采用水下喷射气流控制导管架平台井口区碎冰堆积的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋工程技术领域，涉及一种防止流冰在导管架平台井口区发生堆积的控制方法。
【背景技术】
[0002]在全球的海洋中，海冰的分布面积为3770万平方公里，占全球洋面的11.8%。如果加入冰山分布海域，则包括流冰在内的海冰面积为7260万平方公里，占全球洋面的22.9%。由此可见，海冰在海洋中占据了重要的地位。而正是在这些长期或短期被海冰覆盖的海域中，蕴藏了丰富的海洋资源，进而促使近三十年来，各国在寒冷海域中开展的经济活动呈高速增长的态势。其中，以海上油气资源的开发、海洋可再生能源的利用和航运活动的发展最为迅猛，海上油气开采平台、海上风电机组等各类海洋工程结构相继矗立在寒冷海域，这些海洋工程结构的安全性能就必然面临着大面积流冰作用的威胁。
[0003]导管架式结构目前是我国浅水重冰区中的海上油气平台采用的主要结构型式，这种海洋工程结构有一个主要的特征，即井口区由一系列呈阵列型式排布的直立式套管组成。因此，在海面上存在大面积的漂移海冰时，导管架平台井口区发生严重的碎冰堆积就成为我国浅水重冰区中常见的海冰灾害现象。这种海冰堆积现象会引发一系列后续的工程事故，因此，必须采取有效的措施对流冰在导管架平台井口区的堆积进行控制。
[0004]目前，对于导管架平台井口区的碎冰堆积采用的控制措施包括:一)发生显著堆积后人工清除；二)喷淋热水融化。这些简单的措施显然在控制效果上存在严重的问题。首先，一旦碎冰发生显著堆积后，采用人工清除的方法仅能对套管外表面的碎冰层进行干预，并且受到实际场地的限制，很难进行。其次，采用热水喷淋的方法通常仅在短时间内可对碎冰堆的表层形成清除，很难形成整体的瓦解。同时，在冬季气温环境下，热水的喷淋还可能进一步造成碎冰的深层冻结，进而致使碎冰堆积更加坚固。
[0005]目前，国际上的最新研究表明:碎冰在导管架平台井口区的堆积进程存在以下重要规律:一)井口区局部流场的滞流效应是形成碎冰堆积的主要初始诱因；二)井口区隔水套管阵列与邻近主粧腿形成的联合结构滞留效应，是促使碎冰堆积规模快速发展的主要因素之一；三)碎冰堆积的水下部分规模大于其水上部分，即碎冰堆积的主要构成在水下；四)碎冰堆积进程具有很大的区域不均衡性，即大部分碎冰均堆积在首先与冰排发生作用的前两排导管附近区域内；五)碎冰堆积进程一旦开始，其发展速度是迅速的，触底式堆积一般在很短的时间内即可形成；六)发展最快、规模最大的碎冰堆积行为，发生在冰排向导管架结构井口区与主粧腿距离最近一侧行进的过程中。因此，对于碎冰的过流动力以及下潜运动控制，成为有效控冰技术的关键性目标。然而，目前在现有的导管架平台井口区碎冰堆积控制措施中，尚未出现能够实现这一关键性目标的方法。
【发明内容】
[0006]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种采用水下喷射气流控制导管架平台井口区碎冰堆积的方法，该方法能够防止流冰在导管架平台井口区发生下潜堆积。
[0007]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种采用水下喷射气流控制导管架平台井口区碎冰堆积的方法，采用竖直向上的连贯高压气流在距离海平面以下的预设高程处分别对偏离井口区几何中心的井口区中部、隔水套管阵列内侧靠近四个角点位置处、破冰锥体与隔水套管阵列发生交叉的区域和碎冰重点堆积区域进行点喷射，并使连贯高压气流在相应喷射区域的整个高程内产生气爆效应和气水二相湍流效应，在自由水面处具有推动碎冰块向远端撤离的爆破能量和影响范围。
[0008]所述连贯高压气流的水下喷射点距离海平面的高程为2.5m。
[0009]所述连贯高压气流的输出压力为1500kPa，流量为13m3/min。
[0010]所述连贯高压气流的输出温度不低于20°C。
[0011]本发明具有的优点和积极效果是:通过理论分析和实验，掌握堆积冰成因机理，从堆积冰成因源头解决问题，采用连贯高压气流从水下喷射堆积成冰的关键部位，利用高压气泡的气爆效应促使局部流场具备较大的运动能量，进而对关键区域的漩涡生成与滞流效应形成关键性的抑制作用；利用气水二相湍流效应大幅度遏制碎冰的下潜运动，进而有效抑制碎冰的水下堆积进程；利用高压气流的连贯性和在接近自由水面时具有的充足爆破能量和影响范围，推动碎冰块向远端撤离，排出流场。综上所述，本发明直接破坏导致井口区碎冰堆积进程所依赖的基础条件，进而致使碎冰块的水上堆积进程丧失快速发展的来源基础。本发明可针对我国浅水重冰区的导管架平台，进行流冰在井口区前堆积的预防和控制，可将碎冰堆积的形成规模降低80%以上。
【附图说明】
[0012]图1为本发明应用的平面示意图；
[0013]图2为本发明应用的立面图。
[0014]图中:1、空气压缩机，2、平台底层甲板，3、破冰锥体，4、隔水套管，5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、水下气流喷射喷嘴，6_1、控制阀门，6-2、输送总管，6_3、输送支管。
【具体实施方式】
[0015]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0016]—种采用水下喷射气流控制导管架平台井口区碎冰堆积的方法，采用竖直向上的连贯高压气流在距离海平面以下的预设高程处分别对偏离井口区几何中心的井口区中部、隔水套管阵列内侧靠近四个角点位置处、破冰锥体与隔水套管阵列发生交叉的区域处和碎冰重点堆积区域进行点喷射，并使连贯高压气流在相应喷射区域的整个高程内产生气爆效应和气水二相湍流效应，在自由水面处具有推动碎冰块向远端撤离的爆破能量和