Modeling the Stability of a Large-Volume Underwater Liquid Hydrocarbon Storage Tank

Climate change and the reduction of sea ice in the Arctic Ocean allow scientists and engineers to think about the development of undiscovered hydrocarbon reserves, most of which are currently located in the Arctic. Underwater storage tanks are an important element of the infrastructure that can provide strategic storage of hydrocarbons in emergency situations or supply disruptions, as well as develop oil and gas reserves. The paper considers underwater oil storage tanks as one of the stages that will allow the exploitation of offshore fields underwater. The use of underwater storage tanks can contribute to a more sustainable and safe development of the oil and gas industry, reduce environmental risks and increase economic efficiency. In the course of the study, a numerical finite element model of the underwater storage tank was developed in accordance with the patent of M.S. Sonin. A numerical analysis of the stress-strain state of the storage tank with a capacity of 120,000 m3 was carried out and the distribution of stresses in the dome and foundation of the tank was estimated taking into account the features of the underwater structure. The main reasons leading to the loss of stability, destruction of the tank and foundation were identified. The most vulnerable part of the tank was the junction of the bottom and the wall, made with welded seams. For the foundation, the most dangerous sector is where the tank wall is monolithic into the foundation slab - here, maximum stresses of both compression and tension are observed. There are two possible approaches to leveling this problem: reduce the immersion depth of the storage facility, increase the thickness of the dome part of the body and add stiffeners to increase the rigidity and stability of the structure. However, both of these technical solutions will lead to additional costs and technological difficulties during the implementation of the project.

Моделирование устойчивости подводного резервуара большого объема для хранения жидких углеводородов

Изменение климатических условий и сокращение площади морского льда в Северном Ледовитом океане позволяют ученым и инженерам задумываться об освоении неразведанных запасов углеводородов, большая часть которых на сегодняшний день находится в Арктике. Подводные резервуары представляют собой важный элемент инфраструктуры, способный обеспечить стратегическое хранение углеводородов в условиях чрезвычайных ситуаций или перебоев в поставках, а также освоить запасы нефти и газа. В работе рассмотрены подводные нефтехранилища как один из этапов, который позволит эксплуатировать морские месторождения под водой. Внедрение подводных хранилищ может способствовать более устойчивому и безопасному развитию нефтегазовой промышленности, снижению экологических рисков и повышению экономической эффективности. В ходе исследования была разработана численная конечно-элементная модель подводного хранилища, выполненная в соответствии с патентом М.С. Сонина. Проведен численный анализ напряженного деформированного состояния хранилища вместимостью 120 000 м3 и оценено распределение напряжений в куполе и фундаменте резервуара с учетом особенностей подводной конструкции. Определены основные причины, приводящие к потере устойчивости, разрушению резервуара и фундамента. Наиболее уязвимым местом резервуара явился уторный шов – место стыка днища и стенки, выполненное сварными швами. Для фундамента наиболее опасен сектор, где стенка резервуара замоноличена в фундаментную плиту, – здесь наблюдаются максимальные напряжения как сжатия, так и растяжения. Для нивелирования этой проблемы есть два возможных подхода: уменьшить глубину погружения хранилища, увеличить толщину купольной части корпуса и добавить ребра жесткости, чтобы повысить жесткость и устойчивость конструкции. Однако оба эти технических решения приведут к дополнительным расходам и технологическим сложностям в ходе реализации проекта.