Содержание к диссертации
Введение 4
1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ПЛАВУЧИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ЭЛЕМЕНТОВ ,ОБОРУДОВАНИЯ, ЯКОРНЫХ СВЯЗЕЙ И ДЛИННЫХ ,ТРУБОПРОВОДОВ
1.1. Основные принципы построения математической модели 22
1.2. Система уравнений движения корпуса 31
1.3. Математическое описание подсистемы МОРЕ 39
1.4. Система уравнений движения гибких стержней и нитей 56
1.5. Уравнения динамики комплексов двигатель-исполнительный механизм 60
1.6. Система уравнений нагруженного состояния гидропривода натяжителей морского стояка и якорных связей 67
1.7. Компоновка математической модели и обоснование методов ее реализации на ПЭВМ 70
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ,
ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОРПУС ПТСОШ
2.1. Общая характеристика сил 77
2.2. Определение гидростатических восстанавливающих сил и моментов 81
2.3. Определение инерционных и демпфирующих характеристик корпуса 84
2.4. Определение возмущающих сил на корпусе ПТСОШ от волнения 92
2.5. Технология применения МГЭ для определения гидро : динамических характеристик качки корпуса ПТСОШ 96
2.6. Учет геометрической нелинейности и групп волн при расчете взаимодействия корпуса с волновым потоком 113
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЯКОРНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИЕЙ ПТСОШ
3.1. Классификация средств управления позицией 139
3.2. Квазистатические методы расчета якорных связей 142
3.3. Расчет однородных якорных связей, нагруженных силами тяжести .1. 155
3.4. Влияние инерционных нагрузок на напряженное состояниетяжелых якорных связей 165
3.5. Построение математической модели якорных СУПиД и управление позицией ПТСОІП 174
3.6, Применение комбинированных систем позиционирования 179
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ,МОРСКОГО СТОЯКА И ДЛИННОМЕРНЫХ ГИБКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
4.1. Характеристика комплекса морского стояка для бурения в глубоководных акваториях 188
4.2. Расчетная система дифференциальных уравнении статики комплекса морского стояка 190
4.3. Характеристика и методы определения внешних сил, действующих на конструкцию морского стояка 202
4.4. Квазистатический подход к учету инерционной нагрузки на стержень МС 206
4.5. Сопоставительные исследования напряженного состояния морского стояка 209
4.6. Методика расчета плавучего грунтопровода 212
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПЛАВУЧИХ ПОЛУПОГРУЖНЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
5.1. Экспериментальные исследования динамики ППБУ на крупномасштабной модели в открытом водоеме 223
5.2. Проведение натурных испытаний ППБУ Шельф-1 246
5.3. Проверка адекватности математической модели 267
6. ПРИЛОЖЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ К
ИССЛЕДОВАНИЯМ ДИНАМИКИ ПТСОШ
6.1. Исследование динамики ППБУ на глубоководных месторождениях 273
6.2. Определение условий удержания судна-земснаряда на оси траншеи в штормовых условиях моря 294
6.3. Исследование позиционирования бурового судна 313
6.4. Позиционирование подводного блока управления и энергетики 319
6.5. Позиционирование буровой платформы типа «Molikpaq» ,при постановке на точку работы 324
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 328
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 331
ПРИЛОЖЕНИЕ 350
Введение к работе
Освоение континентального шельфа, вызванное необходимостью решения сырьевой, энергетической, продовольственной, транспортной и других проблем, привело к созданию нового класса морских плавучих сооружений: буровых судов, установок и платформ, а также разнообразных технических средств обслуживания и проведения подготовительных и вспомогательных операций. Новые сооружения имеют принципиальные отличия от традиционных объектов судостроения. Это заставляет проводить обширные исследования, в том числе в области их мореходных качеств.
Рассмотрим основные типы плавучих технических средств освоения шельфа, нашедшие применение в практике освоения морских месторождений нефти и газа.
Буровые суда (БС) предназначаются для бурения поисково-разведочных скважин. Современное буровое судно имеет водоизмещение 10-16 тысяч тонн, длину 100-140 метров, систему позиционирования над устьем подводной скважины, комплекс морского стояка, осуществляющий связь с подводным устьевым оборудованием на дне моря. Система позиционирования БС может быть якорной, динамической или комбинированной. Допуск на удержание над устьем скважины составляет 4 - 5 % от глубины моря и определяется конструкцией морского стояка и бурового оборудования. Управление позицией БС в штормовых условиях моря представляет весьма сложный процесс и осуществляется бортовым компьютером.
Краново-монтажные суда (КМС) предназначаются для доставки, установки и монтажа элементов стационарных сооружений на морском шельфе. КМС отличается значительной по размерам палубой, позволяющей размещать на ней крупногабаритные элементы и мощным крановым оборудованием для монтажа из этих элементов буровых оснований. КМС должно обладать хорошей управляемостью, иметь высокие мореходные качества. КМС оборудовано якорной или комбинированной системой позиционирования. Длина корпуса составляет 100 - 200 м, ширина - 30 - 40 метров. Корпус КМС чаще всего имеет форму катамарана.
Суда - трубоукладчики предназначены для укладки труб в траншею на дне моря. Современные трубоукладчики имеют двухкорнусную полупогруженную конструкцию длиной до 140 метров и водоизмещением до 30 тысяч тонн. Эти суда имеют мощную якорную систему позиционирования для удержания на оси траншеи и продвижения вдоль оси траншеи. Судно обладает высокой мореходностью для обеспечения рабочего процесса в штормовых условиях моря до 6 баллов.
Судно - земснаряд применяется для прокладки траншеи подводного трубопровода и дноуглубления акватории на мелководных участках, в частности для прохождения судна - трубоукладчика. Для удержания земснаряда и обеспечения технологического процесса судно оборудуется якорной системой позиционирования, состоящей из 6 - 7 якорных линий. Некоторые земснаряды оборудуются свай свайным аппаратом. При этом число якорных линий уменьшается. Земснаряды в процессе дноуглубления совершают целенаправленные продольные и поперечные движения корпусом по отношению к прорези. Перемещения обеспечиваются находящимися на судне лебедками, которые выбирают или травят определённые якорные канаты. Управление системой лебедок осуществляется с центрального поста. В ходе работ производится снятие и перестановка якорей. Система позиционирования должна обеспечивать выполнение рабочего процесса и в штормовых условиях моря.
Полупогружные плавучие буровые установки (ППБУ) предназначены в основном для разведочного бурения на шельфе. Процессы транспортировки и эксплуатации происходят на плаву, поэтому ГШБУ должны обладать высокими мореходными качествами. Водоизмещение составляет 17 - 30 тысяч тонн. Размеры в плане - 100 х 80 метров. Практика строительства и эксплуатации ППБУ выявила тенденцию к катамаранному типу корпуса с двумя параллельными водоиз-мещающими понтонами и 6 - 8 стабилизирующими колоннами. Система позиционирования - якорная или комбинированная. ППБУ последних проектов являются самоходными. Особенностью ППБУ, влияющей на выбор базовых параметров корпуса и системы позиционирования, является способность выдерживать предельно возможные для данного района моря штормовые условия, не уходя при этом с точки работы. Якорная система позиционирования включает корабельные якоря, якорные связи и якорные механизмы. В качестве якорных связей применяют цепи калибром 76 - 90 мм. и длиной до 1600 метров. Число якорных линий составляет 6 - 12. В некоторых случаях на ППБУ применяются якорные канаты калибром 63 - 75 мм. На больших глубинах моря применяют комбинацию якорный канат - цепь, а также в якорную линию включают дополнительно плавучесть. Система динамического позиционирования применяется на ППБУ наряду с якорной системой и включает движителыше комплексы мощностью до 2500 квт. Число движительных комплексов чаше всего равно 4. Комплекс морского стояка соединяет корпус ППБУ с устьем подводной скважины. Смещение ППБУ относительно устья скважины жестко ограничено параметрами напряженного состояния стержня морского стояка.
Рассмотренные выше плавучие технические средства освоения шельфа (ПТСОШ) являются уникальными, весьма сложными по конструкции и в управлении, имеют большие размеры и водоизмещение. Их эксплуатация осуществляется в слояшых морских условиях и сопряжена с риском для жизни людей и экологической опасностью, сопровождающих освоение нефтяных и газовых месторождений.
Аварии при освоении Мирового океана - явление неизбежное, как при всяком внедрении новых конструкций или технологических методов. Анализ аварий показывает, что значительная их доля связана с ошибками при эксплуатации, т.е. в режимах, где система задействована в полном составе. Для ПТСОШ наибольшее число аварий связаны с выходом установки за пределы допускаемого круга в результате воздействия ветра, волнения и течения моря, а таюке при неправильных действиях операторов. Нередки случаи отказов в системе позиционирования. Наименее надежными элементами являются якорные связи и морской стояк.
Отмеченные выше основные типы ПТСОШ нашли применение при освоении нефтегазовых месторождений на шельфе незамерзающих морей или при длительном безледовом периоде.
В последние годы /123/ осуществляется поиск методов и технических средств освоения природных углеводородных ресурсов месторождений, расположенных на шельфе арктических морей. В недрах арктических морей сосредоточено до 90% потенциальных ресурсов углеводородного сырья Российского шельфа. Арктические шельфы имеют все возможности для создания на них крупных нефтегазодобывающих районов. На акваториях Баренцева, Печорского и Карского морей уже открыты ряд месторождений нефти и газа, на которых разведано более 4 млрд. тонн условного топлива. Всего на шельфе указанных морей известно более 40 перспективных структур.
Похожие диссертации на Разработка методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях
