ВВЕДЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

На сегодняшний день большинство крупных «сухопутных» месторождений нефти на территории нашей страны находятся на завершающей стадии разработки. Поэтому весьма актуальной проблемой является освоение ресурсов УВ в пределах континентальных шельфов - от ее решения во многом зависит обеспечения прироста запасов УВ-сырья, компенсирующего рост добычи нефти и газа в нашей стране.

Проведение широкомасштабной и тщательной разведки запасов и осуществление опытной эксплуатации залежей акватории северных морей (Баренцева, Лаптевых, Карское, Восточно-Сибирское) сегодня затруднено в силу различных факторов:

- отсутствие развитой транспортной сети, которая обеспечивала бы бесперебойную доставку в зоны разработки необходимых материалов, оборудования, и дороговизна ее создания;

- тяжелые климатические условия;

- высокие затраты на создание систем сбора сырья и его транспорта;

- высокие затраты на бурение скважин непосредственно на море, связанные, в первую очередь, с использованием дорогих и немногочисленных буровых платформ и пр.

В отличие от северной акватории разведка и разработка морских месторождений углеводородов в нашей стране ведется уже достаточно давно на территории Южного Каспия (месторождения Гюргяны-море, Нефтяные Камни, Песчаный-море, Сангачалы-море и др.) и Охотского моря. В мире наиболее развитым местом в плане морской разработки месторождений УВ является Северное море, где преимущественно осуществляют добычу норвежские, британские, голландские и датские нефтяные компании.

В последние года объектом широкомасштабного поиска морских запасов УВ сырья стала акватория Северного Каспия как одна из высокоперспективных в отношении нефтегазоносности шельфовых зон. Серьезное изучение северной части Каспийского моря ведется более 10 лет. К подробным геолого-геофизическим исследованиям в 1995 году приступило ОАО «Лукойл». Общая площадь исследования составляет около 63 тыс. км². Суммарные затраты на геологоразведочные работы (без учета средств на буровую установку, создание и закупку специальных технических и технологических средств обеспечения и модернизации береговых сооружений) превысли 300 млн долларов США. В результате проведенных работ получены принципиально новые сведения, позволяющие высоко оценить перспективы как лицензионных участков ОАО «Лукойл», так и российского сектора моря в целом. Разведанные запасы позволяют начать добычу УВ и поддерживать ее на уровне 10 млрд м³ газа и 4 млн т нефти на протяжении 15-20 лет. С учетом прогнозной оценки и реализации в полном объеме программы геологоразведочных работ в 2016-2018 г.г. можно довести добычу до 50 млн т нефтяного эквивалента в год.

1. ЭТАПЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА

Процесс добычи нефти и газа включает три этапа. Первый — движение нефти и газа по пласту к скважинам, благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин. Он назы­вается разработкой нефтяных и газовых месторождений. Второй этап — движение нефти и газа от забоев скважин до их устьев на поверхности. Его называют эксплуатацией нефтяных и газовых скважин. Третий этап - сбор продукции скважин и подготовка нефти и газа к транспортированиюпотребителям. В ходе этого этапа нефть, а также сопровождающие ее попутный нефтяной газ и вода собираются, затем газ и вода отде­ляются от нефти, после чего вода закачивается обратно в пласт для поддержания пластового давления, а газ направляется потребителям. В ходе подготовки природного газа от него отделяются пары воды, коррозионно активные (сероводород) и балластные (углекислый газ) компоненты, а также механические примеси.

2. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ МОРСКИХ НЕФТЯНЫХ И

ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Освоение морских нефтяных и газовых месторождений коренным образом отличается от разведки и разработки их на суше. Сложность и специфика этих работ в море обусловливаются окружающей средой, инженерно-геологическими изысканиями, высокой стоимостью и уникальностью технических средств, медико-биологическими проблемами, вызванными необходимостью производства работ под водой, технологией и организацией строительства и эксплуатации объектов в море, обслуживанием работ и т. п.

Особенностью континентального шельфа нашей страны является то, что 75% акваторий расположено в северных и арктических районах, которые продолжительное время покрыты льдами, а это создает дополнительные трудности в промышленном освоении. Окружающая среда характеризуется гидрометеорологическими факторами, определяющими условия проведения работ в море, возможность строительства и эксплуатации нефтепромысловых объектов и технических средств. Основные из них: температурные условия, ветер, волнения, течения, колебания уровня воды (приливы - отливы, сгоны - нагоны), ледовый покров морей, химический состав воды, видимостью (туманы, низкая облачность, метели, осадки) и др. Учет этих факторов дает возможность оценить их влияние на экономические показатели поисково-разведочных работ и морской добычи нефти и газа. Строительство морских нефтепромысловых сооружений требует проведения инженерно-геологических изысканий морского дна. При проектировании фундаментов нефтепромысловых сооружений особое внимание уделяют полноте и качеству инженерно-геологических изысканий грунтов на месте и в лабораториях. Достоверность и полнота данных в значительной мере определяют безопасность эксплуатации сооружения и экономичность проекта.

Самые большие проблемы в морских акваториях связаны со льдами и глубинами моря. В зависимости от направления и силы ветра, глубины моря и морских течений, рельефа местности и свойств льда ледовая обстановка непрерывно изменяется и ее трудно прогнозировать.

Прибрежная зона арктических морей большую часть года покрыта неподвижными припайными льдами. Судоходство здесь возможно лишь 2 — 2,5 месяца в году. В суровые зимы в закрытых заливах и бухтах арктических морей возможно бурение со льда и ледяного припая. Представляет опасность бурение со льда в периоды его таяния, разламывания и дрейфа. В то же время дрейфующий лед сглаживает волнение. Особенно это характерно для морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. Здесь средняя повторяемость высоты волн до 3 м составляет 92 %, 3 —5 м — 6,5 %.

В последних годы проводятся большие работы по подводной эксплуатации скважин в условиях установившегося льда, когда устраняется возможность губительных воздействий льдов на технические средства, уменьшается навигационная и пожароопасность, обеспечивается экономичность разработки месторождения.

Для бурения и эксплуатации на акваториях опасны отрицательные температуры воздуха, вызывающие обледенение бурового основания и оборудования и требующие больших затрат времени и труда на приведение в готовность силового оборудования после отстоя.

Ограничивает время бурения на море также снижение видимости, которое в безледовый период чаще отмечается в ночные и утренние часы. Влияние пониженной видимости на процесс бурения на море можно уменьшить, применив на буровой установке и на берегу современную технику радиолокационного наведения и радиосвязи.

Буровые основания подвержены в море действию течений, связанных с ветровой, приливно-отливной и общей циркуляцией вод. Скорость течений в некоторых морях достигает больших значений (например, в Охотском море до 5 м/с). Воздействие течений изменяется во времени, по скорости и направлению, что требует постоянного контроля положения плавучей буровой установки (ПБУ) и даже перестановки ее якорей. Работа при течениях свыше 1 м/с возможна только при усиленных якорных устройствах и средствах их развоза.

В зоне высоких приливов и отливов обнажается дно большой части прибрежной акватории и резко увеличивается так называемая зона недоступности, в которую буровые суда не могут доставлять установки. Высота приливов даже на соседствующих морях и их участках различна. Так, в Японском море приливы практически не ощутимы, а в северной части Охотского моря они достигают 9-11 м, образуя при отливе многокилометровые полосы обнаженного дна.

Геоморфологические условия определяются очертаниями и строением берегов, топографией и почвой дна, удаленностью точек заложения скважин от суши и обустроенных портов и т.п. Для шельфов почти всех морей характерны малые уклоны дна. Изобаты с отметкой 5 м находятся на расстоянии 300—1500 м от берега, а с отметкой 200 м - 20 - 60 км. Однако имеются желоба, долины, впадины, банки.

Почва дна даже на незначительных площадях неоднородна. Песок, глина, ил чередуются со скоплениями ракушки, гравия, гальки, валунов, а иногда и с выходами скальных пород в виде рифов и отдельных камней.

Основная зона шельфа, разведываемая геологами, составляет полосу шириной от сотен метров до 25 км. Удаленность точек заложения скважин от берега при бурении с ледового припая зависит от ширины припайной полосы и для арктических морей достигает 5 км.

Балтийское, Баренцево, Охотское моря и Татарский пролив не имеют условий для быстрого укрытия плавсредств в случае шторма из-за отсутствия закрытых и полузакрытых бухт. Здесь для бурения эффективнее применять автономные ПБУ, так как при использовании неавтономных установок трудно обеспечить безопасность персонала и сохранность установки в штормовых условиях. Большую опасность представляет работа у крутых обрывистых и каменистых берегов, не имеющих достаточно широкой зоны пляжа. В таких местах при срыве неавтономной ПБУ с якорей ее гибель практически неизбежна.

В районах шельфа арктических морей почти нет обустроенных причалов, баз и портов, поэтому вопросам жизнеобеспечения буровых установок и обслуживающих их кораблей (ремонт, заправка, укрытие на время шторма) здесь необходимо придавать особое значение. Во всех отношениях лучшие условия имеются в Японском и внутренних морях России. При бурении и обслуживании эксплуатирующихся скважин в удаленных от возможных мест укрытий районах должна быть хорошо налажена служба оповещения прогноза погоды, а применяемые для бурения плавсредства должны обладать достаточной автономностью, остойчивостью и мореходностью.

Горно-геологические условия главным образом оказывают влияние на процесс бурения. Они характеризуются в основном мощностью и физико-механическими свойствами горных пород, пересекаемых скважиной. Отложения шельфа обычно представлены рыхлыми породами с включением валунов. Основными составляющими донных отложений являются илы, пески, глины и галька. В различных соотношениях могут образовываться отложения песчано-галечные, суглинки, супеси, песчано-илистые и т.д. Для шельфа дальневосточных морей породы донных отложений представлены следующими видами, %: илы - 8, пески - 40, глины - 18, галька - 16, прочие - 18. Валуны встречаются в пределах 4 - 6 % в разрезе пробуренных скважин и 10 - 12 % скважин от общего их количества.

С увеличением глубин моря резко возрастает стоимость разработки месторождений. На глубине 30 м стоимость разработки в 3 раза выше, чем на суше, на глубине 60 м — в 6 раз и на глубине 300 м — в 12 раз.

В последние годы проводятся большие научно-исследовательские работы и опытно-промышленная эксплуатация, как отдельных узлов, так и целых комплексов оборудования подводной эксплуатации скважин. Особого внимания заслуживает подводная эксплуатация морских месторождений в ледовых условиях. Это обусловлено устранением возможных действий льдов на технические средства, уменьшаются навигационная опасность, пожароопасность и обеспечивается экономичность разработки месторождения. Наибольшее препятствие проведения работ в глубоких водах — увеличивающийся разрыв между глубинами вод, на которых возможно бурение скважин, и глубинами вод, на которых на данном этапе экономически целесообразна добыча нефти или газа.

Проблемой пока являются прокладка и особенно обследование, и ремонт подводных трубопроводов в межледовый период. Эксплуатация морских технических средств, и в основном техники для подводных методов разработки, требует обеспечения безопасного ведения подводно-технических работ при ремонте и осмотре подводной части плавучих средств и гидротехнических сооружений. Наряду с решением технических вопросов необходимо решать ряд задач по медико-биологическому обеспечению жизнедеятельности человека, в том числе в экстремальных условиях, а также задач медико-технических аспектов тепловой защиты жизнедеятельности человека при проведении работ под водой.

Разведка и разработка морских нефтяных и газовых месторождений — сложные в техническом отношении операции, весьма дорогостоящие и связанные со значительным риском. Основные проблемы при освоении этих месторождений — проблемы техники и технологии производства этих работ.

Работы по разведке и разработке морских месторождений обычно ведутся в два этапа. На первом этапе производятся геологоразведочные работы в межледовый период, и в этом случае, возможно применять технику, которая работает в умеренных зонах. На втором этапе, при разработке месторождений, т. е. добыче, подготовке и транспорте нефти и газа, вследствие непрерывного производственного цикла, при котором процесс должен вестись круглый год, в том числе зимой, когда море покрыто льдом, требуется уникальная и надежная техника, технические и технологические параметры и конструктивные решения которой обусловливаются требованиями высокой надежности, долговечности, обеспечивающими безопасность работ в каждом конкретном районе.

2.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ

МОРСКИХ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Комплекс технических средств для освоения нефтяных и газовых месторождений состоит из большого количества типов и видов уникальных и дорогостоящих гидротехнических сооруже­ний, геологоразведочного, бурового и нефтепромыслового оборудования, систем связи, навигации, охраны окружающей среды и другой техники (табл. 2), включающей:

технику, предназначенную для изучения условий окружающей среды в районе производства работ. Для этих целей существует ряд научно-исследовательских служб, центров, организаций, за­нимающихся комплексным изучением окружающей среды, разработкой программ и методик и оснащенных техническими средствами, включающими научно-исследовательские гидроме­теорологические станции, автоматические станции на свайных сооружениях, технику по изучению батиметрических условий, химического состава воды, волнения, течений и т. п.;

технические средства связи и навигации, состоящие из комп­лекса аппаратуры, позволяющей использовать через геостационарные спутники связи большое количество телефонных и телеграфных каналов связи с большой степенью надежности (99,9%), широко применять спутниковые навигационные системы, работающие в автоматическом режиме и т. п.;

технические средства для производства геофизических работ, состоящие из геофизических судов, аппаратуры и оборудования для автоматической обработки информации, многоканальных цифровых сейсмических станций, обеспечивающих обработку данных на борту судна и подготовку материала для ввода данных в ЭВМ. Координаты производства работ определяют через спутники связи;

технические средства для глубокого разведочного бурения (СПБУ, ППБУ, БС), подводный устьевый комплекс;

технические средства для геолого-инженерных изысканий, включающие средства колонкового бурения, специальные суда детальных исследований с обработкой данных на ЭВМ;

технику эксплуатационного бурения и добычи нефти и газа, состоящую из морских стационарных платформ различных типов и конструкций, оборудования для добычи нефти и газа, техни­ческих средств для подводной добычи нефти и газа, системы управления и контроля, технических средств для освоения и Добычи нефти и газа в северных и арктических акваториях;

технические средства для подготовки и транспорта нефти и газа, включающие морские гидротехнические сооружения, бере­говые базы хранения нефти и газа, нефтегазопроводы, системы управления и контроля за транспортировкой нефти и газа и пр.;

технические средства для строительных и монтажных работ на гидротехнических сооружениях, МСП, различных типов и других строительных объектов, средства строительства трубопроводов (подводных и наземных), краново-монтажные суда, спускные и транспортные баржи, подъемно-монтажные средства береговых баз, сваебойное оборудование, трубоукладочные баржи и др.;

подводную и водолазную технику, состоящую из обитаемых (нормобарических и гипербарических) и необитаемых аппаратов (плавучих и донных), судов-носителей, систем жизнеобеспечения, снаряжения водолазов и акванавтов и пр.;

технические средства для обслуживания работ в море, состоящие из многоцелевых судов, буксиров, буксиров - раскладчиков якорей, пожарных судов, оборудования береговых баз обслуживания, специальных судов, судов по ликвидации открытых фонтанов, пассажирских судов, вертолетов и другой техники;

технические средства по предотвращению загрязнения окружающей среды: судов - сборщиков разлитой нефти, боковых заграждений химических реагентов по нейтрализации загрязняющих и токсичных продуктов и пр.

2.2. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ БУРОВЫХ УСТАНОВОК ПРИ ОСВОЕНИИ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ

В программе работ по освоению нефтегазоносных районов выделяют следующие стадии: поиски, разведка и разработка выявленных скоплений УВ. Различные стадии работ определяют выбор технологий, и гидротехнические объекты для решения поставленных задач. На стадии поисково-разведочных работ количество поисковых и разведочных скважин определяется первым десятком. Расстояние между скважинами превышает десятки и сотни километров. В этом случае для строительства скважин требуются мобильные, подвижные плавучие буровые установки, способные в короткие сроки переместится с одной точки строительства скважины на другую точку порой удаленную на десятки и сотни километров. В мировой практике геологоразведочное бурение в море при поиково-разведочных работах производят с мобильных плавучих буровых средств: буровых судов, барж, плавучих установок самоподъемного, полупогружного и погружного типов. Строительство и местоположение следующих скважин выбирается по результатам пробуренных.

В мировой практике производства буровых работ в море определились направления в области создания ПБС, при которых при выборе типа ПБС учитываются конкретные условия (глубина моря, состояние грунта, волнение, ледовая обстановка, цель бурения и т. п.).

Один из основных факторов, влияющих на выбор типа буровых плавсредств,— глубина моря на месте бурения. Вместе с тем по мере накопления опыта, развития техники и технологии бурения и расширения районов буровых работ менялись рекомендации по применению ПБС в зависимости от глубин. В настоящее время СПБУ применяются на глубинах акваторий до 120 м и более. Плавучие установки полупогружного типа используют для геологоразведочных работ на глубинах акваторий до 200—300 м с якорной системой удержания над устьем бурящейся скважины и свыше 200—300 м с динамической системой позицирования (стабилизации).

Буровые суда (БС) благодаря их более высокой маневренности и скорости перемещения, большей автономности по сравнению с плавучими установками полупогружного типа (ППБУ) в основном применяют для бурения поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубинах моря до 1500 м и более. Большие запасы (до 100 дней работы) обеспечивают бурение нескольких скважин, а большая скорость передвижения (до 24 км/ч) — быструю их перебазировку с законченной бурением скважины на новую точку. Недостатком БС, по сравнению с ППБУ, является их относительно большее ограничение в работе в зависимости от волнения моря. Так, вертикальная качка буровых судов при бурении допускается до 3,6 м, а ППБУ - до 5 м. Так как ППБУ обладает большей остойчивостью (за счет погружения нижних понтонов до 30 м и более) по сравнению с буровыми судами, то вертикальная качка ППБУ составляет 20—30% высоты волны. Таким образом, бурение скважин ППБУ практически осуществляют при значительно большем волнении моря, чем бурение с БС. Недостаток ППБУ - малая скорость передвижения с законченной бурением скважины на новую точку.

В отличие от стадии поисково-разведочных работ, на стадии разработки скоплений УВ, особенно на первом ее этапе, необходимо строительство большого количества эксплуатационных скважин по сетке разработки. Для этих целей необходимо размещение на акватории будущего месторождения гидротехнических сооружений с расположенным на нем основным и вспомогательным оборудованием. Гидротехнические сооружения с расположенным оборудованием в течение длительного срока (не менее 25 лет) будут эксплуатироваться в жестких морских условиях. При небольших глубинах моря возможна отсыпка грунта акватории, строительство эстакад и других гидротехнических сооружений.

В бывшем СССР освоение морских богатств начиналось засыпкой в 1909 г. морской бухты и последующего бурением с засыпанной территории. В 1934 г. на Каспийском море началось освоение морского месторождения (Нефтяные Камни) путем строительства металлических платформ.

С 40-х гг. началось освоение моря с использованием металлических свайных оснований при глубине моря до 10м.

Важным этапом в создании технических средств, позволивших активно начать в 50-х г.г. добычу на море нефти, а позднее и газа, явились разработка проектов и строительство металлических эстакад, получивших широкое распространение на Каспии с 1947 г.

Эстакады представляют собой металлический мост, достигающий иногда десятков километров, далеко вдающийся в открытое море (рис. 1.). Эстакада является главным направлением и путем для транспорта к скважинам оборудования, инструмента и материалов, а также для монтажа в надводной ее части трубопроводов, линий электропередач и связи. К эстакаде в определенных интервалах примыкают площадки под скважины, пункты для сбора нефти и газа и резервуары для нефти.

Особенность организации нефтегазодобычи на морских акваториях с использованием эстакад состоит в том, что скважины на приэстакадных площадках

Рис.1. Эстакада

располагаются группами (кустами), поэтому большинство скважин являются наклонно-направленными.

Как показал опыт, уплотнение расположения нескольких кустов на одной общей площадке оказалось достаточно эффективным. При этом снижается стоимость оснований в расчете на одну скважину. Наличие большого числа кустовых скважин, расположенных на одной расширенной площадке в определенном порядке, способствует лучшей их эксплуатации. Большая площадь основания позволяет устанавливать мерники и емкости для сбора и хранения нефти. Преимущество разработки морских месторождений при помощи эстакад заключается в том, что значительно облегчается производственный процесс разработки. Все необходимые грузы транспортируются по эстакаде, на которой для этой цели проложены железнодорожный путь, путь для автомашин и пешеходов (рис. 2.). Эстакаду монтируют путем постепенного наращивания очередных металлических секций в ее головной части.

Рис. 2. Проезжая часть эстакады:

1 – нефтепровод; 2 - трубопровод морской воды; 3 - трубопровод питьевой воды; 3 - зона прокладки кабельных линий

С выходом на морские месторождения, значительно удаленные от берега, а также необходимостью снижения зависимости сроков строительства от метеоусловий, встал вопрос об усовершенствовании строительства отдельных платформ

для морской нефтедобычи. В этой связи, отдельные элементы платформ

подводной и надводной частей строятся на суше в заводских условиях, а затем на специальных морских судах вывозятся в море, где собираются в мощную платформу.

В свое время для бурения и эксплуатации скважин в районе Нефтяных камней, где глубина моря достигает 27-29 м, наибольшее распространение получили основания, в которых главными несущими элементами были блоки с четырехъярусной подводной частью (рис. 3).

Рис. 3. Основание типа МОС с буровой установкой на море: 1 - буровая вышка; 2 - основание типа МОС; 3 - основание под культбудку.

Эти крупноблочные конструкции, получили название МОС и позволили освоить глубины более 20 м, сократив расходы на строительство на 20%.

Несмотря на все это следует признать, что до сих пор наша страна в освоении шельфа, бурении на акваториях окружающих океанов и морей серьезно отстает от ряда зарубежных стран.

Продолжая анализ развития морских стационарных оснований, отметим, что особенно большой скачок в освоении морских нефтяных и газовых месторождений произошел в области решения ряда технологических и технических задач в Северном море.

В 1970-1980 гг. в Северном море были установлены железобетонные платформы гравитационного типа, удерживаемые на дне моря за счет большой собственной массы (рис. 4).

Необходимость бурения на глубинах моря, превышающих возможности оснований гравитационного типа, привела к созданию в начале так называемых полупогружных плавучих буровых установок (ППБУ), которые получили сегодня наиболее широкое распространение (рис. 5).

В последнее время для строительства скважин стали использоваться под-

Рис. 4. Гравитационных основания с опорами под буровые платформы в форме башни из бетона (а), двух стальных колонн (б), металлической фермы (в).

водные буровые сооружения. Подводные буровые агрегаты или станки (ПБА или ПБС) состоят из исполнительных и приводных механизмов, способных работать под толщей воды и обеспечивать многократное цикличное выполнение всех технологических операций при бурении скважин: спуск, подъем и наращивание бурового снаряда, разрушение пород забоя, отбор керна или непосредственный замер его характеристик в скважине.

Сегодня комплекс технических средств для освоения морских нефтяных и газовых месторождений состоит из большого числа типов и видов уникальных и дорогостоящих гидротехнических сооружений, геологоразведочного, бурового и нефтепромыслового оборудования, систем связи, навигации и охраны окружающей среды.

Рис. 5. Полупогружная плавучая буровая установка "Седко-701"

2.3. ПОНЯТИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАХ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

Для размещения гидротехнических сооружений как мобильных, так и стационарных необходимо знание гидрологического режима и его элементов которые включают.

Уровень моря. Под средним уровнем в данном пункте обычно понимается среднеарифметическое значение высот уровней в рассматриваемом пункте над принятым нулем поста, зафиксированных за определенный период времени.

Методики вычисления уровней приведены в Руководстве по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устье рек при инженерных изысканиях.

Волнение. В соответствии с нормативным документом принята следующая терминология:

гравитационные волны ветровые — вызванные ветром волны, в формировании которых основную роль играет сила тяжести;

поступательные (бегущие) волны — волны, видимая форма которых перемещается в пространстве;

стоячие волны — волны, видимая форма которых в пространстве не перемещается;

система волн — последовательные волны, имеющие одно происхождение;

приливные волны - возникают под действием сил взаимодействия масс воды, луны и солнца;

барические волны образуются в результате колебания атмосферного давления;

сейсмические волны связаны с тектоническими явлениями;

волны корабельные возникают при движении судна.

Причины возникновения волн разнообразны. Наиболее распространены ветровые волны, которые после прекращения ветра переходят в так называемые волны зыби. Крупные океанские ветровые волны движутся с большой скоростью (15—20 м/с и более). Для изучения волн необходимы знания гидростатики и гидродинамики.

В табл. 1 приведена шкала степени волнения.

Таблица 1

Шкала степени волнения

Течения. Если для мореплавания основной интерес представляют данные о течении на определенный день и час, то для проекти­рования гидротехнических сооружений в первую очередь требу­ется знание режима течений, т. е. какие течения и как часто наблюдаются (скорость, направление). Расчеты приведены в Руководстве по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устье рек при инженерных изысканиях.

Температура воды. При проектировании гидротехнических сооружений необходимо знать температуру воды, пределы ее измерений, а также вероятность появления температуры той или иной величины. Температуру рассчитывают по статистиче­ским данным за определенный период с применением методов математической статистики.

Приливы. Приливы классифицируются следующим образом: лунные (астрономические), ветровые нагоны и приливы, вызы­ваемые разностью давлений. Сумму всех этих приливов называют штормовым нагоном. При проектировании стационарных платформ высота штормового нагона воды является точкой отсчета, на которую накладываются штормовые волны.

Учитывают также и другую информацию о воздействии окружающей среды (осадки, туман, ветровые охлаждения, температура окружающей среды и др.).

Ледовые условия. Большое влияние на гидротехнические сооружения оказывает воздействие ледовых нагрузок. Поэтому необходимо иметь достоверную информацию о ледовых условиях (виды льдов, их характеристики, подвижность и другие данные).

По структуре льды бывают:

игольчатые (прочные, прозрачные);

губчатые (на дне много примесей, грязи, кристаллы не ориен­тированы) ;

зернистые (снежного происхождения):

а) начальные виды льдов. К ним относятся: ледовые иглы, ле­довое сало (серо-свинцового цвета), снежура — комообразу-ющая вязкая масса от выпавшего снега, шуга — пористые белесоватые куски, блинчатые льды серого цвета диаметром от 30 см до 3 м и толщиной 10—15 см и кидас — толщиной до 10 см, склянка — хрупкая ледяная корка;

б) молодые льды. Серый лед толщиной до 15 см, серо-белый толщиной 15—30 см;

в) однолетние льды. Тонкие льды толщиной 30—70 см, сред­ние — толщиной 70—120 см и толстые — толщиной более 120 см;

г) старые льды. Остаточный однолетний лед толщиной 60— 180 см и многолетние толщиной до 3 м и более.

припай — сплошной, распространенный на сотни километров, могучий лед, спаянный с берегом или дном. Толщина 2—3 м. В бухтах и высоких широтах бывает и многолетний припай. Иногда мощность его такая, что он лежит на грунте. Если тол­щина более 2 м, то его называют шельфовым льдом. Образова­ние льда начинается с узкой полосы 100—200 м.

стамухи — севшие на мель большие торосистые образования, одинокие или «цепочки» (Северный Каспий). В сибирских морях припай распространяется до глубин моря 25 м. За припаем образуется дрейфующий лед.

Дрейфующий лед бывает: блинчатый (из припая), ледяное поле — плоский кусок льда, образующийся из припая более 20 м в поперечнике. Ледяное поле размером более 20 км в попереч­нике называют гигантским, 2—10 км — обширным, 0,5—2 км— большим, 20—100 м — обломками, менее 20 м — мелкобитым льдом и менее 2м — тертым льдом.

несяки — большие торосы, смерзшиеся вместе и одинокие. Выступают иногда над уровнем моря до 5 м.

В море можно увидеть все виды дрейфующего льда в постоян­ном движении. Они скапливаются и рассеиваются. Скопления могут быть большие, если поперечник их более 20 км, средние, если поперечник 10—15 км, и пятна льда, если поперечник менее 10 км. Ледяные массивы составляют несколько сот квад­ратных километров. Пояса льда — скопления льда, где длина больше ширины и составляет 1 —100 км и более.

Льды создают огромные нагрузки на платформы и другие гидротехнические сооружения. Поэтому достоверная и полная информация о льдах в значительной степени позволяет опре­делить оптимальные параметры и характеристики, а также конструктивные решения гидротехнических сооружений и другой морской нефтепромысловой техники.