Вопросы обеспечения безопасновсти морских инженерных сооружений от айсбергов

Гудошников Ю.П., Зубакин Г. К., Чернов А.В.
ГУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт»

В качестве рабочей концепции при проектировании надводных сооружений для освоения Штокмановского месторождения предполагается, что потребуется реализовать комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на предотвращение воздействия айсбергов и других опасных ледяных образований на эти сооружения.

Айсберги являются продуктом деятельности выводных ледников и наиболее опасным для судоходства и функционирования инженерных сооружений и коммуникаций элементом природной среды, расположенных в шельфовой зоне арктических и субарктических морей. Канадский опыт разведки и эксплуатации шельфовых месторождений Большой Ньюфаундлендской банки, а также предварявшие и сопровождавшие эту деятельность научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки привели к созданию достаточно эффективной системы организационно-технических мероприятий, направленных на предотвращение столкновений айсбергов и ледяных полей с морскими инженерными объектами. В английском языке для обозначения этой системы общепринят термин "ice and iceberg management", который дословно можно перевести как "управление льдом и айсбергами". Данное "управление" включает в себя обнаружение и отслеживание айсбергов и других ледяных образований, прогнозирование траектории их движения, определение степени риска для сооружения, принятие решения по физическому воздействию на опасный объект с целью предотвращения его проникновения в зону возможного контакта с сооружением.

Применительно к российскому шельфу, проектом, при реализации которого выработка мероприятий по борьбе с айсберговой опасностью наиболее актуальна, является освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения (ШКГМ) в Баренцевом море. Тот факт, что в этом море айсберги - обычное явление, был хорошо известен специалистам. Архив данных Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) за период наблюдений, начиная с 1928 г., содержит около 20 тысяч зарегистрированных случаев появления айсбергов.

Тем не менее, до последнего времени при планировании освоения ШКГМ вопросам айсберговой опасности уделялось меньше внимания, чем они того заслуживают. В этом плане поворотным пунктом оказалась экспедиционные исследования в мае 2003 г., выполненные ААНИИ по заказу ЗАО "Севморнефтегаз" в рамках программы инженерных изысканий для освоения ШКГМ. Специалисты ААНИИ зарегистрировали 109 айсбергов и их обломков в пределах границ месторождения и прилегающих водах. Масса обнаруженных ледяных образований варьировалась от 50 тыс. до 3,7 млн. тонн.

Открытие 2003 г. практически не изменило оценку вероятности появления айсбергов в районе Штокмана, поскольку с точки зрения статистики появление на акватории месторождения одного или нескольких десятков айсбергов равно считаются одним событием. Зато существенно увеличилась оценка вероятности столкновения айсберга с платформой. Расчеты показали, что такое происшествие возможно один раз в 81-105 лет. Расчеты проводились для всех форм айсбергов. В то же время, около 80 % объектов представляли собой обломки и куски айсбергов. Вероятность столкновения с крупным айсбергом, по оценкам специалистов Арктического и антарктического научно-исследовательского института, составляет величину порядка 400-500 лет.

После 2003 г. стало понятно, что для обеспечения безопасности сооружений потребуется постоянный мониторинг не только прилегающей акватории, но и очагов образования айсбергов - айсбергопродуцирующих ледников арктических архипелагов и островов, поскольку только таким образом можно обеспечить заблаговременное обнаружение крупных айсберговых "флотилий". В 2004-2008 гг. ААНИИ в сотрудничестве с Институтом географии РАН на практике отработал основные элементы мониторинга айсбергов и ледников:
- определение характеристик основных айсбергопродуцирующих ледников при помощи аэрофотосъемки и воздушного радиолокационного зондирования;
- периодическое выполнение ледовых разведок с борта самолета-лаборатории Ан-26 "Арктика";
ежегодное проведение исследования распространения, морфометрии баренцевоморских айсбергов на научно-экспедиционном судне "Михаил Сомов" с вертолетом Ми-8 на борту;
- проведение ряда экспериментов с изучением дрейфа айсбергов при помощи автономных дрейфующих буев, а также так называемых "подспутниковых" экспериментов, когда судно и вертолет осуществляли поиск и обнаружение объектов, идентифицированных как айсберги на спутниковых снимках высокого разрешения.

В итоге, на основании архивной информации и новых данных были обобщены материалы о современном состоянии айсбергопродуцирующих ледников и айсберговой проблемы в целом.

Помимо мониторинга в настоящее время специалистами ААНИИ разработана концептуальная схема айсбергового менеджмента на акватории Баренцева моря, позволяющая своевременно обнаруживать появление айсбергов, прогнозировать и контролировать их опасное сближение с платформой, и, наконец, активно воздействовать на айсберг с целью изменения траектории его дрейфа. Последняя, наиболее трудная, задача айсбергового менеджмента была практически отработана в 2004-2005 гг. в ходе экспериментов по буксировке айсбергов "Михаилом Сомовым". В общей сложности было выполнено 3 буксировки двух айсбергов, при этом масса наибольшего из них достигала 200 тыс.т.

Одним из организационных выводов, сделанных по результатам экспедиционных исследований на шельфе Баренцева моря, является тот факт, что в настоящее время существует дефицит экономичных научных судов, способных проводить изыскания в ледовых условиях, включая зимний период, доставлять грузы и оборудование, а также имеющих возможность активного воздействия на айсберги - в случае необходимости. Возраст НЭС "Михаил Сомов", главного поставщика ледовых данных для шельфовых проектов в Баренцевом море, превысил 30 лет. Ресурс НЭС "Академик Федоров" также близок к исчерпанию. В ближайшем будущем многие месторождения морей Арктического бассейна могут остаться вне досягаемости для проведения инженерных изысканий, прежде всего из-за отсутствия подходящих для проведени наблюдений судов.

Таким образом, развитие экспедиционной деятельности Российской Федерации в высокоширотных и полярных районах настоятельно требует строительства новых научно-исследовательских судов ледового плавания. Новые суда для выполнения широкого комплекса морских научных исследований должны быть оснащены самым современным оборудованием для получения данных о природной среде.

За годы проведения экспедиционных исследований сложилось два подхода к созданию судов. Первый заключается в переоборудовании существующих судов, либо в адаптации проектов судов иного назначения под нужды исследований. В качестве примеров таких проектов можно назвать уже упоминавшийся НЭС "Михаил Сомов", проект исследовательского ледокола "Отто Шмидт". Крайней формой такого подхода следует считать проведение экспедиций на судах вообще не приспособленных для подобных работ, в частност, на ледоколах, в том числе и на атомных. Такой подход следует считать неоптимальным, поскольку он ведет либо к неоправданным затратам, либо к снижению качества работ.

Естественно, что оптимальным является строительство специализированных судов, проекты которых, с одной стороны, максимально полно учитывают существующие и перспективные научные потребности, а с другой стороны, не несут иных функций, что приводит к снижению их стоимости.

В связи с этим представляется целесообразным и логичным, чтобы начальный этап проектирования, включающий составление технико-экономического обоснования и выполнение концепт-проекта судна, осуществлялся в ААНИИ. Предпосылками к этому служат:
- 50-летний опыт эксплуатации научного флота в Арктике и Антарктике;
- максимальная компетентность в формировании политики перспективных исследований и потребности судов и технических средств для проведения исследований на ближайшие 20-25 лет;
- обладание существенным опытом в составлении технических заданий для различных типов судов ледового плавания и участия в проектных работах;
- наличие современной экспериментальной базы для проведения модельных испытаний - комплекса ледовых бассейнов, и обширного банка данных результатов испытаний моделей судов с различной формой обводов корпуса;
- богатым опытом работ в различных аспектах изучения ледовой прочности корпусов судов.

В качестве примера можно привести концепт-проект научно-исследовательского многоцелевого судна усиленного ледового класса водоизмещением около 6500 тонн, для производства работ в арктических морях, разработанный отделом ледовых качеств судов ААНИИ. Концепт-проект был выполнен в инициативном порядке, авторы проекта являлись непосредственными участниками ледовых инженерных изысканий в районе Штокмановского месторождения.

Судно оснащено современными лабораториями и устройствами для производства океанографических, гидрохимических, ледовых, метеорологических, биологических, геофизических и геологических наблюдений, а также оснащено оборудованием для постановки океанографических станций и производства сейсмических и акустических исследований и имеет возможность проводить логистические операции по обеспечению труднодоступных гидротехнических и островных объектов в Арктике. Еще одной особенностью судна является способность выполнять буксировки айсбергов, причем более крупных, чем те, которые буксировал "Михаил Сомов".

Архитектурно-конструктивный тип - двухпалубное судно с развитыми баком и носовой надстройкой, с кормовой вертолетной площадкой, со средним расположением машинных помещений, с дизель-электрической энергетической установкой, двумя азимутальными движителями и носовым подруливающим устройством, сухогрузными трюмами. Судно способно совершать автономное плавание и дрейф в ледовых условиях арктических морей.

Главные размерения:
Длина наибольшая - 103,88 м
Длина между перпендикулярами - 97,00 м
Ширина наибольшая - 18,00 м
Высота борта до главной палубы - 10,20 м
Конструктивная осадка - 7,00 м
Максимальная осадка - 7,50 м
Водоизмещение судна - 6500 т
Вместимость трюма - 500 м3
Площадь трюма - 170 м2

В составе энергетической установки судна предусмотрены два главных дизель-генератора мощность 2?6000 кВт, два стояночных дизель-генератора мощностью 2?800 кВт, один аварийный дизель-генератор мощностью 200 кВт.

Пропульсивная установка состоит из двух азимутальных движителей типа AZIPOD Type 13 ICE, мощностью около 4 МВт каждый.

В качестве средств активного управления судном предусматриваются два носовых подруливающих устройства тоннельного типа мощностью 2х400 кВт.

Комплектация экипажа предусмотрена в составе 35 человек, в составе экспедиции может находиться до 42 человек.

Автономность плавания на чистой воде по запасам топлива 60 суток.

Скорость хода при работе одного главного дизель-генератора - не менее 14,0 узлов
двух главных дизель-генераторов - не менее 18,0 узлов.

Ледопроходимость при работе одного главного дизель-генератора - не менее 0,60 м
двух главных дизель-генераторов не менее 1,00 м.

Научно-исследовательский комплекс имеет в своем составе гидрологические лаборатории с кладовыми, с помещением зонда и кабель-тросовой лебедкой в кормовой части судна на левом борту, гидрохимические лаборатории с подачей необходимых сред в помещения, геологические лаборатории с кладовыми и П-образной рамой в кормовой части судна на открытой части главной палубы грузоподъемностью 8 тонн и высотой 8 м, ледоисследовательские лаборатории с кладовой полевого оборудования, оснащенной выходом на открытую часть главной палубы и гидравлическим подъемником на вертолетную площадку, сушилку для рабочей одежды.

На второй палубе надстройки предусмотрена площадка для размещения мобильных лабораторий, выполненных в размерах стандартных 20-ти футовых контейнеров. К площадке обеспечен подвод воды и электроэнергии. Всего предусматривается размещение до 16 лабораторий-контейнеров. В грузовом варианте, при размещении грузовых контейнеров в два яруса, их количество может составить 32 штуки.

В состав грузового устройства входит один кран грузоподъемностью 15 тонн с вылетом стрелы до 30 метров на палубе надстройки 2 яруса на левом борту в районе мидель-шпангоута.

В кормовой части судна размещается буксирная лебедка.

На судне предусмотрено палубное базирование вертолета типа Ми-8, посадочная площадка, специальные помещения, необходимое оборудование и системы. Принимаемый на борт запас авиационного топлива составляет 100 тонн, что позволяет обеспечивать работу вертолета в течение 130 часов.

Для выполнения работ на глубинах до 12 метров двумя водолазами в легководолазном снаряжении в автономном или шланговом варианте на судне предусмотрено помещение для водолазов. Спуск и подъем водолазов в беседке осуществляется с помощью выдвижной балки, расположенной на открытой палубе с правого борта с электроручным приводом. Для выноса водолазной беседки в фальшборте предусмотрен лацпорт.

Таким образом, обеспечение безопасности будущего добычного комплекса на ШГКМ должно предусматривать как разработку и техническую реализацию системы ледового и айсбергового менеджмента, так и строительство современных судов обеспечения ледового класса с высокотехнологичным комплексом научного оборудования на борту.

Перейти к содержанию № 3(25) 2008

 

№ 3(25), 2008
Освоение океана и шельфа