Волновой климат нефтегазовых месторождений Баренцева моря

В научной работе даётся характеристика волнового климата (режима волнения) для двух месторождений Баренцева моря – Штокмановское месторождение (центральная часть моря) и месторождение Приразломное (юго-восточная – прибрежная часть моря). Для составления характеристики волнового климата был проведён расчёт и анализ оперативных и экстремальных статистик волнения (высот, длин и периодов волн), оперативных статистик ветра (скорость и направление ветра). Составлена оценка межгодовой изменчивости. Впервые для акваторий указанных месторождений проведена проверка гипотез о функции распределения параметров волнения и ветра. Автором предложены и проверены на данных полевых исследований уравнения связи параметров волнения для исследуемых акваторий. Полученные результаты сопоставлены с данными приводимыми в справочной литературе.

Для исследуемого района в центральной части Баренцева моря – Штокмановское месторождение, можно отметить следующие особенности режима ветра и волнения.
Максимум повторяемости для летних месяцев приходится на значительные волны высотой от 1 до 1,5 метров, для зимних – от 2 до 3 метров. Средняя высота значительных волн составила 1.93 метра. Обеспеченность средней высоты волн составила порядка 36%.
Минимальный средний период волн составил 6.3 секунды (1968, 1970 годы). Максимальный средний период волн наблюдался в 1989 году, составив 7.1 секунды. Максимум повторяемости для летних месяцев приходится на период волн от 5 до 6 секунд, для зимних – от 7 до 8 секунд. Среднее значение периода волн составляет 6.65 секунды.
Среднее значение для скорости ветра составило 7.59 м/с. Максимум повторяемости для летних месяцев приходится на скорость ветра от 4 до 6 м/с, для зимних – от 8 до 10 м/с. Минимальная средняя скорость ветра составила 6.6 м/с и приходится на 1969 год. Максимальная средняя скорость ветра наблюдалась в 2006 году, составив 8.4 м/с.
Среднее значение для длины волны составило 82.97 метра. Максимум повторяемости для летних месяцев приходится на длину волн от 40 до 60 метров, для зимних – от 100 до 150 метров. Минимальная средняя длина волн составила 74.9 метра и приходится на 1968 год. Максимальная средняя длина волн приходится на 1989 год, составляя 95.1 метра.
Выполненная в работе проверка распределений параметров волнения для районов месторождений Штокмановское и Приразломное на соответствие теоретическим законам была проведена впервые. Для высот значительных волн и скорости ветра, предпочтительнее оказалась аппроксимация по закону Вейбулла, а для периодов и длин волн (на основании биплотов) лучшей аппроксимацией является логарифмически нормальный закон. Для длин волн – форма распределений более соответствует закону Вейбулла; значения – логарифмически-нормальному закону.
В работе были впервые проверены и уточнены для исследуемых районов теоретические зависимости высот и периодов волн. Для месторождения Штокмановское дополнительно была проведена проверка полученного уравнения на данных полевых исследований. Данные уравнения связи впоследствии были применены при расчёте ассоциированных периодов волна в блоке экстремальных статистик.
При анализе межгодовой (междекадной) изменчивости волнения, однонаправленного роста высот значительных волн в последние десятилетия зафиксировано не было. Средние декадные оценки высот волн составляют от 1,86 до 2,02 метра. При том, что максимальная рассчитанная высота волны приходится на период с 1967 по 1976 год и составляет 13,1 метра.
Согласно рассчитанных данных, район Штокмановского месторождения в безледный период характеризуется скоростями ветра от 3 до 9 м/с, преимущественно меридиональных направлений; наибольшей повторяемостью для волн с высотами от 0 до 2 метров З и СЗ направлений, с периодом от 4 до 6 секунд.
Продолжительность волновых ситуаций с превышением средней высоты волны (1,93 метра) для акватории месторождения составляет в зимний период в среднем порядка 4 суток в месяц (максимум до 23 суток) и в летний период не более 3 суток (максимум до 10 суток) – для высот волн 3% обеспеченности. Волнение в летние месяцы в среднем не превышает 4 – 6 метров, в зимние месяцы может превышать 10 метров, имея продолжительность для верхней границы высоты волн, порядка полусуток.
Расчёт волн, возможных 1 раз в N лет для Штокмановского месторождения показал, что максимальная высота волны, 3% обеспеченности, возможной раз в год составляет согласно расчётных данных 11,3 метра, раз в 10 лет – 15,8 метра, раз в 100 лет – 20,2 метра. Высоты волн, обеспеченностью – 1% и 0,1% возможные 1 раз в 100 лет, рассматриваемые в блоке гидрометеорологических условий, при разработке морских нефтяных, газовых и нефтегазоконденсатных месторождений, согласно СТО Газпром 2-3.7-320-2009, для акватории Штокмановского месторождения составили 23,2 и 28,4 метра, соответственно.
Для исследуемого района в юго-восточной части шельфа Баренцева моря можно отметить следующие особенности режима ветра и волнения. Наибольшая повторяемость высот значительных волн в интервале от 0.5 до 1.5 метров составляет 81,5%. Средняя высота значительных волн составила 0.96 метра. 35.5% всех значительных волн имеют высоту выше средней. Минимальный средний период волн составил 3.08 секунды (1998 год).
Максимальный средний период волн наблюдался в 1996 году, составив 3.76 секунды. Среднее значение периодов волн составляет 3.50 секунды.
Среднее значение для скорости ветра 6.84 метра в секунду. Максимум повторяемости для летних месяцев приходится на скорость ветра порядка 6 м/с. С сентября по ноябрь наблюдается тенденция к увеличению средней скорости ветра до 8 м/с. Минимальная средняя скорость ветра составила 5.92 м/с и приходится на 1984 год. Максимальная средняя скорость ветра наблюдалась в 1997 году, составив 7.76 м/с.
Для высот значительных волн и скорости ветра, предпочтительнее оказалась аппроксимация по закону Вейбулла, а для периодов волн лучшей аппроксимацией является логарифмически нормальный закон.
При анализе межгодовой (междекадной) изменчивости волнения для района месторождения Приразломное так же не отмечается однонаправленного роста высот значительных волн в последние десятилетия. Средние декадные оценки высот волн составляют от 0,94 до 0,99 метра. При том, что максимальная рассчитанная высота волны приходится на период с 1980 по 1989 год и составляет 6,2 метра.
Район месторождения Приразломное, согласно рассчитанных данных, характеризуется в безледный период года (июль – ноябрь): скоростями ветра от 4 до 8 м/с, при этом распределение повторяемости скоростей ветра по направлениям представлено равномерно, со слабым преобладанием ЮЗ направления – что соотносится со справочными данными; наибольшей повторяемостью для волн с высотами от 0 до 1 метров С и СЗ направлений, с периодом от 2 до 4 секунд.
Продолжительность волновых ситуаций с превышением средней высоты волны (0,96 метра) для акватории месторождения составляет в осенний период в среднем порядка 2,5 суток в месяц (максимум до 24 суток) и в летний период не более 2 суток (максимум до 8 суток) – для высот волн 3% обеспеченности. Волнение в летние месяцы в среднем не превышает 3 – 4 метров, в зимние месяцы может превышать 6 метров, имея продолжительность для верхней границы высоты волн, порядка полусуток.
Для месторождения Приразломное, расчёт волн, возможных 1 раз в N лет показал, что максимальная высота волны, 3% обеспеченности, возможной раз в год составляет согласно расчётных данных 6,0 метров, раз в 10 лет – 8,5 метра, раз в 100 лет – 11,0 метров. Высоты волн, обеспеченностью – 1% и 0,1% возможные 1 раз в 100 лет, для акватории месторождения Приразломное составили 12,6 и 15,4 метра, соответственно.
При сопоставлении значений, полученных на основании исходных данных с данными справочника (таблица 38), была выявлена тенденция – для значений исследуемого параметра имеющих наибольшую повторяемость за указанный период, исходные данные в сравнении со справочными, как правило, дают завышенную оценку, для значений имеющих низкую повторяемость – заниженную; вероятно, по причине – меньшей площади исследуемых акваторий, относительно районов, для которых приводятся данные в справочных пособиях; меньшей длины модельного ряда наблюдений в исходных данных; локальных особенностей районов; методов исследования и т.д.

Таблица 38 – Сопоставление оперативных и экстремальных статистик для месторождений Штокмановское и Приразломное – безледный период
На основании полученных значений можно сделать вывод, что волновой климат для района месторождения Приразломное мягче, чем для Штокмановского. Наблюдаемые для него условия волнения предпочтительнее при добыче нефти и газа на шельфе, как характеризующиеся меньшими средними и максимальными высотами и периодами волн, скоростями ветра в течение периода открытой воды, а также отсутствию видимых предпосылок к изменению значений указанных характеристик в ближайшие десятилетия (расчётный период эксплуатации месторождения).