Способ получения тел из льда и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК E02B17/00 F25C1/00 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и касается способа и устройства для получения больших тел из льда, предназначенных для использования, например, в качестве оснований сооружений для бурового или эксплуатационного оборудования при прибрежной добыче нефти таких, как волнорезы, причалы, для больших насыпных работ и т.п.

Целью изобретения является снижение сроков возведения больших ледяных тел.

На фиг. 1 показано ледяное тело в первоначальной стадии его получения, пррдольный разрез; на фиг. 2 - ледяное тело, полученное предлагаемым способом и предназначенное для использования в качестве буровой или добьшающей платформы, продольный разрез; вариант; на фиг. 3 - ледяное тело, полученное предлагаемым способом при размещении буровой вышки между двумя ледяными телами, продольный разрез, второй вариантJ на фиг. 4 - устройство для получения ледяного тела, вид сверху. . Плавучую водонепроницаемую опалубку 1, состоящую из дна 2 и окружающих боковых стенок 3, устанавли;ва- ют в тихом морском заливе фиорда. Каркас опалубки изготовлен из дерева или металла,в качестве изолирующего материала использованы изопоры По мере получения ледяного тела 4 можно удлинять стенки с помощью соединительных элементов 5.

Замораживание воды производят несколькими способами. Свежую воду из реки или большого озера в окрестности подают к одному или нескольким заводам по производству льда, получающим ледяные хлопья, ледяные кубики т.п., которые подают ровным потоком через сопла 6 в форму. Вместе с ледяными хлопьями, подаваемыми из сопел 6, воду с самой низкой возможной температурой разбрызгивают через сопла 7. Ледяные хлопья из морозильной машины имеют столь низкую температуру, что вода между ними И.ПИ ледяными кубиками замерзает в твердьш лед. Вместо ледянык хлопьев или кусков морозильная машина может производить ледяные плети, которые можно скручивать в тугие спирали одну поверх другой. Для со- фанения айсберга наружные поверхности нужно изолировать изолирую

0

5

0

5

0

5

щим материалом 8. Над поверхностью ВОДЬ изоляция может состоять из зашитого стекловолокна или из шпаковат- ных матов с защитной или отражательной поверхностью, но может также состоять из плетей указанных материалов,которые наматывают как часть указанной спирали. На большей глубине в море из-за повышенного давления изоляция должна быть расположена несколько другим образом, чем над поверхностью воды, например, с помощью одной или нескольких юбок из сильно упрочненной фольги. Вода в юбках обладает изолирующим эффектом, и непосредственный контакт между поверхностью льда и струями воды устранен. Этот способ можно использовать в сочетании с способом наматывания, причем юбки разматывают постепенно, по мере того, как заканчиваемое ледяное тело погружается в море. Юбки снабжают грузами.

Чтобы удалить тепло, которое проникает через изоляцию, нужно поместить охлаждающие элементы 9 на некотором расстоянии внутри изоляции вдоль наружных поверхностей тела. Это могут быть охлаждающие трубки, которые являются частью указанных спиральных витков. Охлаждающий эффект можно контролировать автоматически согласно показаниям температуры, кепрерывно получаемым с помощью температурных датчиков, вмороженных в лед и распределенных по нему.

При получении льда образуется большое количество тепла. Это тепло можно использовать в качестве отдаваемого тепла для расположенных поблизости зданий либо для интенсивного выращивания рыбы или мидий (устриц). Тепло может служить основой для электрических станций, работающих на разности температур (холодная вода фиорда по отношению к полученному из- 6bfTKy тепла) .

Для удобства перевозки по морю ледяного тела от места получения до места назначения, его вертикальная высота и, таким образом, осадка не олжны быть слишком больщими, чтобы тело, вытесняющее так много воды, могло проходить над самыми мелкими местами по пути буксировки. В месте назначения вертикальную высоту можно увеличить настолько5 чтобы тело находилось на морском дне в покое

и могло противостоять всем силам течений, волн, ветра и т.п.

Запланированную установку оборудования на ледяном теле, которую нельзя сделать на берегу, можно проивести в месте назначения. На верхней поверхности ледяного тела можно возвести здания 10 и другие сооружения такие, как буровая вышка 11. Если ледяное тело нужно использовать в качестве нефтедобывающей платформы, можно установить на его поверхности вентили, перекачивающее оборудование для погрузки танкеров и т.п., можно соорудить вертолетную площадку 12 или короткую взлетно-посадочную полосу, поскольку по сравнению с морскими платформами ледяное тело может иметь очень большие размеры в горизонтальном направлении. Если ледяная конструкция находится на глубине около 100 м то она может иметь диаметр примерно 250 м. Комнаты для обслуживания персонала, производственные помещения 13, а также склады 14 можно расположить внутри толщи льда так, как в антарктических станциях. В таком случае они защищены от непогоды и ветра. Большие балластные резервуары, такие как склады 14, также можно использовать для увеличения осадки тела в месте назначения. Если большое хранилище склада 14 вырезано во льду в месте его получения, например на берегу, то это придает ледяному телу меньшую осадку по сравнению с твердым ледяным телом такого же размера. Помещения для складов 14 можно сделать настолько большими, чтобы ледяное тело пропльшало над самыми мелкими местами по его маршруту буксировки. В месте назначения помещения под склады 14 можно заполнить переохлажденной водой, например морской, имеющей более высокое содержание соли, так, чтобы жидкость оставалась в жидком состоянии при температурах от примерно -5 до -8°С. Осадка тела возрастает, тело оказывает несколько большее давление на морское дно и приобретет достаточную стабильность. В накопительных складах 14 можно также хранить нефть или сжиженный газ. Если накопительные помещения складов не заполнены нефтью, их можно заполнить морской водой,если это необходимо для придания ледяному телу достаточного веса

Прямой доступ к морскому дну можно обеспечить путем устройства внутренней полости 15, проходящей от верхней части ледяного тела вниз до дна. Если уплотнить тело по отношению к внешнему давлению воды посредством создания окружающей юбки 16, которая вдавлена в морское дно под действием большого веса ледяного тела, то в полости 15 можно установить буровую вьш1ку 17 или обеспечить непосредственный доступ к верхней части скважины. Таким образом, можно обеспечить такие же условия, как и на земле, для бурения и добычи нефти. Тяжелые конструкции, например здания 10 или буровая вьшпса 11, могут вызвать нежелательное оползание льда. Оползание может быть наибольшим в зо- не около поверхности воды, поскольку здесь отсутствует противоположное давление снаружи, либо оно слишком мало. Поэтому устанавливают опоры 18 для таких конструкций зданий до некоторой глубины ниже поверхности воды, до уровня, где тенденция к оползанию льда минимальна. На этом уровне основания располагаются на плитах 19, распределяющих нагрузку.

Для предотвращения протечки воды под юбкой 16 и ее проникновения в полость 15 в ледяном теле, по крайней мере в его нижней части поддерживают настолько низкую температуру, что морское дно промерзает на достаточную глубину.

Когда лед подвергают воздействию большого давления, он становится полужидким и в нем происходят оползания. Чтобы предотвратить это, ледяное тело по крайней мере в зоне вокруг поверхности воды получают внутри формь: 20 (фиг. 4). Эта форма может состоять из двух концентрических колец 21 и 22, причем внутреннее кольцо 21 является настолько эластичным, что оно оказывает сопротивление, но перемещается вместе с оползнем. Это кольцо также снабжено крепежными элементами в виде радиально на- правленных затяжек 23, которые жестко вморожены в лед. Наружное кольцо 22 является твердым, жестким кольцом, и в пространство 24 между двумя кольцами подают сжатый газ, с помощью которого можно контролировать оползание льда . Внешнее кольцо настолько тяжело, что оно может соскользнуть по телу. Для предотравщения этого на

нем устанавливают баки плавучести либо делают кольцо слегка коническим по форме так, что возникает направленная вверх сила как реакция на оползание льда.

Поскольку оползание льда происходит главным образом на поверхности воды, в зоне, где значительна эрозия под действием волн, можно использовать изолированные бетонные кассеты, которые прижаты к поверхности льда стальными тросами, проходящими от кассеты к кассете вокруг всего тела. Таким образом .получают волноломный эффект, и в то же время обеспечиваются техническая изоляция и противодействие оползанию. Кроме того, чтобы уменьшить оползание, можно вморозить в лед гранулированный материал, такой как песок, опилки или т.п.

Гранулированный материал этого типа в сочетании с температурным контролем снижает тенденцию оползания и в зависимости от обстоя

тельств может работать как балласт, или как дополнительное средство плавучести согласно тому, какую плотность имеет выбранный материал, большую или меньшую по отношению к льду.

Изобретение дает возможность получать ледяные тела различной плотности, например, в вертикальной плоскости, причем нижней части придают сравнительно большую плотность, чем верхней, что благоприятно влияет на стабильность и дает возможность

увеличивать высоту по отношению к ширине, что было бы трудно осуш;ест- вить другим образом. Кроме того, можно получать ледяные тела, которые целиком погружены в моря, и могут служить, например, постоянными основаниями для буровых и Эксплуатационных платформ на больших океанских глубинах вблизи полярных районов. Способ также можно использовать для создания искусственных по

рогов в фиордах или в узких заливах.

п

t/a.J

Фиг.

ВНИИПИ Заказ 1336/62 Тираж 641 Подписное Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

1. Способ получения тел из льда, включающий образование зоны под ледяное тело, подачу переохлажденной пресной воды и кусочков льда из льдо- морозильной установки в зону формирования ледяного тела, отличающийся тем, что, с целью снижения сроков возведения больших ледяных тел преимущественно для установки сооружения типа буровых платформ, смешивание кусочков льда с водой до образования ледяного тела осуществляют . в прибрежной зоне в теплоизолирующей плавающей форме, соответствующей габаритным размерам возводимого сооружения, при этом в ледяном теле образуют балластные емкости, после этого транспортируют ледяное тело на место установки, причем установку ледяного тела в проектное положение осуществляют путем заполнения балластных емкостей. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что сооружения типа буровых платформ закрепляют в ледяном теле ниже ватерлинии. 3.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что температуру нижней части ледяного тела поддерживают равной температуре образования мерзлоты в грунте под ледяным телом на месте его установки. 4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в ледяное тело вмораживают гранулированный материал в виде песка или опилок. 5.Устройство для получения тел из льда, выполненное в виде открытой сверху емкости, отличающее- с я тем, что в плане емкость выполнена в виде двух концентрично расположенных колец, образукядих полость, заполненную сжатым воздухом, причем внутреннее кольцо выполнено эластичным, а наружное - жестким. (Л to to о ел to :4