Petroleum og is måler krefter

Petroleum og is måler krefter

27. oktober 2008

En fjerdedel av verdens uoppdagede petroleumsressurser kan ligge i Arktis. En god grunn til å spesialisere seg i arktisk teknologi.

I Arktis virker iskrefter med stor kraft mot konstruksjoner ute i havet. Dette er viktig å ta med i beregningen når en skal vurdere nye typer konstruksjoner for petroleumsutvinning i arktiske områder og islagte farvann.

Seniorforsker Bjørnar Sand ved Norut Narvik har ismekanikk og iskrefter mot offshore-konstruksjoner som spesialitet. Han disputerte nylig for graden Tekn. Dr. ved Luleå Tekniska Universitet. Tittelen på hans avhandling er "Nonlinear finite element simulations of ice forces on offshore structures."

Måler trykk fra is

I sin doktorgrad har Sand jobbet med å vise hva som skjer når ulike typer offshore-konstruksjoner utsettes for trykk fra is og krefter fra forskjellige typer isformasjoner som for eksempel isflak og skruis.

Han har tatt i bruk moderne dataprogrammer, og utviklet ulike numeriske simuleringsmetoder. Følgende modeller er sentrale i doktorgradsarbeidet:

 

  • en realistisk materialmodell som beskriver hvordan sjøis oppfører seg mekanisk
  • utvikling av kontaktkrefter mellom sjøis og konstruksjoner, inkludert friksjon og gliding
  • prosedyrer for automatisk beregning av oppdriftskrefter på ulike typer isformasjoner

 

Billig og bra

Å simulere på datamaskinen er mye billigere enn å gjennomføre modellforsøk og feltmålinger. Metodene Bjørnar Sand har utviklet blir dermed et attraktivt alternativ til de metodene som i dag brukes for å fastsette iskrefter. Metoden gir direkte informasjon om kreftene som virker fra isen på offshorekonstruksjonen.

I arbeidet med doktorgraden har Sand sammenlignet de numeriske simuleringene med analytiske metoder for beregning av iskrefter mot offshorekonstruksjoner.

I EU-prosjektet LOLEIF (1998-2000) ble det gjennomført fullskala feltmålinger av istrykket som oppstår mot konstruksjoner. Resultatene fra datasimuleringen stemmer godt overens med målingene som ble gjort i felten.

Samfunnsnytte

Letevirksomhet og feltutbygging for petroleumsutvinning i arktiske strøk og islagte farvann krever andre typer løsninger enn i regioner uten is. Og løsningene koster mer.

Både en utvidelse av petroleumsvirksomheten til Barentshavet Nord og fremtidige feltutbygginger på russisk side, vil medføre store utfordringer med hensyn til utvikling av arktisk teknologi.

- Hvilken nytte har samfunnet av denne teknologien, Bjørnar Sand?

- Nøyaktigere metoder for beregning av iskrefter mot konstruksjoner kan bidra til reduserte byggekostnader og økt lønnsomhet for fremtidige feltutbygginger.

- Hvis det skjer en ulykke i forbindelse med kompliserte, integrerte installasjoner og høye produksjonsvolum, kan det medføre store miljømessige konsekvenser i et sårbart miljø. Metoden gir sikrere prosjektering og dimensjonering av offshorekonstruksjoner i isutsatte områder. Arbeidet mitt kan bidra til mer optimale - og dermed billigere og sikrere - konstruksjoner i disse områdene, forteller Sand.

Første fra Norut Narvik

Bjørnar Sand er den første forskeren som har gjennomført og fullført sin doktorgrad mens han hele tiden har vært ansatt i Norut Narvik. Nok et bevis på at Narvikbedriften holder et høyt faglig nivå innenfor Kaldt Klima-forskning.

Sands tilfelle viser også at det er fullt mulig å gå gradene via ingeniør- og sivilingeniørutdanning til doktorgrad og utfordrende jobb, hele veien med bostedsadresse i Narvik.

Luleå tekniska universitet (LTU) og Norut Narvik har i flere år hatt et nært samarbeid innen ismekanikk og islaster på konstruksjoner. Sand har fått sin faglige veiledning av Tekn. Dr. Lennart Fransson og Prof. Thomas Olofsson ved LTU og disputerte 26. september 2008.

Store uoppdagede ressurser

Oljedirektoratet har anslått at en fjerdedel av de totale uoppdagede petroleumsressursene i verden kan ligge i Arktis. I tillegg har Oljedirektoratet beregnet at 29 % av de gjenværende petroleumsreservene på norsk sokkel kan ligge i den norske delen av Barentshavet.

Norsk petroleumsindustri har over en periode på mer enn 40 år bygd opp en solid teknologisk kompetanse for gjennomføring av feltutbygging under tøffe klimatiske forhold. Nordsjøen, Norskehavet, Canada (Newfoundland) og Sibir (Sakhalin) er eksempler på dette.

Andre land har også bygget opp arktisk teknologi og kompetanse over lang tid. Konkurransen er hard blant aktørene.

Både Norut og Regjeringen satser

For å gjøre den norske petroleumsindustrien i stand til å møte den stadig økende konkurransen, må fokus rettes mot utvikling av arktisk teknologi og kompetanse.

- Norut Narvik har gjennom flere år satset på utvikling av kaldt klima- og arktisk teknologi. Utvikling av numeriske simuleringsmetoder for å beregne hvordan iskrefter påvirker offshorekonstruksjoner har stått sentralt hos oss. Norut Narvik vil også i fremtiden bidra til å utvikle kaldt klima- og arktisk teknologi i Norge, forsikrer Bjørnar Sand.

Regjeringen har i forslaget til statsbudsjett for 2009 foreslått at det satses 35 millioner kroner årlig på arktisk teknologi og reiseliv. Arktisk teknologi handler om de teknologiske utfordringene ved nærings- og samfunnsvirksomhet i kaldt klima. Denne satsingen vil forhåpentligvis bidra til videre utvikling av arktisk teknologi i norske fagmiljøer.

Bjørnar Sands doktorgradsarbeid er finansiert av Interreg Nordkalotten, Nordland Fylkeskommune, Troms Fylkeskommune, Norges forskningsråd og RDA Lofoten.

Kontaktperson: Seniorforsker Bjørnar Sand, Norut Narvik