович

• Ефимов Ярослав Олегович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Ефимов Ярослав Олегович

ГЛАВА

ГЛАВА

ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПОИСКОВО-

РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ НА АКВАТОРИИ ВОСТОЧНО-ПРИНОВОЗЕМЛЬСКИХ УЧАСТКОВ КАРСКОГО МОРЯ

1.1 Географическое описание района исследований

1.2 Изменчивость сроков очищения ото льда и дат начала 17 ледообразования на акватории Восточно-Приновоземельских участков

1.3 Основные факторы, влияющие на сроки очищения 20 акватории ото льда и устойчивого ледообразования

1.4 Продолжительность безледного периода

1.5 Сценарии операционного периода для буровой установки 30 безледового класса

1.6 Сценарии увеличения продолжительности операционного 40 периода для ледостойкой буровой установкой

1.7 Обзор ранее выполненных исследований по тематике 50 диссертационной работы

СВОЙСТВА АЙСБЕРГОВ КАК ФАКТОРА

ОПАСНОСТИ ПРИ МОРСКОМ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОМ БУРЕНИИ

2.1 Продуцирующие ледники юго-западной части акватории 56 Карского моря

2.2 Морфометрические параметры айсбергов юго-западной 63 части акватории Карского моря

2.3 Распространение айсбергов на акватории юго-западной 67 части Карского моря

ВЛИЯНИЕ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ НА ПРОВЕДЕНИЕ 74 МОРСКИХ ОПЕРАЦИЙ В РАМКАХ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕДОВОЙ ОБСТАНОВКОЙ ОБНАРУЖЕНИЕ И ОТВЕДЕНИЕ АЙСБЕРГОВ

4.1 Спутниковая съемка

4.2 Авиаразведка

ГЛАВА

4.3 Судовые наблюдения за айсберговой обстановкой

4.4 Отведение айсбергов от буровых установок посредством буксировки

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЙСБЕРГОВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ АКВАТОРИЙ РОССИЙСКОГО ШЕЛЬФА

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

93

107

125

126

ВВЕДЕНИЕ

Освоение ресурсов арктического шельфа является одной из важнейших задач Российской Федерации в XXI веке. По своему совокупному нефтегазовому потенциалу осадочные бассейны российского арктического шельфа сравнимы с крупнейшими нефтегазоносными регионами мира. Согласно оценкам Министерства природных ресурсов РФ, на шельфе Арктики находится 17,3 млрд. тонн жидких углеводородов и 85,1 трлн. кубометров газа. На проведение геологоразведочных работ выдано 69 лицензий с обязательствами по проведению бурения не менее 86 поисково-разведочных скважин. Акватория арктического шельфа характеризуется тяжелыми ледовыми условиями, что определяет необходимость разработки инновационных подходов при его освоении; особое внимание должно быть уделено вопросам экологической и промышленной безопасности, поскольку попадание углеводородов в морскую среду в условиях Арктики приведет к тяжелым и слабо прогнозируемым последствиям для экосистем полярных морей. Основными угрозами для морских нефтегазопромысловых сооружений на арктическом шельфе являются поля ровного льда и ледяные образования различного происхождения: айсберги (материковый лед) и торосистые образования (деформированный морской лед). Взаимодействие ледяных образований с инженерным сооружением может привести к потере устойчивости всей конструкции, повреждению ее отдельных элементов, а также к разрушению подводных объектов (трубопроводов, подводных добычных комплексов, линий связи) вследствие пропахивания дна килем ледяного образования.

Концептуальные подходы к снижению негативного воздействия ледяных образований на морские нефтегазовые сооружения принципиально различаются для сезонов открытой воды и развитого ледяного покрова. Основной угрозой при работе на шельфе в период открытой воды являются айсберги, а основным методом снижения рисков столкновения с морскими нефтегазопромысловыми сооружениями - физическое воздействие на айсберг с целью изменения его траектории. В период развитого ледяного покрова практически невозможно избежать контакта сооружения с ледяными образованиями, поэтому принципиально важным становится определение значений характерных и экстремальных параметров торосов и стамух для корректного определения нагрузок на конструкцию.

В нефтегазовой промышленности необходимость защиты от айсбергов возникла при транспортировке нефти танкерами в Северной Атлантике. Так в 1943 г. на самом юге Гренландии в районе мыса Фарвель произошло столкновение нефтяного танкера «Svend Foyn» с айсбергом. В результате аварии погибло 43 члена экипажа, а судно, перевозившее

12 000 баррелей нефти, затонуло. К сожалению, по причинам военного времени подробности происшествия не были задокументированы. Согласно показаниям выживших, танкер двигался в условиях ограниченной видимости, что и послужило причиной столкновения с айсбергом [1].

Как отмечено в статье «The battle of the bergs», опубликованной в 1956 г. в журнале «Natural History» (США) [2], только в период с 1870-1890 гг. в результате столкновений с айсбергами 14 судов затонули, а 40 были серьезно повреждены. К сожалению, несмотря на это, проблеме не уделялось должного внимания, и только трагедия «Титаника» в 1912 г. обозначила недостаточность информации об айсбергах в условиях интенсивного судоходства в айсбергоопасных водах Северной Атлантики. Первым шагом на пути к глобальной информационной системе мониторинга айсбергов стало создание в 1914 г. международной службы по ледовому патрулю. Организация была основана 16 ведущими морскими державами, осуществляющими морские перевозки в Северной Атлантике. Основной задачей было своевременное обнаружение на морских трассах айсбергов, наблюдение за их дрейфом и информирование судоводителей. Со временем служба также стала выполнять гидрометеорологические и гидрографические исследования в районе Большой Ньюфаундлендской банки (Канада), в частности, по наблюдению и прогнозированию погодных условий, а также по определению температуры и солености морской воды и т.д.

Но, несмотря на эти усилия, не удалось избежать и более масштабной катастрофы. В 1989 г. супертанкер «Exxon Valdez», перевозивший 1 260 000 баррелей нефти, сел на мель в заливе Принс-Уильям на юге Аляски. Основной причиной произошедшего являлась недостаточная оснащенность судна средствами мониторинга айсберговой обстановки. В частности, по причине нефункционирующего ледового радара не был своевременно обнаружен айсберг, находящийся по курсу судна, и судоводитель был вынужден экстренно изменить курс, в результате чего танкер сел на мель и получил пробоину в корпусе. Объем нефти, вылившейся в море, оценивается примерно в 260 000 баррелей, что является крупнейшим загрязнением моря углеводородами после аварии на полупогружной буровой установке «Deepwater Horizon» в Мексиканском заливе в 2010 г.

Последним масштабным происшествием в морской нефтегазовой промышленности, связанным с айсберговой опасностью, является инцидент с плавучей установкой для добычи, хранения и отгрузке нефти «SeaRose», эксплуатируемой на шельфовом месторождении «White Rose» (шельф о. Ньюфаундленд, Канада). В марте 2017 г. айсберг размерами 40х60 метров и высотой паруса порядка 8 метров прошел в менее чем 200 метрах от платформы, на борту которой находилось 84 члена экипажа и

5

000 баррелей нефти. Как было установлено в ходе разбирательства специальной комиссией C-NLOPB, система управления ледовой обстановкой, реализованная компанией-оператором «Husky Energy», была недостаточно адекватна в части реагирования на айсберговую угрозу - после неудачной попытки буксировки айсберга руководство платформы должно было перейти к процедурам по экстренному отсоединению плавучей установки и уходу с точки работ; однако данные меры предприняты не были.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии обеспечения айсберговой безопасности поисково-разведочного бурения на арктическом шельфе на примере Восточно-Приновоземельских участков Карского моря»

Актуальность темы исследования

При осуществлении хозяйственной деятельности на акватории морей Баренцева, Карского и Лаптевых существует высокий риск столкновения морских нефтегазопромысловых сооружений с айсбергами различных форм и размеров. Айсберги российской Арктики продуцируются ледниками архипелагов Новая Земля, Северная Земля, Земля Франца-Иосифа и Шпицберген, при этом многие открытые месторождения углеводородов, а также перспективные на нефть и газ геологические структуры находятся в непосредственной близости от центров айсбергообразования. Айсберги обладают значительной кинетической энергией, поэтому столкновение айсберга с буровой установкой поисково-разведочного бурения может привести к нарушению целостности конструкции и разливу углеводородов, что пагубным образом отразится на экосистеме полярных морей. Для эффективного и безопасного выполнения поисково-разведочных работ и последующего освоения месторождений необходима разработка технологии обеспечения айсберговой безопасности, учитывающей условия образования и распространения айсбергов конкретных районов, основанной на испытанных в морских условиях решениях по обнаружению айсбергов и изменению траекторий их дрейфа. В мировой практике работ на шельфе существует эксплуатируемая канадскими специалистами система айсберговой защиты для обеспечения добычи нефти на Большой Ньюфаундлендской банке, но существенные отличия условий российской Арктики от условий Северной Атлантики потребовали разработки отечественной технологии, предусматривающей привлечение исключительно российских судов и персонала, оказавшейся также существенно более дешевой по сравнению с зарубежным аналогом.

В качестве примера, в дальнейшем изложении использована юго-западная часть акватории Карского моря, которая по итогам проведенных при участии автора в 2012-2017 гг. научно-исследовательских работ характеризуется высокой степенью изученности, а также айсберговой угрозой, обусловленной минимальным расстоянием от фронтов выводных ледников до перспективных объектов разведки и добычи углеводородов.

Научным основам обеспечения айсберговой безопасности работ на арктическом шельфе посвящен ряд зарубежных публикаций, в первую очередь - канадских специалистов; необходимо выделить следующих авторов, внесших существенный вклад в данное направление: Fuglem M, Freeman R, McKenna R. Отечественные публикации по данной теме связаны в первую очередь с исследованиями айсбергов в рамках Штокмановского проекта в Баренцевом море; важную роль в развитие темы внесли работы Степанова И.В., Гудошникова Ю. П., Бузина И. В, Онищенко Д. А., Сочнева О. Я.

Целью диссертационной работы является разработка методических подходов и принципов создания системы обеспечения безопасности установок поисково-разведочного бурения в части снижения айсберговой угрозы для условий российского арктического шельфа.

Задачи исследования

1. Анализ природно-климатических характеристик района проведения поисково-разведочного бурения, необходимых для проектирования системы обеспечения айсберговой безопасности;

2. Проведение испытаний средств обнаружения айсбергов и их отведения от буровых установок;

3. Разработка принципов обеспечения айсберговой безопасности с учетом природных условий района работ и технологических ограничений;

4. Определение потребного числа судов и требований к ним для безопасного выполнения поисково-разведочного бурения в части айсберговой безопасности;

5. Расчет экономического эффекта от внедрения системы обеспечения айсберговой безопасности для конкретного проекта.

Методы исследования

1. Сбор и статистический анализ данных по условиям окружающей среды, включая характеристики продуцирующих ледников и айсбергов, продолжительности периода открытой воды, изменения ветро-волновых условий в течение операционного сезона;

2. Экспериментальные исследования методов обнаружения айсбергов и изменения траектории их дрейфа в реальном масштабе;

3. Камеральная обработка данных, проведение теоретических расчетов.

Научная новизна работы

1. Предложена последовательность мероприятий по изучению условий окружающей среды и проведению морских испытаний технических средств, необходимых для построения системы управления ледовой обстановкой;

2. Предложена и обоснована методика построения системы управления ледовой обстановкой и оценки числа потребных технических средств для арктических акваторий, сходных по условиям окружающей среды с условиями юго-западной части Карского моря;

3. Разработан алгоритм оценки возможности сокращения сроков выполнения геологоразведочных работ по подготовке месторождений углеводородов к эксплуатации при применении системы управления ледовой обстановкой.

Защищаемые положения

1. Обоснованная технология обеспечения айсберговой безопасности поисково-разведочного бурения на арктическом шельфе позволяет избежать столкновения айсбергов с буровыми установками и минимизировать число прерываний строительства скважин из-за айсберговой угрозы;

2. Установлены основные критерии айсберговой опасности при поисково-разведочном бурении на арктическом шельфе. Разработаны алгоритмы расчета числа потребных технических средств, необходимых и достаточных для предотвращения столкновений айсбергов с буровой установкой в зависимости от айсберговой обстановки конкретной акватории;

3. Продолжительность геологоразведочных работ может быть снижена на 15-35% за счет мероприятий по снижению айсберговой опасности для перспективных геологических структур и месторождений углеводородов, расположенных в айсберговых водах юго-западной части Карского моря.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Результаты работы заверены в рамках хозяйственной и инновационной деятельности компании ПАО «НК «Роснефть», в том числе - в рамках поисково-разведочного бурения в Карском море. Корреляции, приведенные в работе, являются статистически значимыми, а выводы по работе не противоречат общим положениям отечественных и международных нормативных документов (ГОСТ, ISO).

Теоретическое/практическое значение работы

1. Разработан комплексный методический подход к обеспечению айсберговой безопасности при поисково-разведочном бурении на арктическом шельфе;

2. Определена необходимая структура исследований предполагаемого района проведения геологоразведочных работ на арктическом шельфе, состав флота и требования к судам и технике для осуществления безопасного и эффективного бурения в айбергоопасных водах;

3. С помощью разработанных алгоритмов определения продолжительности бурового сезона и обеспечения айсберговой безопасности буровых установок удалось сократить временные затраты на поисково-разведочное бурение минимум на 15%;

4. Полученные в ходе работы результаты учитывались при разработке международного стандарта по арктическим операциям ISO SC8 WG6. International Organization for Standardization (ISO) и ГОСТ Р 58112-2018 «Национальный стандарт Российской Федерации. Нефтяная и газовая промышленность. Арктические операции. Управление ледовой обстановкой. Сбор гидрометеорологических данных».

Личный вклад автора заключается в выборе направления исследования, формулировке и постановке цели и задач, непосредственном участии в сборе информации; постановке экспериментов и анализе полученных результатов, в обработке и обобщении литературных данных, получении и формулировке научных выводов.

Личный вклад состоит в определении операционных условий проведения геологоразведочных работ на акватории Карского моря и факторов, влияющих на продолжительность безледного периода; анализе данных о продуцирующих ледниках восточного побережья архипелага Новая Земля и айсбергах юго-западной части Карского моря; определении предельных параметров окружающей среды для проведения морских операций, связанных с обеспечением айсберговой безопасности геологоразведочных работ; экспериментальном исследовании различных средств обнаружения айсбергов; разработке научно-методических принципов построения системы айсберговой безопасности поисково-разведочного бурения.

Публикации и апробация результатов

Основные результаты работ докладывались на международных конференциях:

• XXIX International Ocean and Polar Engineering Conference (США, 2019 г.);

• «Комплексные исследования природной среды Арктики и Антарктики» (г. Санкт-Петербург, 2020 г.).

По теме диссертации автором опубликованы 10 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и 4 статьи в изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования Scopus и Web of Science.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 131 странице, включая 44 рисунка, 96 таблиц и список использованной литературы из 63 наименований.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ НА АКВАТОРИИ ВОСТОЧНО-ПРИНОВОЗЕМЛЬСКИХ УЧАСТКОВ КАРСКОГО МОРЯ

1.1. Географическое описание района исследований

В данной главе исследуются вопросы определения операционных условий проведения геологоразведочных работ на акватории Карского моря и факторов, влияющих на продолжительность безледного периода. В главе также обсуждается возможность увеличения бурового сезона с помощью использования ледостойской буровой установки и алгоритмы определения максимального числа поисково-разведочных скважин, которые возможно пробурить в течение одного сезона. Изложенные результаты опубликованы в статьях [3], [4], [5].

Восточно-Приновоземельские участки расположены на акватории юго-западной части Карского моря. Географически она ограничена архипелагом Новая Земля с запада, полуостровом Ямал с юга и полуостровом Таймыр с востока. Северо-восточная граница акватории проходит по условной линии, соединяющей мыс Желания и о. Диксон. В границах участков выявлены несколько перспективных на углеводороды геологических структур, местоположение которых показано на рисунке. 1.1, а также в результате бурения на структуре «Университетская» открыто месторождение «Победа». Координаты геологических структур приведены в таблице 1.1, а соответствующие локализованные ресурсы углеводородов в таблице 1.2. На месторождении «Победа» доказанные суммарные извлекаемые запасы нефти составили 130 млн. т. и 499 млрд. м3 газа.

Поисково-разведочное бурение проводится в безледный период с использованием морских буровых установок различного ледового класса. В юго-западной части Карского моря безледный период ограничен в среднем до 2-3 месяцев и имеет значительную межгодовую изменчивость [6].

В дальнейшем изложении рассматриваются два типа буровых установок:

• «Буровая установка безледового класса» - морская буровая установка, которая не может находиться на акватории при толщине ровного льда до 30 см;

• «Ледостойкая буровая установка» - морская буровая установка, которая может находиться в акватории при толщине ровного льда до 30 см.

Ориентировочным разделителем между указанными типами является наличие у буровой установки ледового класса Arc4, позволяющего ей успешно функционировать на акватории юго-западной части Карского моря в осенние месяцы при начале

ледообразования в соответствии с рекомендациями Администрации Северного морского пути.

60" 70"

Рисунок 1.1. Расположение геологических структур на Восточно-Приновоземельских участках в юго-западной части Карского моря.

Таблица 1.1. Координаты перспективных геологических структур.

Структура Широта Долгота

Рагозинская 75° 01' с.ш. 69° 41' в.д.

Нансена 74° 48' с.ш. 66° 08' в.д.

Университетская (Победа) 74° 34' с.ш. 64° 01' в.д.

Викуловская 74° 14' с.ш. 61° 42' в.д.

Татариновская 73° 33' с.ш. 60° 35' в.д.

Матусевича 74° 00' с.ш. 65° 55' в.д.

Анабарская 73° 57' с.ш. 73° 05' в.д.

Таблица 1.2. Локализованные ресурсы углеводородов перспективных геологических структур.

Структура Геологически углеводо е ресурсы родов

нефть, млн. т. газ свободный, млрд.м3

Рагозинская 695,7 0,0

Нансена 753,28 301,55

Университетская 1764,91 1010,20

Викуловская 1471,72 361,64

Татариновская 997,25 616,19

Матусевича 0,0 15623,32

Анабарская 1410,45 0,0

Таблица 1.3. Характерные условия окружающей среды на акватории перспективных геологических структур.

Структура/Параметр Глубина моря (диапазон, характерная) Максимальная скорость порывов ветра раз в 50 лет Высота волны 3%-обеспеченности раз в 10 лет Максимальная скорость течения в поверхностном слое раз в 10 лет Литологический разрез

Размерность м м^ м м^ -

Рагозинская 30-60, 35 48 8,1 0,8 0-2 м. Песок пылеватый. 2-50 м. Суглинок тугопластичный

Нансена 105-140, 120 46 8,1 0,7 0-2 м. Ил глинистый 2-6 м. Суглинок тугопластичный 6-50 м. Суглинок твердый

Университетская (Победа) 60-100, 80 46 8,1 0,77 0-7 м. Ил глинистый 7-10,5 м. Суглинок тугопластичный 10,5-50 м. Суглинок полутвердый

Викуловская 200-280, 240 48 7,5 0,7 0-3 м. Ил глинистый 3-6 м. Суглинок текучепластичный 6-50 м. Аргиллит

Татариновская 250-290, 270 47 7,3 0,69 0-3 м. Ил глинистый 3-6 м. Суглинок текучепластичный 6-50 м. Аргиллит

Матусевича 80-130, 105 46 6,8 0,75 0-2 м. Ил глинистый. 2-5 м. Глина текучепластичный 5-10 м. Суглинок мягкопластичный 10-15 м. Суглинок мерзлый. 15-50 м. Глина полутвердая.

Анабарская 20-30, 25 42 5,6 0,6 0-2 м. Песок пылеватый. 2-50 м. Суглинок тугопластичный

Как показано в статье [7], при поисково-разведочном бурении на акватории Восточно-Приновоземельских участков Карского моря могут быть задействованы самоподъемные буровые установки (СПБУ), полупогружные буровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС). Выбор установки определяется условиями окружающей среды на геологической структуре (Таблица 1.3), и в первую очередь - глубиной моря в точке бурения; также важным фактором являются гидрометеорологические характеристики района работ (не учитывая ледовые), предельное значение которых в случае поисково-разведочного бурения может быть ограничено периодом повторяемости 10 лет. Для опирающихся на дно моря установок в дополнение к вышеизложенному принципиальна информация об инженерно-геологических условиях в точке постановки.

Самоподъёмные буровые установки

Для рассмотрения выбраны три самоподъёмные буровые установки, которые могут быть использованы для Восточно-Приновоземельских участков: «Амазон», «Арктическая», «Noble Scott Marks». В таблице 1.4 приведены предельные условия окружающей среды для эксплуатации этих буровых. Для дальнейшего изложения важно установить время демобилизации буровых установок в случае экстренной ситуации и необходимости ухода с точки. Время демобилизации самоподъемной буровой установки, в зависимости от этапа бурения и особенностей проекта, составляет от 34 до 40 часов.

Таблица 1.4. Предельные условия окружающей среды для эксплуатации СПБУ.

Установка Глубина моря, м Скорость порывов ветра, м/с Высота волны 3%-ой обеспеченности, м Скорость течения, м/с Пенетрация опор в грунт, м

Амазон 9-50 25 4,8 1,6 12,5

Арктическая 7-100 48 15 0,8 7,5

Noble Scott Marks 15-120 52 18 0,8 7,5

С учетом данных таблицы 1.4, можно полагать СПБУ «Арктическая» и «Noble Scott Marks» пригодными к проведению поисково-разведочного бурения в юго-западной части Карского моря при глубине моря до 100 метров. При этом ограничения по условиям окружающей среды для этих установок являются типовыми для современных СПБУ, что позволяет экстраполировать результаты в части их применимости на весь класс СПБУ.

Полупогружные буровые установки

Для рассмотрения выбраны четыре полупогружные буровые установки, которые могут быть использованы для Восточно-Приновоземельских участков: «Maersk Deliver», «Trancocean Sedco 702», «Eirik Raude», «NAN HAI JIU HAO». В таблице 1.5 приведены предельные условия окружающей среды для эксплуатации этих буровых. Время демобилизации полупогружной буровой установки в случае экстренной ситуации и необходимости ухода с точки, в зависимости от этапа бурения и особенностей проекта, составляет от 16 до 32 часов.

Таблица 1.5. Предельные условия окружающей среды для эксплуатации ППБУ.

Установка Глубина моря, м Скорость порывов ветра, м/с Высота волны 3%-ой обеспеченности, м Скорость течения, м/с

Maersk Deliverer 100(якорь)/500^Р) -3000 55,6 12,2 0,7

Trancocean Sedco 702 198-2000 50,5 9,3 1,08

Eirik Raude 500-3000 41 13,9 1,5

NAN HAI JIU HAO 90-1524 51 10 1,29

Буровые суда

Для рассмотрения выбраны три буровых судна, которые могут быть использованы для Восточно-Приновоземельских участков: «Maersk Valiant», «Stena DrillIce Max», «Pacific Mistral». В таблице 1.6 приведены предельные условия окружающей среды для эксплуатации этих буровых. Время демобилизации бурового судна в случае экстренной ситуации и необходимости ухода с точки, в зависимости от этапа бурения и особенностей проекта, составляет от 8 до 24 часов.

Таблица 1.6. Предельные условия окружающей среды для эксплуатации буровых судов.

Установка Глубина моря, м Скорость порывов ветра, м/с Высота волны 3%-ой обеспеченности, м Скорость течения, м/с

Maersk Valiant 3658 51 14,4 1,3

Stena DrillIce Max 2285 41 16 2,5

Pacific Mistral 3048 61,7 14,4 1,7

С учетом приведенного анализа и данных таблицы 1.3 построена матрица применимости различных типов буровых установок на перспективных геологических структурах Восточно-Приновоземельских участков (Таблица 1.7).

Таблица 1.7. Матрица применимости различных типов буровых установок на перспективных

геологических структурах Восточно-Приновоземельских участков.

Геологическая структура СПБУ Ш1БУ БС

Рагозинская + - -

Нансена + + -

Университетская (Победа) + + -

Викуловская - + +

Татариновская - + +

Матусевича + + -

Анабарская + - -

Таким образом, акватория юго-западной части Карского моря не отличается в части ветро-волновых и инженерно-геологических условий по подходу к выбору буровых установок поисково-разведочного бурения от схожих по батиметрическим характеристикам акваторий. Принципиальное отличие связано с наличием на акватории льда различных форм, которое делает невозможным проведение поисково-разведочного бурения существующими установками в период развитого ледяного покрова, а также существенно влияет на проведение буровых работ в период открытой воды из-за наличия объектов материкового льда (айсберговой угрозы).

При этом продолжительность безледного периода зависит от сроков очищения акватории ото льдов и от дат начала устойчивого ледообразования. Сроки наступления ледовых фаз зависят от особенностей ледового режима в локальных районах Карского моря, которые определяются проявлениями гидрологических и метеорологических факторов, стоком рек, рельефом дна и очертанием берегов. В юго-западной части Карского моря выделены четыре локальных района, которые имеют однородные ледовые условия, к ним относятся Ямало-Югорский, Обь-Енисейский, Новоземельские южный и северный район [8], [9]. Сплоченные льды Новоземельского ледяного массива вытаивают обычно последними на акватории. Шесть геологических структур расположены в Новоземельском районе (северном и южном), а Анабарская структура - в Обь-Енисейском районе, на ледовый режим которого сильное влияние оказывает сток рек Обь и Енисей, что проявляется в более раннем начале таяния льдов и очищении акватории, а также в более раннем замерзании опресненных вод. Таким образом, с учетом существенной пространственной неоднородности условий окружающей среды для юго-западной части Карского моря, необходимо детальное рассмотрение процессов очищения ото льда и замерзания для каждой геологической структуры.

1.2. Изменчивость сроков очищения ото льда и дат начала ледообразования на акватории Восточно-Приновоземельских участков

Для анализа данных были использованы исторические ледовые карты ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» с недельной дискретностью за тридцатилетний период с 1989 по 2018 гг., построенные на основе спутниковой информации. Очищение акватории ото льдов обычно начинается в первой половине июня, а заканчивается, в зависимости от интенсивности таяния, в течение июля или августа. В среднем в ледяном покрове юго-западной части Карского моря преобладание сплоченного льда прекращается в течение июля. Продолжительность очищения моря ото льда составляет около шести декад, как при экстремально легких, так и при экстремально тяжелых ледовых условиях.

Анализ данных многолетней изменчивости сроков очищения (наличие чистой воды на акватории всех семи геологических структур) за тридцать лет (Рисунок 1.2) показал, что имеются существенные отличия начала очищения за период двадцать лет (1989-2008 гг.) и десять лет (2009-2018 гг.). За последнее десятилетие произошло существенное смещение сроков очищения акватории ото льда на более поздние даты.

В таблице 1.8 приведены общие статистические сведения по срокам окончательного очищения акватории на геологических структурах Восточно-Приновоземельских участков и смещение дат очищения за два рассмотренных периода.

27.12 s 17.12 Го 7.12 5 27.11 * ! 17.11

° Я 711

пг 00

i S 28.10 «2.18.10 8.10 1 ä 28.9 о ^ 18.9 ° п, 8.9 ß 5 29.8 £ I 19.8 ? 1 9.8 5 £ 30.7 о 5 20.7 5 10.7 Д 30.6 20.6 10.6

2 / ^ - V-- - L \___

Лч I~

- -f~

з —

1

л/- V — .Li - -4 -Л

j 0 \ —» у ~ ■

1988 1 990 1 992 1 994 1 996 1 998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018

Годы

1 - линия тренда дат окончательного очищения, 2 -линия тренда дат начала замерзания, 3 линия разграничения

межгодовых изменений на два периода

Рисунок 1.2. Многолетняя изменчивость дат очищения акватории ото льда и ледообразования на геологических структурах Восточно-Приновоземельских участков.

Таблица 1.8. Средние и экстремальные даты окончательного очищения акватории ото льда за периоды 20 (1989-2008 гг.) и 10 (2009-2018 гг.) лет в районе геологических структур

юго-западной части Карского моря.

Геологическая структура Даты таяния льда за период 20 лет (1989-2008 гг.) и размах между поздней и ранней датами в сутках Даты таяния льда за период 10 лет (2009-2018 гг.) и размах между поздней и ранней датами в сутках Смещение дат таяния за периоды 20 и 10 лет, сутки

Ранняя Средняя Поздняя Размах Ранняя Средняя Поздняя Размах Ранних Средних Поздних

Рагозинская 12.7.01 29.7 05.9.94 55 23.6.15 17.7 03.8.18 41 19 13 33

Нансена 08.7.01 31.7 06.9.99 60 19.6.12 15.7 13.8.17 55 19 16 24

Университетская 28.6.95 31.7 23.8.94 56 15.6.12 12.7 10.8.17 56 13 18 13

Викуловская 28.6.95 05.8 28.9.99 92 11.6.11 12.7 13.8.10 63 17 25 46

Татариновская 21.6.95 02.8 06.9.99 77 04.6.11 09.7 10.8.10 67 17 24 27

Матусевича 22.6.05 25.7 02.9.94 72 12.6.12 10.7 04.8.17 53 10 14 29

Анабарская 08.6.05 13.7 03.8.99 56 01.6.15 03.7 25.7.13 54 7 10 9

В период с 1989 г. по 2008 г. средние даты очищения ото льда приходились на конец июля - начало августа. Лишь на структуре Анабарская средняя дата очищения была относительно ранней (13 июля). Размах в датах очищения ото льда в эти годы составлял 55-92 дня. В последнее десятилетие (2009-2018) произошло смещение сроков очищения в сторону более ранних дат; средние даты очищения отмечались в первой половине июля. Размах составил 41-67 дней. Смещение средних дат, в зависимости от геологической структуры, изменялось от 10 до 25 дней, причем наименьшее смещение имело место на структуре Анабарская.

Анализ данных многолетней изменчивости сроков устойчивого ледообразования за 30 лет (Рисунок 1.2) показал, что также имеются существенные отличия начала сроков замерзания за период 20 лет (1989-2008 гг.) и 10 лет (2009-2018 гг.). За последнее десятилетие произошло значительное смещение сроков ледообразования на более поздние даты. В таблице 1.9 приведены общие статистические сведения по срокам устойчивого ледообразования на геологических структурах Восточно-Приновоземельских участков за два рассмотренных периода в 20 и 10 лет.

Таблица 1.9. Средние и экстремальные даты начала ледообразования за периоды 20 (19892008 гг.) и 10 (2009-2018 гг.) лет в районе геологических структур юго-западной части

Карского моря.

Геологическая структура Даты ледообразования за период 20 лет (1989-2008 гг.) и размах между поздней и ранней датами в днях Даты ледообразования за период 10 лет (2009-2018 гг.) и размах между поздней и ранней датами в днях Смещение дат ледообразования за периоды 10 и 20 лет, дни

Ранняя Средняя Поздняя Размах Ранняя Средняя Поздняя Размах Ранних Средних Поздних

Рагозинская 05.10.96 21.10 22.11.08 48 16.10.14 16.11 29.12.11 74 11 26 37

Нансена 04.10.99 23.10 22.11.08 49 15.10.14 17.11 22.12.12 68 11 26 30

Университетская 07.10.96 27.10 24.11.08 48 22.10.14 23.11 24.12.12 63 15 27 30

Викуловская 12.10.92 30.10 29.11.08 48 22.10.14 29.11 30.12.11 69 10 30 31

Татариновская 17.10.98 07.11 07.12.05 51 23.10.14 02.12 31.12.11 69 6 25 24

Матусевича 06.10.96 30.10 29.11.08 54 18.10.14 23.11 28.12.12 71 12 23 29

Анабарская 02.10.98 18.10 08.11.08 37 15.10.14 02.11 22.11.12 38 13 15 14

В период 1989-2008 гг. средние даты начала ледообразования отмечались во второй половине октября. Исключение наблюдалось на структуре Татариновская, где средняя дата начала ледообразования приходится на 7 ноября, очевидно из-за влияния затока теплых вод. Размах между поздними и ранними датами начала ледообразования в этот период составлял 37-54 дня.

Средние даты ледообразования за последнее десятилетие (2009-2018 г.) сместилось на вторую половину ноября, а на структуре Татариновская на 2 декабря. Размах между поздними и ранними датами в этот период увеличился до 38-74 дней.

Таким образом, данные таблицы 1.9 свидетельствуют, что в последнее десятилетие произошло смещение сроков ледообразования в сторону более поздних дат. Смещение средних дат составило от 15 до 30 суток. Размах дат начала ледообразования на всех структурах увеличился.

Промежуток времени от даты очищения акватории до начала замерзания составляет продолжительность безледного периода. Характер межгодовых изменений продолжительности безледного периода аналогичен изменчивости сроков очищения акватории ото льдов и ледообразования. Устойчивое увеличение безледного периода началось в 1999 г., а в последнее десятилетие его продолжительность оказалась существенно выше по сравнению с предыдущим двадцатилетним периодом. Численные

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ефимов Ярослав Олегович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Hocking C. Dictionary of disasters at sea during the age of steam,: Including sailing ships

and ships of war lost in action, 1824-1962. First Edition edition ed. London: Lloyd's Register of Shipping, 1969. 779 pp.

2. Burt J.C. The battle of the bergs // Natural History, Vol. 65, No. 4, 1956. pp. 186-191.

3. Ефимов Я.О., Сочнев О.Я., Корнишин К.А., Миронов Е.У., В.С. П. Межгодовая изменчивость продолжительности безледного периода в юго-западной части Карского моря // Проблемы Арктики и Антарктики, Т. 3, 2019. С. 239-254.

4. Efimov Y.O., Kovalev S.M., Smirnov V.N., Borodkin V.A., Shushlebin A.I., Kolabutin N.V., Kornishin K.A., Tarasov P.A., Volodin D.A. Physical and Mechanical Characteristics of Sea Ice in the Kara and Laptev Seas, Vol. 29, No. 4, 2019.

5. Ефимов Я.О., Павлов В.А., Корнишин К.А., Миронов Е.У., Гузенко Р.Б., Харитонов В.В. Особенности развития консолидированного слоя гряд торосов в морях Карском и Лаптевых // Нефтяное хозяйство, № 11, 2016. С. 49-54.

6. Павлов В.А., Вербицкая О.А., Миронов Е.У., Тарасов П.А., Корнишин К.А., Ефимов Я.О. Атлас гидрометеорологических и ледовых условий морей российской Арктики: обобщение фондовых материалов и результаты экспедиционных исследований ООО «АНПЦ» в 2012-2014 гг. Москва: Нефтяное хозяйство, 2015.

7. Уассинк А., ван дер Лист Р. Разработка решений для морского бурения в Арктике // Материалы конференции SPE по разработке месторождений в осложненных условиях и Арктике. Москва. 2013. Vol. SPE 166848.

8. Егоров А.Г., Спичкин В.А. Метод локально-генетической типизации ледовых условий // Труды ААНИИ, 1994. С. 146-163.

9. Данилов А.И., Миронов Е.У., Спичкин В.А. Изменчивость природных условий в шельфовой зоне Баренцева и Карского морей. Санкт-Петербург: ААНИИ, 2004.

10. Efimov Y.O., Kornishin K.A., Sochnev O., Gudoshnikov Y., Nesterov A., Svistunov I., Maksimova P., Buzin I. Iceberg Towing in Newly Formed Ice // International Journal of Offshore and Polar Engineering, Vol. 29, No. 4, December 2019. pp. 408-414.

11. Лившиц Б.Р. Перспективы использования самоподъемных буровых установок на

шельфе арктических морей // Научно-технический вестник ОАО "НК "Роснефть", Т. 3, № 32, 2013. С. 27-31.

12. Костылев А., Сазонов К.Е. Мировой опыт изучения методов управления ледовой обстановкой // Арктика: экология и экономика, Т. 3, № 23, 2016. С. 86-97.

13. Hamilton J., Holub C., Blunt J., Mitchell D. Ice management for support of arctic floating operations // OTC Arctic Technology Conference. Houston, Texas, USA. 2011.

14. Bruneau A., Dempster R. Iceberg features, motions and towing problems // Материалы семинара Canadian Seminar on Icebergs. Canadian Forces Maritime Warfare School, CFB Halifax, Halifax, Nova Scotia, Canada. 1971. Vol. 1971.

15. Ltd. E E. Iceberg Towing Manual., MAREX, Cowes, Isle of Wight, 1973.

16. Freeman R. Ice Management // PERD Workshop "Environmental factors related to petroleum development on the Grand Banks". Calgary,Canada. 2005.

17. C-CORE A.E.&.E.A. Greenland Iceberg Management: Implications for Grand Banks Management Systems, 2002.

18. Crocker G. W.B..T.S.A.B.S. An Assessment of Current Iceberg Management Capabilities, National Research Council Canada, C-CORE Publication 98-C26, 1998.

19. McClintock J., Bullock T., McKenna R., Ralph F., Brown R. Greenland Iceberg Management: Implications for Grand Banks Management Systems, AMEC Earth & Environmental, St. John's, NL, Canada, PERD/CHC Report 20-65, 2002.

20. Scibilia F., Metrikin I., Gürtner A., Teigen S.H. Full-scale trials and numerical modeling of sea ice management in the Greenland Sea // OTC Arctic Technology Conference, 2014.

21. Fuglem M., Stuckey P., Huang Y., Barrett J., Thijssen J., Thijssen J., King T., Ralph F. Iceberg disconnect criteria for floating production systems // Safety in Extreme Environments, 2019.

22. Fuglem M., Stuckey P. Definition for Technical Success of Iceberg Towing Operations // Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2014.

23. Coche E., Liferov P., Metge M. Ice and iceberg management plans for Shtokman Field // OTC Arctic Technology Conference. Houston, Texas, USA. 2011.

24. Степанов И., Гудошников Ю., Бузин И. Апробация технологии буксировки айсбергов для защиты арктических морских платформ // Технологии ТЭК, Т. 4, № 23, 2005. С. 2026.

25. Степанов И.В., Гудошников Ю.П., Бузин И.В. Буксировка айсбергов как часть ледового менеджмента, Т. 450, 2004.

26. Fournier N., Nilsen R., Turnbull I., McGonigal D., Fosnaes T. Iceberg Management Strategy for Baffin Bay 2012 Scientific Coring Campaign // Proceedings of the 22nd International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Espoo, Finland. 2013.

27. Skolnik M. Radar Handnook. New York: McGraw-Hill, 1980.

28. Benedict P., Lewis J., Dinn G., Learning F. Controlling iceberg roll/stability during towing around drillship // Offshore Technology Conference. Houston. 1981. pp. OTC-4076.

29. Clay C.S., Medwin H. Acoustic oceanography: principles and applications. New York: John Wiley and Sons, 1977.

30. Robe R.Q., Maler,D.C., Kollmeyer R.C. Iceberg deterioration // Nature, Vol. 267, No. 5611, 1977. pp. 55-506.

31. Gustajtis K.A., Rossiter J.R. Determination of iceberg underwater shape with impulse radar. Iceberg Utilization ed. Oxford: Pergamon Press, 1978. 99-107 pp.

32. Rossiter J., Guigne J., Hill C., Pilkington R., Reimer E., Ryan J., Wright B. Remote sensing ice detection capabilities- East coast, Environmental Studies Research Funds, Environmental Studies Research Funds, ESRF Report No. 132, 1995.

33. Buckley T., Dawe B., Zielinski A., Parashar S., MacDonals D., Gaskill D., Finlayson D. Underwater iceberg geometry, Environmental Studies Revolving Funds no 014, 1985.

34. Newell G.P. Exceptionally large icebergs and ice islands in eastern Canadian waters: a review of sightings from 1900 to, present // Arctic, Vol. 46, 1993. pp. 205-211.

35. Davidson S.H., Simms A. Characterisation of iceberg pits on the Grand Banks of Newfoundland, Environmental Studies Research, Calgary, Alberta, Report No. 133. , 1997.

36. Hoxtel I.S., Miller J.D. Icebergs: their physical dimensions and the presentation and applications of measured data // Annals of Glaciology, Vol. 4, 1983. pp. 116-123.

37. Hult J.L., Ostrander N.C. Applicability of ERTS to Antarctic iceberg resources // The Proceedings of a Symposium Held by Goddard Space Flight Center. Santa Monica, CA, USA. 1973. Vol. 351. pp. 1467-1490.

38. El Kassas I.A. Potential application of remote sensing in locating and tracking Antarctic icebergs. Iceberg Utilization ed. Oxford: Pergamon Press, 1978. 146-157 pp.

39. Campbell W.J. Communication to the Scientific Committee of I.F.F. (Icebergs for the Future). Key Biscayne ed. 1978.

40. Le Chevalier F. Principles of Radar and Sonar Signal Processing. Boston: Artech House, 2002.

41. Randell C., Rokonuzzaman M., Youden J., Khan,R. Evaluation of RADARSAT for detection, classification and discrimination of icebergs // Proceedings of the RADARSAT Agency. 1999.

42. Flett D., Youden J., Davis S., Randell C.R., Arkett M. Detection and discrimination of icebergs and vessels using RADARSAT Synthetic Aperture Radar // Proceeding of Ship detection workshop. Halifax, NS, Canada. 2000.

43. Power D., Youden J., Lane K., Randell C., Flett D. Icebergs detection capability of RADARSAT synthetic aperture radar // Canadian Journal of Remote Sensing, Vol. 27, No. 5, 2001. pp. 476-486.

44. Lane K., Power D., Chakraborty I., Youden J., Randell C. RADARSAT-1 Synthetic Aperture Radar Iceberg Detection Performance ADRO-2 A223 // Proceedings of the International Geoscience and Remote Sensing Symposium. 2002.

45. Howell C., Youden J., Lane K., Power D., Randell C., Flett D. Iceberg and ship discrimination with ENVISAT multi-polarization ASAR // IGARSS 2004. 2004 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Anchorage, AK, USA. 2004.

46. Howell C., Mills J., Power D., Youden J., Dodge K., Randell C., Churchill S., Flett D. A Multivariate Approach to Iceberg and Ship Classification in HH/HV ASAR Data // Proceedings of the International Geoscience and Remote Sensing Symposium. Denver, CO, USA. 2006.

47. Girard D. Underwater inspection of icebergs. Iceberg Utilization ed. Oxford: Pergamon

Press, 1978.

48. Efimov Y.O., May R.I., Guzenko R.B., Mironov Y.U., Naumov A.K., Skutin A.A., Skutina E.A., Sobotuk D.I., Zamarin G.A., Kornishin K.A., Mamedov T.E. Geometry and Mass of Icebergs in the Russian Arctic // International Journal of Offshore and Polar Engineering, Vol. 29, No. 4, December 2019.

49. Ефимов Я.О., Павлов В.А., Корнишин К.А., Тарасов П.А., Гудошников Ю.П., Смирнов В.Г., Наумов А.К., Гаврилов Ю.Г., Скутин А.А., Нестеров А.В. Опыт обнаружения и оценки размеров айсбергов на акватории юго-западной части Карского моря // Нефтяное хозяйство, Т. 10, 2018. С. 82-87.

50. Hodgson G., Lever J., Woodwortt L.C., Lewis C. Dynamics of iceberg grounding and scouring (DIGS Experiment), Environmental Revolving Funds, Report 094, 1988.

51. McKena R. Study of iceberg scour & risk in the Grand Banks region, K.R Croasdale & Associates Ltd., Ballicater Consulting Ltd., Canadian Seabed Research Ltd., C-CORE, and Ian Jordaan & Associates Inc., PERD/CHC Report 31-26, 2000.

52. Brandon M.A., Banks C.J. Investigations of Icebergs in the North-West Weddell Sea Using the Autonomous Underwater Vehicle AUTOSUB II // Eos Trans. AGU,Fall Meet. Suppl. 2006. Vol. 87 (52).

53. McKenna R.F. Grand Banks Iceberg Management, Associates and Petra International report to National Research Council of Canada, PERD/CHC Report 20-84, AMEC Americas 2007.

54. Randell C., Ralph,F., Power D., Stuckey,P. Technological Advances to Assess, Manage and Reduce Ice Risk in Northern Developments // Technological Advances to Assess, Manage and Reduce Ice Risk in Northern Developments. Houston. 2009. Vol. OTC 20264.

55. Efimov Y.O., Tarasov P.A., Kornishin K.A., Lavrentiev I.I., Mamedov T.E., Glazovsky A.F., Bagorian E.S., Efimov Y.O., Buzin I.V., P.A. Salman P.A. Outlet Glaciers as Iceberg Factories: Case Study for the Kara Sea // Proceedings of the Twenty-ninth (2019) International Ocean and Polar Engineering Conference. Honolulu, Hawaii, USA. 2019. pp. 671-677.

56. Ефимов Я.О., Сочнев О.Я., Корнишин К.А., Тарасов П.А., Сальман А.Л., Глазовский А.Ф., Лаврентьев И.И., Мамедов Т.Э. Исследование ледников Российской Арктики для обеспечения айсберговой безопасности работ на шельфе // Нефтяное хозяйство, № 10,

2018. С. 92-97.

57. Ефимов Я.О., Корнишин К.А., Бузин И.В., Миронов Е.У., Павлов В.А., Сухих Н.А. Исследования дрейфа ледяных образований на шельфе Российской Арктики с помощью автоматических радиомаяков спутниковой системы ARGOS // Научно-технический вестник ОАО «НК Роснефть, № 4, 2016.

58. Ефимов Я.О., Корнишин К.А., Тарасов П.А., Мамедов Т.Э., Гудошников Ю.П., Чернов А.В., Бузин И.В., Нестеров,А.В. Разработка технологии буксировки айсбергов в целях снижения айсберговой опасности при освоении лицензионных участков на арктическом шельфе // Нефтяное хозяйство, No. 11, 2017. pp. 48-51.

59. Ефимов Я.О., Пашали А.А., Корнишин К.А., Тарасов П.А., Нестеров А.В., Чернов А.В., Бузин И.В., Свистунов И.А., Максимова П.В. Разработка и реализация технологии физического воздействия на айсберги для изменения параметров их дрейфа при освоении арктического шельфа // Нефтяное хозяйство, Т. 11, 2018. С. 3640.

60. Kornishin K.A., Efimov Y.O., Gudoshnikov Y.P., Tarasov P.A., Chernov A.V., Svistunov I.A., Maksimova P.V., Buzin I.V., Nesterov A.V. Icebergs Towing Experiments in the Barents and Kara seas in 2016-2017 // International Journal of Offshore and Polar Engineering, Vol. 29, No. 4, December 2019. pp. 400-407.

61. Crocker G., Wright B., Thistle S., Bruneau S. An Assessment of Current Iceberg, C-CORE and B. Wright and Associates Ltd., Contract Report for: National Research Council Canada C-CORE Publication 98-C26, 1998.

62. Holladay J.S., Rossiter J.R., Kovacs A. Airborne measurement of sea ice thickness using electromagnetic induction sounding // Proceeding of International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 1990. Vol. 6. pp. 309-315.

63. Development T.P.O.E.R.A. Compilation of iceberg shape and geometry data for the Grand Banks Region, PERD Report 20-43, 1999.