автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Разработка методики определения оптимального профиля заглубления подводных линейных сооружений в замерзающих морях

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕ УНИВЕРСИТ

На правах рукописи

Сурков Геннадий Александрович

УДК 622.276.8.04

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЗАГЛУБЛЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ МОРЯХ

Специальность 05.23.01 - "Строительные конструкции, здания и сооружения"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИМ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Сурков Геннадий Александрович

УДК 622.276.8.04

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЗАГЛУБЛЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ МОРЯХ

Специальность 05.23.01 - "Строительные конструкции, здания и сооружения"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в институте "СахалинНИПИморнефть"

Научный руководитель: доктор физико - математических наук

Вершинин С.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Федоров В.И.,

кандидат технических наук, доцент Цуприк В.Г.

Ведущее предприятие: Дальневосточный научно-исследовательский институт морского флота (ДНИИМФ)

Защита состоится 19 декабря 1995 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 064.01.04 при Дальневосточном государственном техническом университете: г.Владивосток, проспект Красного Знамени, 66, аудитория 807.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета.

Просим принять участие в защите и направить Ваш отзыв в дву? экземплярах по адрессу: 690014, г.Владивосток, проспект Красной: Знамени, 66, Ученый совет К 064.01.04.

Ученый секретарь диссертационного совета

Гуляев В.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность темы. Успешное освоение шельфа практически невозможно без использования подводных линейных сооружений: трубопроводов, кабелей, траншей, туннелей. Наибольшую опасность для этих сооружений в ледовых морях представляют дрейфующие торосы и айсберги, которые достигают дна и внедряются в него. Основным и наиболее надежным способом защиты подводных сооружений является заглубление их в грунт. Однако при применении этого метода защиты проблема заключается в выборе величины заглубления сооружения: увеличение заглубления приводит к резкому росту затрат. Поэтому величина заглубления должна быть оптимальная как с точки зрения надежности, так и с точки зрения затрат.

Природные факторы, определяющие силу и частоту воздействия дрейфующих торосов на морское дно, могут существенно различаться по трассе подводного линейного сооружения. Поэтому величина заглубления может колебаться вдоль трассы сооружения, что приводит к необходимости оптимизации профиля заглубления.

Целью работы является разработка методики выбора оптимального профиля заглубления подводных линейных сооружений.

Научная новизна работы состоит в следующем: '

разработана методика оценки надежности подводных протяженных инженерных сооружений с учетом их линейного характера и рельефа дна;

разработана методика выбора оптимального профиля заглубления трубопровода;

создана математическая модель взаимодействия дрейфующего тороса с грунтом;

получены интегральные кривые распределения масс, скорости и направления дрейфа торосов на северо-восточном шельфе Сахалина;

создана математическая модель для получения распределения глубин внедрения торосов в грунт и математического ожидания числа пересечений предполагаемой трассы трубопровода;

определены распределения глубин внедрения дрейфующих торосов в грунт для северо-восточного шельфа Сахалина.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика выбора оптимального профиля заглубления подводных линейных сооружений позволяет повысить их надежность и обеспечивает экономию средств.

Основные результаты работы внедрены в практику и были использованы консорциумом ММММШ при разработке технико-экономического обоснования освоения месторождений Пильтун-Асто.хское и Лунское и консорциумом Эксон-Содеко при разработке технико-экономических расчетов освоения месторождений Одопту, Чайво, Аркутун-Дагинское.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на II Всесоюзной конференции: "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР" /Москва, 1990/, на Всесоюзной конференции "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны" /пос. Красный Курган, 1989/, на международных конференциях "The First- International Offshore and Polar Engineering Conference" /Edinburgh, 1991/, "The Second International Offshore and Polar Engineering Conference" /San Francisco, 1992/, "14 th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering"/ Denmark, 1995 I, "13 th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Condition"/ Murmansk, 1995 /.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (116 наименований, из них 56 иностранных). Представлены 53 рисунков и 28 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, определен перечень задач, решению которых посвящена диссертация.

В первой главе в качестве объекта для дальнейшего рассмотрения принят трубопровод, как наиболее полно отражающий свойства линейных объектов. Рассмотрены случаи разрушений незаглубленных подводных трубопроводов и порывов кабелей дистанционной связи, вызванных воздействием дрейфующих торосов и айсбергов, что доказывает необходимость защиты подводных линейных объектов. Классифицированы способы защиты подводных трубопроводов от воздействия дрейфующих торосов и айсбергов, основным из которых является заглубление трубопроводов в грунт, и показан опыт их применения.

В отечественном народном хозяйстве одним из основных методов выбора оптимального варианта - это выбор по минимуму приведенных затрат. Было показано, что согласно этого метода ключевым параметром ( учитывающим воздействие торосов на трубопровод ), необходимым для определения оптимального варианта заглубления трубопровода, является математическое ожидание числа повреждения трубопровода M за расчетный период времени г ( обычно за год ).

Математическое ожидание M может быть определено, если известно: m • математическое ожидание числа пересечений бороздами трассы трубопровода и p(h) - плотность распределения глубин h внедрения торосов в грунт:

h3

M -m- 1 - | p(h)dh ,

(1)

о

где Н3 - заглубление трубопровода (расстояние от поверхности дна до верхней точки трубопровода).

Основным методом получения информации об р(И) и т в настоящее время является картографирование дна по трассе сонаром бокового обзора или эхолотом. Таким образом регистрируются борозды, оставляемые торосами и айсбергами на дне, и затем определяются их параметры, табл. 1. Море Бофорта стало основным местом по отработке этого метода и по получению данных по бороздам. Было установлено, что зона распространения борозд лежит на глубинах 15-40 метров, а также , что плотность распределенияр(к) подчиняется экспоненциальному закону:

где к - параметр распределения, h - глубина борозды.

Вблизи острова Пуллен были получены данные по параметру nr. в среднем получено 0.19 ± 0.07 борозд на километр трассы в год. Соиарной съемкой дна изучались борозды также в районе Большой Ньюфаундленской банки, морях Баффина и Лабрадор, в Северном и Норвежском морях и других регионах Мирового Океана.

Приведен обзор работ, посвященных имитационному моделированию внедрения дрейфующего тороса в грунт, где среди авторов Астафьев В.Н., Трусков П.А., Беккер А.Т., Поломошнов A.M. и другие. Отмечены недостатки расчетных схем определения силы сопротивления грунта при внедрении тороса в грунт.

Вторая глава посвящена созданию математической модели процесса внедрения дрейфующих торосов в грунт. Построение модели начинается с изучения и описания реальной системы. Были выделены основные объекты, составляющие исследуемую систему:

1) торосы и окружающие их ледовые образования, в совокупное™ образующие ледяной покров в акватории, прилегающей к интересующему береговому участку суши;

2) дно, имеющее свой рельеф и состав грунта, который определяет его физико-механические свойства.

Ледовый покров моря находится в постоянном движении под воздействием течений и ветра, что также должно быть учтено в математической модели.

p(h) = к • ехру-к И),

(2)

Таблица I

Характеристики борозд

Район Глубина, м Ширина, м Длина, км Глубина моря, м

максим. средняя

Море Бофорта американский сектор 3.0 1.6 10-30 - 10-50

канадский сектор 5.5 1.0 20-60 - 10-50

Большая Ньюфаундлендская банка 7.0/3.О1) 1.0 - 0.3 80-200

Антарктика (море Уэделла) 25« - 250« - 200-300

Моря Баффина и Лабрадор 2.5-9.0 - 30-40 2.0-5.0 100-250

Северное и Норвежское моря 2.0-2.5 - 100-150 - 150-250

Озера Эри и Большое Невольничье до 2.0 <1.0 60-100 4.5-6.0 10-25

Байдарацкая губа до 1.5 - - - 10-20

Сахалин 2.13 0.3-1.0 10-30 0.02-0.075") 10-30

Примечание. 1) числитель - максимальное зарегистрированное значение, знаменатель - среднее по различным глубинам моря значение; 2) требуется уточнение; 3) максимальное значение; 4) значения занижены вследствие замыва.

Прежде всего были рассмотрены особенности ледового режима северного шельфа Сахалина. Воздействие ветра и течений на дрейфующие торосы отражается нанаправлении и скорости дрейфа. Была получела гистограмма относительных частот направления дрейфа ледовых образований. При этом использовались данные наблюдений за дрейфом льда, полученные институтом СахалинНИПИморнефтъ с помощью радиолокационной станции за пять лет (1984-1989г.г.). Общее число наблюдений составило: N = 13818. С использованием этих же данных наблюдений была получена гистограмма относительных частот скоростей дрейфа отдельных ледовых образований.

Морфологические и другие параметры торосов могут быть получены путем изучения стамух - торосов, сидящих на мели. Часто припай достигает тех глубин, на которых сидят стамухи, что обеспечивает удобство и безопасность их исследования. На северном шельфе Сахалина изучение стамух начато с 1984 г. В институте СахалинНИПИморнефтъ была разработана методика по изучению стамух с помощью термального бурения. С помощью этой методики определялась глубина внедрения стамухи в грунт и ее морфологические параметры, а также ее объем и масса. Максимальная зафиксированная глубина внедрения составила 2.13 м, средняя глубина внедрения примерено равна 0.5 - 0.6 м. Чаще всего встречаются стамухи массой 20 - 40 тыс. тонн, характерные для глубин 10-15 м. Необходимость учета частоты воздействия стамух на подводные трубопроводы определила постановку исследований пространственного распределения стамух на шельфе северного Сахалина. Для зоны с глубинами моря более 10 м средняя плотность стамух для всего района изменяется незначительно - от 1.9 в марте и 2.1 в апреле, до 1.3 в мае. При проектировании подводных трубопроводов в зоне моря с глубинами до 10 м определяющим является литодинамнческнй фактор, поэтому плотность стамух в этой зоне не изучалась. За время этих наблюдений были охвачены все типы зим. Наибольшая вероятность появления стамух приходится на диапазон глубин моря 10 - 15 м, на глубинах 15 - 20 м их значительно меньше, а на 30-и метровой глубине моря встречаются единичные стамухи.

Были проанализированы грунты и литодинамические процессы на северо-восточном шельфе Сахалина. Верхний слой грунтов в основном сложен из песков средней и мелкой зернистости с углом внутреннего трения ф = 31°. Северо-восточный шельф Сахалина является активным в литодина-мическом отношении. Максимально возможные деформации рельефа морского дна на глубинах моря 2 - 3 м доходят до 5 м, на глубинах моря 6 - 7 м составляют 3.5 м, на глубинах моря более 10 м - до 2-х метров. Максимальные измеренные деформации дна составили 1.5 м.

При моделировании системы особую сложность представляет адекватное отражение взаимодействия входящих в систему объектов. В исследуемой системе - это взаимодействие дрейфующих торосов с донным грунтом.

Движущийся торос обладает значительной кинетической энергией Ек. При взаимодействии с морским дном эта энергия теряется на внедрение в грунт Ет , вертикальное перемещение Ееерт, поворот в плане и вертикальной: плоскости £,,„„, разрушение части тороса Ера,р- Потери энергии на разрушение киля тороса зависят от его конфигурации, плотности сложения и прочностных характеристик обломков и грунта дна. Натурные наблюдения показали, что килевая часть торосов обладает достаточной структурной целостностью и плотностью. Если рассматривать самый неблагоприятный случай с точки зрения величины заглубления трубопровода, необходимо пренебречь Еирт, Е Е

> разр•

На рис.1 показана схема взаимодействия тороса с подводным береговым склоном.

Рис. I. Схема внедрения тороса в грунт

Для оценки потерь энергии тороса на внедрение в грунт дна были приняты следующие допущения:

• торос движется поступательно с постоянной скоростью;

• при взаимодействии с дном центр масс тороса перемещается по направлению вектора скорости V, т.е. отсутствует наползанле и поворот;

• уклон дна постоянный.

После начала внедрення тороса в грунт, со стороны грунта на торос начинает действовать сила сопротивления, которая возрастает по мере внедрения тороса в грунт. Обозначим ее через Рс(х), где х - путь, пройденный торосом от начала внедрения в грунт. Работа силы сопротивления грунта на всем пути 5 - от начала внедрения тороса в грунт до его остановки - будет равна:

лЕт = \ Рс(х)ёх (3) о

Остановка тороса означает, что вся начальная кинетическая энергня тороса Ек перешла в работу по преодолению силы сопротивления грунта, то есть выполнилось условие: Ек = Е,н. Тогда выражение (3) примет вид:

EK=\Fc(x)dx (4)

Из выражения (4) определится длина пути 5, а зная её, можно определить максимальную глубину Н внедрения тороса в грунт.

H = tgaxS, (5)

где а - угол наклона дна вдоль направления борозды.

Таким образом, ключевым моментом в имитационном моделировании взаимодействия торосов с донным грунтом является определение силы сопротивления грунта Fc(x). Достаточно обоснованно определить величину Fc(x) можно только с позиции законов механики грунтов. Для этого необходимо знать форму поверхности, контактирующей с грунтом. Как показали исследования подводной части торосов и стамух на северо-восточном шельфе о.Сахалин, в том числе и водолазные, поверхности, которые контактируют с грунтом, могут иметь самую разнообразную, с многочисленными впадинами и выступами, форму.

При таких условиях необходимо аппроксимировать форму тороса какими-либо упрощенными геометрическими фигурами, при этом сопротивление со стороны грунта должно быть одинаковым как для реального тороса, так и для тороса упрощенной формы. Торос предложено аппроксимировать в виде прямоугольного параллелепипеда фиксированной ширины с наклонной передней стенкой. Меняя угол наклона передней стенки, можно варьировать силу сопротивления грунта.

Было показано, что при такой аппроксимации сила сопротивления грунта Fc(x) описывается выражением:

Fc(x) = kx2,

(б;

где

■В

(7)

В выражении (7) приняты следующие обозначения: у - удельный вес грунта; а - угол наклона дна; Я - коэффициенты горизонтальной составляющей пассивного сопротивления грунта; <р - угол внутреннего трения грунта, В - ширина тороса в месте контакта с грунтом.

Выражение (6) было проверено по данным физического эксперимента, который провели Грин Х.П., Редди A.C. и Чери Т.Р. (США). В качестве модели был принят прямоугольный параллелепипед, изготовленный из] алюминиевого листа, который имел следующие размеры: ширина - 0.5 м, длина - 1.0 м, высота - 1.0 м.. При внедрении модели в песчаный склон (с уклоном 1:35) измерялась высота выпора грунта и горизонтальная составляющая силы сопротивления грунта.

Результаты, полученные при физическом моделировании и рассчитанные по формуле (6) оказались близкими. Как видно из графиков (рис.2,3) при длине борозды до » 0.75 м имеет место практически полное совпадение экспериментальной и теоретической кривых. Далее появляется разница между ними. Это объясняется влиянием ссыпания вбок вытесненного грунта в эксперименте. На графиках нанесена область характерная для шельфа северовосточного Сахалина, полученная из соотношения ширины и глубины борозд: средняя глубина борозд » 0.6 м и ширина борозд 20 - 30 м.

Таким образом для условий северо-восточного шельфа Сахалина результаты, полученные при физическом моделировании и расчитанные по теоретическим формулам, оказались близкими.

Третья глава посвящена вопросам численной реализации математической модели внедрения торосов в грунт. Так как математическое ожидание числа пересечений бороздами предполагаемой трассы трубопровода объективно не определялась на шельфе Сахалина, в основном по причине интенсивного замыва борозд, то был предложен метод численного моделирования для нахождения этой величины.

Для этого было введено понятие зоны возможного пересечения (ВП). Эта зона ограничивается линиями, проведенными по обе стороны от трубопровода на максимальном удалении от трубопровода (обозначим его через .*„,), внедрение в которой может привести к пересечению бороздой трассы трубопровода (рис.4).

Условие пересечения бороздой трассы трубопровода определяется выражением:

Л, м

0.2 0.15 0.1

0.05

0 0.5 1.0 1.5 2.0

Длина борозды м

Рис. 2. Зависимость высоты выпора грунта от длины борозды.

1 - теоретическая кривая : Л = Б +

2 - экспериментальная кривая;

" область характерная для северо-восточного шельфа Сахалина.

200

0 0.5 1.0 1.5 2.0

Длина борозды 5, м

Рис. 3. Зависимость силы сопротивления грунта Т7, от длины борозды. 1 - теоретическая кривая, полученная по формуле (8); _2 - экспериментальная кривая;

| |- область характерная для северо-восточного шельфа Сахалина.

л- 1-$т(р

При этом величина у распределена равномерно на участке 0 <у <хт (т.е. плотность распределения у равна:/¡(у) = 1/хт), а величина х распределена на участке 0 <х <хт с какой-то плотностью распределения /¡(х). Событие z характеризуется точкой в области ограниченной прямыми: у - х, х - хт; у = О (рис.5). Вероятность попадания случайной точки г(х,у) в пределы двумерной области 5 описывается двойным интегралом:

Р(2С5) = Ц/(Х>У)<1Х^, (9)

В случае независимости случайных величин хну выражение (9) преобразуется к виду:

хтх I хт

Р(2 с 5) = | } МуШ*)<Му = — 1 * •

0 0 Хт о

Тогда математическое ожидание т числа пересечений бороздами трассы трубопровода в случае п внедрений торосов в зоне ВП определится выражением:

1

т

х

о

1

= л-Р(гс5) = л— (11)

V *

Был проведен ряд численных экспериментов, в которых передняя стенка тороса принималась вертикальной. Эти численные эксперименты носили качественный характер. Целью их было определить закон распределения, которым описываются глубины внедрения торосов в грунт. Для ряда значений а - угла наклона дна, град, и Н - глубины моря ,м , были получены гистограммы распределения глубин внедрения торосов в грунт (борозд). Анализ этих гистограмм показал, что они описываются экспоненциальной зависимостью (проверка с помощью критерия К.Пирсона показала, что вероятностьр(% ) во всех случаях превосходит 0.95).

Для того чтобы провести имитационное моделирование внедрения дрейфующих торосов в грунт и определить действительное значение параметров р(И) и т необходимо знать реальное значение параметра X -горизонтальной составляющей сопротивления грунта. Для определения реального значения Я было использовано установленное положение, что

(у/х) < 1 - условие пересечения бороздой трассы трубопровода

Рис.4. Схема к определению параметра т

Рис.5. Схема определения вероятности пересечения бороздой трассы трубопровода

глубины борозд подчиняются экспоненциальной зависимости, а также натурные данные по глубинам внедрения стамух в грунт.

На рис.6 точками нанесены зафиксированные с помощью термобурения глубины внедрения стамух в грунт от 0.3 м до 2.13 м. Поскольку глубина внедрения меньше 0.3 м не была обнаружена, можно считать, что глубина менее И0 = 0.3 м недостаточна для остационаривания стамух.

Рис.6. Функция плотности распределения глубин внедрения торосов в грунт.

• - натурные данные по глубинам внедрения стамух

в грунт; 5/ - площадь на участке Ьо -н оо; - площадь на участке Ь| -г оо.

Вероятность попадания глубины борозды на какой-то интервал (скажем -4- со) может быть определена по классической формуле случаев:

02)

п

где т - число стамух, попавших в интервал И, 4- со, п - общее число обследованных стамух (на интервале Л0-г оо).

Эта же вероятность может быть найдена исходя из свойств геометрической вероятности:

Р _ _ ехр(-*/р (13ч

Приравнивая выражения (12) и (13) и делая несложные преобразования, получим:

Используя натурные данные по глубинам внедрения стамух в грунт и выражение (14) удалось установить, что реальное значение параметра распределения глубин борозд к равно: к = 1.71 , для Н- 10 м и а = 1.0°.

После этого для ряда значений параметра Л и для Н = 10 м и а = 1.0° были проведены численные эксперименты и путем подбора удалось установить, что значению к - 1.71 соответствует значение Л = 3.25. Следует отметить, что полученное значение к - это значение параметра распределения максимальных глубин внедрений торосов в грунт, т.е. в момент остановки торосов. Для использования этого параметра при анализе вероятности воздействия торосов на трубопровод этот параметр необходимо увеличить в два раза. Это вытекает из свойства экспоненциального закона распределения и из того, что место пересечения борозды с трубопроводом равномерно распределено по длине борозды. Следовательно, для трубопровода получим: к — 3.42. Такое значение параметра к характерно для канадского сектора моря Бофорта.

Таким образом, были получены все необходимые параметры для проведения численных экспериментов и получения значений параметров р(И) и т.

Для каждого набора данных (а и Н) проводилось 2000 прогонов имитационной модели, т.е. имитировалось внедрение 2000 торосов в грунт при заданных а и Н. Число прогонов N определялось пробным значением: было установлено, что при N > 1700 гистограммы относительных частот приходили в стабильное состояние. В каждом прогоне с помощью генератора случайных чисел по интегральным кривым менялась масса, скорость, направление дрейфа, ширина тороса в месте контакта с грунтом.

Были получены значения хт и к - параметра плотности распределения глубин внедрения торосов в грунт (рис.7,8).

Четвертая глава непосредственно посвящена вопросам выбора профиля заглубления подводного трубопровода.

Разработана оптимизационная программа выбора профиля заглубления подводного трубопровода. В рамках реализации этой программы, трассу трубопровода предложено разбивать на участки и определять "дискретный" оптимальный профиль, т.е. такой, когда каждый участок имеет свою величину заглубления. Разбивка трубопровода на участки позволила для поиска оптимального варианта заглубления применить полный перебор сочетаний величин заглубления всех участков трубопровода.

Для использования оптимизационной программы реальный профиль дна заменяется расчетным, который представляет собой ломаную линию, состоящую из отдельных участков. Для каждого участка определяется его угол

хт, км

а, град

Рис.7. Зависимость параметра хт от угла наклона дна а для различных глубин моря Я. 1 -Я = 10м;2-Я = 15м;3-Я=20м; 4 - Я = 25 м; 5 - Я = 30 м.

а, град

Рис.8. Зависимость параметра к плотности распределения максимальных глубин внедрения торосов в грунт. 1 -Я = Юм; 2-Я = 15м; 3-Я = 20 м; 4 - Я = 25 м; 5 - Я = 30 м.

наклона, длина Ь и средняя по длине участка глубина моря Н. По этим данным определяются параметры т и р(Н), а также стоимость трубопровода с учетом заглубления.

Предложена методика определения параметра п, числа внедрений торосов на квадратный километр, с использованием данных по плотностям стамух. Установлено, что число внедрений торосов на северном шельфе Сахалина на 67% больше зафиксированной плотности стамух на единицу площади.

Разработана краткая пошаговая методика выбора профиля оптимального заглубления подводного трубопровода, регламентирующая, что необходимо сделать на каждом шаге. За критерий оптимальности принят минимум приведенных затрат при фиксированном значении ущерба от порыва трубопровода. На основании этой методики проведен выбор оптимального профиля заглубления трубопровода на Пильтун - Астохском нефтегазоконденсатном месторождении. Трасса трубопровода была разбита на 9 оптимизируемых участков. Так как ущерб от порыва трубопровода на ранних стадиях проектирования разработки месторождения однозначно определить тяжело, то оптимизационные расчеты были проведены для ряда значений ущерба. При этом он оценивался в долларах США. При значенин ущерба до 5 млн.долларов оптимальным оказался вариант заглубления с вероятностью отсутствия повреждения Р„ = 0.99; при ущербе в 10 млн. долларов - вариант с Р„ = 0.995; при ущербе 20 млн. долларов - вариант с Р„ = 0.997; при ущербе 30 млн. долларов - вариант с Р„ = 0.998 и при ущербе 40 млн. долларов - вариант с Р„ = 0.999. Ввиду особой ответственности предложено выбрать вариант с уровнем надежности 0.999.

При окончательном выборе величины заглубления трубопровода были учтены данные по лито динамическим деформациям дна. Если размыв дна по всей трассе трубопровода на оптимизируемых участках составит 1.0 м, то вероятность отсутствия повреждения Р„ уменьшится до 0.983, а если размыв составит 0.7 м, то вероятность Рп будет равна 0.994. На изобатах менее 10 м определяющим для выбора величины заглубления трубопровода является литодинамический фактор. Максимальная величина деформации дна в этом районе приходится на изобаты 0 - 4.5 м и достигают 5.0 м.

ВЫВОДЫ

В результате выполненных исследований получены следующие результаты, имеющие характер новизны и представляющие практическую ценность при решении задач, связанных с выбором профиля заглубления подводного трубопровода:

1 .Разработана методика оценки надежности подводных протяженных инженерных сооружений с учетом их линейного характера и рельефа дна.

2. Разработана методология выбора оптимального-профиля заглубления подводного трубопровода с точки зрения теории надежности.

3. Получены статистические параметры по дрейфующим торосам и стамухам на северо-восточном шельфе Сахалина. Получены функции распределения масс, скоростей и направления дрейфа торосов.

4. Разработана математическая модель внедрения дрейфующего тороса в грунт. Достоверность модели была подтверждена по результатам физического моделирования других авторов.

5. Разработана математическая модель для получения распределения глубин внедрения торосов в грунт.

6. Разработана математическая модель для определения математического ожидания числа пересечений предполагаемой трассы трубопровода. С помощью численных экспериментов на данной модели для северо-восточного шельфа Сахалина получены:

• зависимость ширины зоны возможного пересечения (зоны на' дне моря, внедрение в которой тороса может привести к пересечению им трассы трубопровода) от глубины моря и угла наклона дна;

• распределение максимальных глубин внедрения торосов в грунт. Было установлено:

• глубины внедрений торосов в грунт подчиняются экспоненциальной зависимости;

• определены значения параметра плотности распределения глубин внедрения торосов в грунт;

7. Разработана методика для определения реального значения параметра распределения глубин внедрения торосов в грунт на основе данных бурения стамух. Для северо-восточного шельфа Сахалина значение параметра распределения составило: к - 3.42. Такое значение к характерно для канадского сектора моря Бофорта.

8. Разработана оптимизационная программа выбора профиля заглубления подводного трубопровода.

9.Получена связь между зафиксированной плотностью стамух на шельфе северного Сахалина на единицу площади и общим числом внедрений торосов - было установлено, что число внедрений торосов на 67% больше зафиксированной плотности стамух на единицу площади.

10. Разработана методика выбора оптимального профиля заглубления подводного трубопровода. Произведен выбор оптимального профиля заглубления трубопровода на Пильтун-Астохском нефтегазовом месторождении.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих трудах:

Сурков Г.А., Трусков П.А. Метод учета ледовых воздействий при проектировании трубопроводов // Научи.-техн. информ. сб.: Науч.-произв.

достижения нефт. пром-сти в новых условиях хозяйствования.- М.: ВНИИОЭНГ, 1989.-Вып. 9.-С. 10- 12.

Сурков Г.А., Трусков П.А. Оценка работоспособности подводного трубопровода в условиях ледовых воздействий // Тез. докл. Всесоюзной конф. "Роль молодежи в решении конкретных науч. - техн. пробл. нефтегазового комплекса страны". - М., 1989. - С. 143.

Трусков П.А., Сурков Г.А. Вероятностная оценка величины заглубления подводного трубопровода в ледовых морях // Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР: II Всесоюзная конф: Тез. докл. - М„ 1990. - 4.II. - С.78-79.

Truskov Р.А., Surkov G.A. Scour depths disribution on the Northern Sakhalin offshore // Proc. of the First Int. Offshore and Polar Eng. Conf.-Edinburgh, 1991. - V.2. - P.467 - 470.

Surkov G.A., Truskov P.A. Probability estimation of moving pressure ridge contacts with pipelines // Proc. of the Second Int. Offshore and Polar Eng. Conf. -San Francisco, 1992. - V.2. - P.797 - 800.

Skurihin V.A., Surkov G.A. and Truskov P.A. Selection of the subsea pipeline route for the offshore Chaivo field // Proc. of the Second Int. Offshore and Polar Eng. Conf. - San Francisco, 1992. V.2. - P.801 - 806.

Трусков П.А., Сурков Г.А. Опыт исследования борозд от воздействия дрейфующих ледовых образований на дно // Гидротехнические сооружения: Межвузовский сборник научн. тр. - Владивосток: ДВПИ, 1993. - С. 124 -131.

Surkov G.A. and Truskov P.A. Ice pressure ridges and stamukhas offshore of Sakhalin // Proc. of the 13-th Int. Conf. on Port and Ocean Eng. under Arctic Condition. - Murmansk, 1995. - V.2. - P. 140 - 142.

/