Иркутск
Улан-Удэ

Благовещенск
Чита
Якутск

Биробиджан
Владивосток
Хабаровск

Магадан
Южно-Сахалинск

Анадырь
Петропавловск-
Камчатский
Москва

Белая сила

Молодой ученый Егор Помников: «Знание свойств льда — залог успешного промышленного освоения Арктики»

Не секрет, что крупнейший вуз региона — Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ) — кроме образовательной миссии решает целый комплекс научно-исследовательских задач прикладного направления. В том числе — для такой значимой отрасли российской экономики, как нефтегазовая.

Белая сила
Два года назад в структуре Инженерной школы ДВФУ был создан Международный научно-образовательный центр (МНОЦ) «Арктика». В свою очередь, одним из ключевых подразделений «Арктики» является Лаборатория ледовых исследований. Возглавляет ее молодой ученый, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы ДВФУ Егор Помников. О том, насколько важное значение для нефтегазовой отрасли имеет лед, а вернее исследование его свойств — заведующий уникальной Лабораторией рассказал в интервью корреспонденту «ER».

- Егор Евгеньевич, очевидно связь прямая: лед значит Арктика, а Арктика — значит добыча углеводородов и необходимая для этого техника?

 - Именно так. Но сначала несколько слов о Центре «Арктика», одним из подразделений которого и является наша Лаборатория.

Он задумывался именно с целью консолидировать научный и творческого потенциал ДВФУ в области освоения шельфа арктических и субарктических морей. Один из главных инициаторов Центра известный российский и дальневосточный ученый, директор Инженерной школы ДВФУ, профессор Александр Тевьевич Беккер. Все мы — его ученики, и именно под его руководством проводились и проводятся уникальные полевые и лабораторные экспериментальные исследования, предлагаются оригинальные методики определения расчетных значений прочности ледяных полей, разрабатываются и апробируются теоретические подходы к расчету конструкций морских гидротехнических сооружений (МГТС), рассчитывается динамика шельфовых сооружений и т.д.

Именно усилиями профессора Беккера российская инженерная наука обогатилась такими результатами мирового уровня, как: математическая вероятностная модель определения ледовых нагрузок на морские нефтегазопромысловые сооружения и морские подводные инженерные объекты.

Что касается нашей Лаборатории, то в числе ее основных задач — оценка ледовых воздействий на гидротехнические сооружения и помощь проектировщикам в создании таких МГТС, которые с одной стороны будут надежными и эффективными для определенных условий, а с другой — достаточно экономичными. Для этого нужно знать свойства льда.

Местный климат и водные просторы вокруг острова Русский, на котором расположен ДВФУ, дают прекрасную возможность проводить сотрудникам нашей лаборатории (вместе коллегами из других отечественных и зарубежных научных организаций) сезонные исследования этого материала. Так называемая «ледовая школа» при ДВФУ — официальное название международная школа-семинар «Ice Mechanics» — проводится с 2015 года. Она — часть уникального проекта «Арктика». Он, в свою очередь, реализуется в рамках Программы повышения конкурентоспособности ДВФУ.

Полученные в ходе ледовых исследований знания можно с успехом применять при проектировании любых морских сооружений, в том числе нефтегазовых добывающих платформ, предназначенных для работы на шельфе Арктики. Ведь для их успешной, долговременной и эффективной эксплуатации необходимо еще на стадии проектирования определить нормативные расчеты ледовой нагрузки.

— Неужто лед в бухтах близ Владивостока может сравниться по своим свойствам с арктическим льдом?

— Лед везде одинаков в принципе — одно из трех физических состояний воды. Но в каждой точке нашей планеты в связи с воздействием различных факторов, влияющих на его формирование, он уникален. Изучение его свойств требует опыта и четкого понимания того — какие характеристики необходимо определять.

Арктические экспедиции еденичны и очень сильно ограничены по времени в каждой точке. Поэтому, освоив теорию в рамках семинаров «Ice Mechanics-2016», мы перешли к практической части «школы». Ее проводили на специально подготовленном полигоне замерзшей бухты Новик. Толщина льда здесь достигала 45-50 см. И это позволяло безопасно выполнять необходимые работы (на всякий случай, под контролем спасателей МЧС).

Всего участники «школы» в этом году исследовали почти восемь тонн морского льда, провели более трехсот экспериментов, изучили отобранные пробы на соленость, неоднородность, плотность, структуру, а также прочность при сжатии и изгибе.

Свойства льда мы определяли как в полевых условиях, так и в стенах Лаборатории, оснащенной современным оборудованием — морозильными камерами, испытательным прессом, стендами и т.д.

Главный итог «Ледовой школы-2016» — это полученный студентами и аспирантами опыт работы. Они познакомились с базовыми понятиями физики льда, принципами моделирования ледовых нагрузок и методами расчета инженерных сооружений, предназначенных для эксплуатации в Арктике, а также с теоретическими основами обустройства месторождений по добыче нефти и газа на континентальном шельфе,. Новые знания позволят ребятам в будущем стать участниками масштабных проектов по освоению Арктики.

— Насколько я знаю, во время проведения исследований использовались уникальные приборы, разработанные и сконструированные в рамках вашей Лаборатории...

— Совершенно верно. Например, применяли установку, разработанную сотрудником нашей лаборатории Павлом Анохиным. Если не вдаваться в технические детали, то принцип ее действия довольно прост: подвергаем лед механическому воздействию и на основе этого делаем выводы о физических свойствах ледяного покрова.

Полевые испытания позволяют нам определить степень неоднородности льда в данной местности (кроме физических характеристик собственно ледяного покрова учитываются прочие факторы внешней среды вроде солености воды, температуры воздуха, направления ветров и т.д.). Причем изначально мы с помощью этой установки делаем зачистку верхней поверхности льда, так как его верхний слой — подверженный внешним воздействиям и изменчивый по своим свойствам — не вступает в непосредственное соприкосновение с корпусом гидросооружений.

Все вычисленные переменные ложатся в основу математической модели. Она позволяет сформулировать требования к геометрии и составу материала, из которого должны состоять защитные покрытия оснований добывающих платформ, работающих в условиях Арктики, к примеру. Шире речь идет о любых гидротехнических сооружениях, срок эксплуатации которых зависит от агрессивной ледовой среды. Например, опоры мостов, причалы, или движущиеся объекты вроде ледоколов — все они могут стать предметам задач, поставленных перед нашей Лабораторией тем или иным заказчиком.

— Не секрет, что «ледовая школа» привлекла внимание главного партнера ДВФУ по проекту «Арктика» — компании «Роснефть».

— Вообще, сотрудничество ДВФУ и ОАО «НК «Роснефть» имеет давнюю историю. С 2011 года оно заметно активизировалось. Более двух лет назад между между вузом и корпорацией было заключено базовое соглашение о сотрудничестве, в 2014-м сформулирована совместная «дорожная карта», где прописаны разные направления партнерской деятельности. Ежегодно «Роснефть» жертвует Инженерной школе ДВФУ более 15 млн. рублей для модернизации лабораторного оборудования и поддержки талантливых преподавателей и студентов. Заключены также отдельные соглашения между ДВФУ и дочерними научно-производственными и проектными организациями «Роснефти».

Сегодня в завершающей стадии заключения находятся договора на выполнение силами ДВФУ научно-исследовательских и опытно конструкторских работ по заказу «Роснефти», а также на оказание консультационных услуг — на общую сумму более 140 млн. рублей. Речь идет о нашем участии в таких проектах, как: разработка отдельных элементов системы арктического инжиниринга на шельфе северных морей (Баренцево, Карское, Восточно-сибирское, Лаптевых, Чукотское, Охотское); разработка концепции системы оценки технико-экономических показателей освоения шельфовых месторождений; cоздание контрольно-измерительных комплексов для проведения контрольных замеров состояния окружающей среды на арктическом шельфе; обеспечение методологической поддержки основных направлений научно-технического развития компании «Роснефть».

В 2015 году наш сотрудник принимал участие в арктической экспедиции «Роснефти». Это был бесценный опыт и для него, и для нашего Университета. Мы надеемся что ДВФУ и в будущем будет принимать участие в таких экспедициях, а также организовывать их в будущем.

— А с иностранными компаниями в плане освоения Арктики сотрудничаете?

— Да, конечно. Сегодня, в частности в стадии переговоров рассматривается создание Инжинирингового центра на базе ДВФУ и южно-корейской судостроительной корпорации DSME. В состав Центра помимо сотрудников ДВФУ (Научно-конструкторской лаборатории проектирования морских инженерных сооружений) войдут инженеры DSME.

Что касается нашей Лаборатории, то у нас так же налажены прочные связи как с проектными, так и промышленными организациями той же Республики Корея, Китая, Норвегии, Канады, США.

— Несколько лет назад Вы успешно защитили кандидатскую диссертацию «Математическое моделирование процессов формирования ледовых воздействий, вызывающих абразию сооружений шельфа». А насколько ее теоретическая часть успешно реализована на практике?

— Защита состоялась 31 мая 2012 года. Так совпало, что именно в этот день спускалась на воду платформа в рамках проекта «Сахалин-1», основание которой было как раз сконструировано, отчасти на основе выводов моей диссертации. В частности, проектировщики платформы согласились с моими расчетами и рекомендациями использовать вместо металлического защитного пояса бетонный.

Практическая значимость моей диссертации в том, что мне удалось усовершенствовать математическую модель, которая легла в основу пакета компьютерных программ (IсeStreak) для рассчета воздействия льда на гидротехнические сооружения. Приложения из этого пакета позволяют определять ледовую нагрузку на сооружение и так называемую усталостную прочность. Иными словами, с помощью данного пакета можно заранее спрогнозировать, в течение какого срока будет эксплуатироваться сооружение, сделанное из того или иного материала и сконструированное в той или иной геометрической форме. Так, среди неспециалистов распространено заблуждение, что самая оптимальная форма для конструкций, соприкасающихся с водой — круглая (обтекаемая). Но в ряде случаев более эффективным с точки зрения длительности сроков эксплуатации является форма клина (остроугольная) — когда речь идет о сопротивлении стабильному однонаправленному дрейфу льдов, например.

Какой материал выбрать — бетон или сталь, к примеру — зависит прежде всего от назначения конструкции и среды ее пребывания. Так, защитный пояс гравитационных оснований добывающих платформ, работающих в северных широтах — следует делать из бетона. А корпус ледокола — из стали. Но в том и другом случае есть масса вариантов в части соотношений химических элементов, входящих в состав стали или бетона. И наша программа позволяет вычислить оптимальный вариант для той или иной конструкции.

— Удается успешно совмещать заведование Лабораторией с преподавательской работой на Кафедре гидротехники, теории зданий и сооружений?

— Думаю, да. Я вовлекаю студентов в научно-исследовательскую и практическую работу, а она весьма способствует отработке профессиональных навыков. Тем более, что наша кафедра — выпускающая (исследование ледовых воздействий на инженерные сооружения шельфа ведутся на ней с 70 годов двадцатого века). Ежегодно из ее стен выходят от 30 до 80 дипломированных специалистов, бакалавров, магистров по гидротехническому строительству. Практически все они трудоустраиваются на престижных инженерных должностях в строительных, проектных, энергетических компаниях — как в России, так и за рубежом. Дипломы Инженерной школы ДВФУ высоко котируются не только на отечественном, но и мировом рынке труда.

Справка ER:

Егор Помников, 29 лет, заведующий научно-исследовательской лаборатории ледовых исследований, МНОЦ «Арктика» ИШ, кандидат технических наук. Выпускник Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) в 2010 г. Сфера научных интересов: формирование обобщенной модели воздействий (лед, волна, сейсмика) на инженерные сооружения континентального шельфа, поиск оптимальных вариантов конструкций в условиях высокой степени неопределенности параметров окружающей среды.