采用水下噴射氣流控制導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)碎冰堆積的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防止流冰在導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)發(fā)生堆積的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球的海洋中，海冰的分布面積為3770萬(wàn)平方公里，占全球洋面的11.8%。如果加入冰山分布海域，則包括流冰在內(nèi)的海冰面積為7260萬(wàn)平方公里，占全球洋面的22.9%。由此可見(jiàn)，海冰在海洋中占據(jù)了重要的地位。而正是在這些長(zhǎng)期或短期被海冰覆蓋的海域中，蘊(yùn)藏了豐富的海洋資源，進(jìn)而促使近三十年來(lái)，各國(guó)在寒冷海域中開(kāi)展的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)呈高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。其中，以海上油氣資源的開(kāi)發(fā)、海洋可再生能源的利用和航運(yùn)活動(dòng)的發(fā)展最為迅猛，海上油氣開(kāi)采平臺(tái)、海上風(fēng)電機(jī)組等各類海洋工程結(jié)構(gòu)相繼矗立在寒冷海域，這些海洋工程結(jié)構(gòu)的安全性能就必然面臨著大面積流冰作用的威脅。
[0003]導(dǎo)管架式結(jié)構(gòu)目前是我國(guó)淺水重冰區(qū)中的海上油氣平臺(tái)采用的主要結(jié)構(gòu)型式，這種海洋工程結(jié)構(gòu)有一個(gè)主要的特征，即井口區(qū)由一系列呈陣列型式排布的直立式套管組成。因此，在海面上存在大面積的漂移海冰時(shí)，導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的碎冰堆積就成為我國(guó)淺水重冰區(qū)中常見(jiàn)的海冰災(zāi)害現(xiàn)象。這種海冰堆積現(xiàn)象會(huì)引發(fā)一系列后續(xù)的工程事故，因此，必須采取有效的措施對(duì)流冰在導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)的堆積進(jìn)行控制。
[0004]目前，對(duì)于導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)的碎冰堆積采用的控制措施包括:一)發(fā)生顯著堆積后人工清除；二)噴淋熱水融化。這些簡(jiǎn)單的措施顯然在控制效果上存在嚴(yán)重的問(wèn)題。首先，一旦碎冰發(fā)生顯著堆積后，采用人工清除的方法僅能對(duì)套管外表面的碎冰層進(jìn)行干預(yù)，并且受到實(shí)際場(chǎng)地的限制，很難進(jìn)行。其次，采用熱水噴淋的方法通常僅在短時(shí)間內(nèi)可對(duì)碎冰堆的表層形成清除，很難形成整體的瓦解。同時(shí)，在冬季氣溫環(huán)境下，熱水的噴淋還可能進(jìn)一步造成碎冰的深層凍結(jié)，進(jìn)而致使碎冰堆積更加堅(jiān)固。
[0005]目前，國(guó)際上的最新研究表明:碎冰在導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)的堆積進(jìn)程存在以下重要規(guī)律:一)井口區(qū)局部流場(chǎng)的滯流效應(yīng)是形成碎冰堆積的主要初始誘因；二)井口區(qū)隔水套管陣列與鄰近主粧腿形成的聯(lián)合結(jié)構(gòu)滯留效應(yīng)，是促使碎冰堆積規(guī)?？焖侔l(fā)展的主要因素之一；三)碎冰堆積的水下部分規(guī)模大于其水上部分，即碎冰堆積的主要構(gòu)成在水下；四)碎冰堆積進(jìn)程具有很大的區(qū)域不均衡性，即大部分碎冰均堆積在首先與冰排發(fā)生作用的前兩排導(dǎo)管附近區(qū)域內(nèi)；五)碎冰堆積進(jìn)程一旦開(kāi)始，其發(fā)展速度是迅速的，觸底式堆積一般在很短的時(shí)間內(nèi)即可形成；六)發(fā)展最快、規(guī)模最大的碎冰堆積行為，發(fā)生在冰排向?qū)Ч芗芙Y(jié)構(gòu)井口區(qū)與主粧腿距離最近一側(cè)行進(jìn)的過(guò)程中。因此，對(duì)于碎冰的過(guò)流動(dòng)力以及下潛運(yùn)動(dòng)控制，成為有效控冰技術(shù)的關(guān)鍵性目標(biāo)。然而，目前在現(xiàn)有的導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)碎冰堆積控制措施中，尚未出現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)這一關(guān)鍵性目標(biāo)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種采用水下噴射氣流控制導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)碎冰堆積的方法，該方法能夠防止流冰在導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)發(fā)生下潛堆積。
[0007]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種采用水下噴射氣流控制導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)碎冰堆積的方法，采用豎直向上的連貫高壓氣流在距離海平面以下的預(yù)設(shè)高程處分別對(duì)偏離井口區(qū)幾何中心的井口區(qū)中部、隔水套管陣列內(nèi)側(cè)靠近四個(gè)角點(diǎn)位置處、破冰錐體與隔水套管陣列發(fā)生交叉的區(qū)域和碎冰重點(diǎn)堆積區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)噴射，并使連貫高壓氣流在相應(yīng)噴射區(qū)域的整個(gè)高程內(nèi)產(chǎn)生氣爆效應(yīng)和氣水二相湍流效應(yīng)，在自由水面處具有推動(dòng)碎冰塊向遠(yuǎn)端撤離的爆破能量和影響范圍。
[0008]所述連貫高壓氣流的水下噴射點(diǎn)距離海平面的高程為2.5m。
[0009]所述連貫高壓氣流的輸出壓力為1500kPa，流量為13m3/min。
[0010]所述連貫高壓氣流的輸出溫度不低于20°C。
[0011]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)，掌握堆積冰成因機(jī)理，從堆積冰成因源頭解決問(wèn)題，采用連貫高壓氣流從水下噴射堆積成冰的關(guān)鍵部位，利用高壓氣泡的氣爆效應(yīng)促使局部流場(chǎng)具備較大的運(yùn)動(dòng)能量，進(jìn)而對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的漩渦生成與滯流效應(yīng)形成關(guān)鍵性的抑制作用；利用氣水二相湍流效應(yīng)大幅度遏制碎冰的下潛運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而有效抑制碎冰的水下堆積進(jìn)程；利用高壓氣流的連貫性和在接近自由水面時(shí)具有的充足爆破能量和影響范圍，推動(dòng)碎冰塊向遠(yuǎn)端撤離，排出流場(chǎng)。綜上所述，本發(fā)明直接破壞導(dǎo)致井口區(qū)碎冰堆積進(jìn)程所依賴的基礎(chǔ)條件，進(jìn)而致使碎冰塊的水上堆積進(jìn)程喪失快速發(fā)展的來(lái)源基礎(chǔ)。本發(fā)明可針對(duì)我國(guó)淺水重冰區(qū)的導(dǎo)管架平臺(tái)，進(jìn)行流冰在井口區(qū)前堆積的預(yù)防和控制，可將碎冰堆積的形成規(guī)模降低80%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明應(yīng)用的平面示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明應(yīng)用的立面圖。
[0014]圖中:1、空氣壓縮機(jī)，2、平臺(tái)底層甲板，3、破冰錐體，4、隔水套管，5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、水下氣流噴射噴嘴，6_1、控制閥門(mén)，6-2、輸送總管，6_3、輸送支管。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0016]—種采用水下噴射氣流控制導(dǎo)管架平臺(tái)井口區(qū)碎冰堆積的方法，采用豎直向上的連貫高壓氣流在距離海平面以下的預(yù)設(shè)高程處分別對(duì)偏離井口區(qū)幾何中心的井口區(qū)中部、隔水套管陣列內(nèi)側(cè)靠近四個(gè)角點(diǎn)位置處、破冰錐體與隔水套管陣列發(fā)生交叉的區(qū)域處和碎冰重點(diǎn)堆積區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)噴射，并使連貫高壓氣流在相應(yīng)噴射區(qū)域的整個(gè)高程內(nèi)產(chǎn)生氣爆效應(yīng)和氣水二相湍流效應(yīng)，在自由水面處具有推動(dòng)碎冰塊向遠(yuǎn)端撤離的爆破能量和