авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Разработка и исследование применимости новой конструкции ледостойких платформ на мелководном арктическом шельфе

-- [ Страница 2 ] --

5. При необходимости (слабой прочности грунтового основания) опорное основание платформы может закрепляться сваями, которые в дополнение к массивному опорному основанию (заполненному балластом) должны обеспечить необходимую устойчивость сооружения, превращая платформу в конструкцию свайно-гравитационного типа.

6. Изготовление частей платформы в виде отдельных модулей (донная плита, опорный блок, сменное верхнее строение) позволяет: а) осуществлять сборку модулей на различных предприятиях; б) обеспечивать их плавучесть с малой осадкой; в) транспортировать модули на точку установки в плавучем состоянии.

Во второй главе представлено описание нового технического и технологического решений (описание конструкции нового технического решения платформы, назначение, принцип действия, связанный со сменностью палуб различного технологического назначения), предлагаемые к использованию при сооружении МНГС для освоения месторождений мелководного шельфа, расположенных в акваториях, замерзающих на длительный период. Приведены некоторые конструктивные особенности, ранее не применявшиеся в строительстве МНГС.

Конструкция МНГС должна обладать как можно меньшей площадью соприкосновения со льдом, чтобы не повышать боковое давление на сооружение, и иметь меньшую возможность сдвига и опрокидывания. В этой связи предпочтительным вариантом для опорного блока является одна цилиндрическая колонна (опора) с ледостойкой конструкцией типа “труба в трубе”. Образующееся межкольцевое пространство заполняется бетонной смесью для придания большей прочности конструкции и большего балластного веса для противостояния сдвиговым усилиям внешних воздействий.

Моноопорная конструкция эффективна ещё и потому, что ледовые поля, проходя через конструкцию, мало задерживаются на ней, в то время как в многоопорных конструкциях наблюдаются нагромождения льда в межопорном пространстве (вплоть до самого дна) и, как следствие, значительно повышаются нагрузки. То же самое происходит на конструкциях со сплошными длинными прямыми бортами в области ватерлинии.

На опорный блок платформы возможна установка съёмной стальной защитной юбки, разрушающей ледовое поле посредством его изгиба, а не сжатия.

Опорное основание, предлагается выполнить в виде балластируемой плавучей донной плиты с широко развитой поверхностью. Данная плита прочно соединяется (сваривается) в доке с перпендикулярно установленным на ней опорным блоком.

Исследуя конструкцию верхнего строения МНГС, нами предлагается не имеющее в настоящее время аналогов новое техническое решение, которое имеет традиционную прямоугольную форму, но с U-образным вырезом сбоку, доходящим до центра палубы, для того, чтобы осуществлять стыковку и расстыковку с опорным блоком при смене 3-х палуб различного назначения.

Ледостойкий опорный блок должен несколько выступать за нижнюю поверхность опорной плиты с целью создания определённой степени “первичной” герметичности внутри цилиндрической опорной колонны, в которой устанавливаются слоты (специальные трубы для скважин). Поперечное сечение опорного блока рассчитывается на размещение необходимого количества скважин, определённое проектом разработки месторождения, обеспечивая при этом прочность и устойчивость всей конструкции. Оценки показывают, что в опорном блоке диаметром 20 м можно разместить до 19 скважин с учётом дополнительного отсека для бурового инструмента и запасов площадью в плане 20 м2.

Модель платформы со сменной палубой бурового назначения представлена на рис. 6.

Рис. 6. Трёхмерный вид модели ледостойкой самоподъёмной платформы с палубой бурового назначения (с разведёнными переходными мостами)

Донная плита исполняется плавучей (с балластируемыми ёмкостями внутри) с широко развитой поверхностью. Большая площадь плиты предотвращает опрокидывание платформы и противодействует сдвигу от внешних нагрузок (ветра, волн в период навигации, течений, а главное – ледовых надвижек). Такая форма наиболее рациональна для установки на илистых грунтах, которыми характеризуется дно Обско-Тазовской акватории. Помимо опорного блока, который выступает за нижнюю поверхность донной плиты, на неё должны навариваться специальные рёбра-пластины, образующие прямоугольники (квадраты), которые существенно увеличивают сопротивление платформы на сдвиг при минимальных затратах; поскольку утопленные в грунт рёбра создают большее сопротивление по сравнению с гладкой поверхностью.

Также при слабой прочности илистых грунтов рассматриваемой акватории, возможно закрепление опорной части платформы в грунте при помощи свай. Необходимость закрепления МНГС сваями определённого типа, количества и размеров должна определяться проектными расчётами, учитывающими инженерно-геологические условия морского дна, а также все конкретные внешние воздействия, габаритные размеры и массы элементов сооружения.

Общая высота опорного основания зависит от глубины моря в точке установки платформы с учётом соблюдения необходимого и безопасного клиренса. Широта развитости поверхности опорной плиты зависит и от количества устанавливаемых через неё свай.

Верхнее строение платформы представляет собой три сменные плавучие палубы с U-образными вырезами по центру. Каждая палуба специализирована для одного рода операций: строительно-монтажного, бурового и эксплуатационного. Причём U-образные вырезы всех палуб должны исполняться конгруэнтно поперечному сечению ледостойкого опорного блока. Также на палубах или на опорном блоке должны устанавливаться подъёмные механизмы, чтобы осуществлять подъём палубы на высоту, исключающую воздействия волн (в период навигации) и ледовых нагромождений, с последующей надёжной фиксацией. Механизмы, необходимые для подъема, могут быть съемными и удаляться после подъёма палубы ради экономии полезной площади, а затем – снова устанавливаться для организации её спуска на открытую воду.

Каждая сменная палуба должна обладать собственной плавучестью и быть приспособленной к транспортировке с помощью буксиров. Для исключения возможных перекосов палубы по периметру каждой палубы размещаются секционированные балластные ёмкости, с помощью которых можно регулировать равновесие палубы при ее подъеме и спуске.

Технология последовательной смены функциональных палуб состоит из следующего цикла операций, учитывающего малый период навигации в регионе – около 1,5–2 месяцев.

В первый навигационный сезон на точку размещения буксируется платформа, оснащённая палубой строительно-монтажного назначения, зафиксированная в нижнем положении (рис. 7).

Рис. 7. Установка платформы на точку и монтаж верхнего строения

Затем с помощью понтонов, поддерживающих горизонтальное положение донной плиты, и, заполняя основание балластом, осуществляют спуск опорной части; палуба (верхнее строение) при этом находится на плаву за счёт собственной плавучести. После установки опорной части на дно начинается подъём палубы на расчётную высоту.

После установки и балластировки донная плита заглубляется в грунт, обеспечивая предварительное закрепление платформы. После этого межкольцевое пространство опорного блока заполняется бетонным раствором, и при необходимости осуществляются работы по надёжному закреплению опорного основания сваями на дне.

Далее, убедившись в процессе первого ледового сезона в надёжности ледостойкого опорного блока и устойчивости платформы, во второй навигационный период к платформе буксируют вторую палубу – бурового назначения. Параллельно с этим производится демонтаж первой палубы. После спуска палубы до уровня воды, подъёмные механизмы первой палубы выводят из зацепления, позволяя отвести её из U-образного выреза в сторону от опорного блока с помощью буксиров. Далее на место первой палубы с помощью буксиров устанавливают вторую палубу и осуществляют её подъём на заданную высоту с непременной фиксацией. После чего через слоты опорного блока начинается бурение скважин.

После установки второй палубы на опорном блоке, первая палуба транспортируется в судостроительный док для возможного ремонта, дооснащения или повторного использования на следующем опорном основании.

После завершения бурения всех эксплуатационных скважин на точку бурения буксируют третью палубу – эксплуатационного назначения, на которой располагается всё необходимое оборудование для добычи, обработки и отгрузки (транспортировки) продукции. Очередная смена палуб происходит аналогичным образом. И после подъёма и фиксации на опорном блоке данная палуба эксплуатационного назначения используется до завершения разработки этого месторождения. При этом вторая палуба, аналогично первой, возвращается в док для подготовки к выполнению последующих функциональных задач на другом очередном объекте.

Предлагаемое техническое решение, по нашему мнению, приемлемо для акваторий с суровыми гидрометеорологическими условиями и коротким навигационным периодом. В основе конструкции платформы заложен принцип максимальной функциональности каждой из палуб и круглогодичной эксплуатации при максимальной автономности с наименьшим использованием вспомогательных судов.

На основе известных характеристик конструкций СПБУ и платформ Корчагинского месторождения были рассчитаны и приняты данные, необходимые для оценки величин внешних нагрузок на МНГС и его статической определённости. При данных принятых размерах площадь палубы сооружения равна 1187 м2 без переходных мостов, и 1387 м2 – с учётом переходной площадки. Высота палубы при этом составляет 5,3 м.

На рис. 8 слева представлена упрощённая форма палубы СПБУ “Апшерон” и её площадь, в центре рис. 8 изображена изменённая форма палубы СПБУ на форму палубы проектируемой платформы с сохранением полезной площади. Окончательный вид формы палубы в плане, с изменённой в соответствии с особенностями проектируемого сооружения площадью, представлен на рис. 8 справа.

Рис. 8. Порядок расчёта размеров верхнего строения в плане

Общая масса платформы в сборе без балласта и бетона в межкольцевом пространстве опорного блока составляет:

,

где слагаемые – соответственно, массы: верхнего строения, опорного основания и опорного блока.

Определено, что при массе платформы 5951 т и размерах опорного основания 48x48x3 м, осадка платформы составляет всего 2,99 м, что позволяет устанавливать её на мелководье, при этом погружается в воду (почти полностью) только конструкция опорного основания. Необходимо также учитывать, что собственная осадка палуб при стационарном состоянии опорной части должна обеспечивать беспрепятственные операции по их зацеплению и выводу из зацепления, не задевая дном поверхности опорного основания.

Оценка собственной плавучести палуб – строительно-монтажной или буровой, которые сходны по габаритным размерам и массе, показывает, что их осадка составляет не более 1,75 м (у третьей палубы осадка, при сохранении габаритных размеров и меньшей массе, должна быть меньше).

Если высота опорного основания платформы равна 3 м, и, не учитывая осадку сооружения в грунт, то работы по смене палуб могут происходить при глубинах акватории больше 4,75 (м); что является относительно малой величиной для МНГС ледостойкого типа.

В целом, по результатам расчётов видно, что при данной конфигурации размеров и масс элементов платформы достигается надёжная плавучесть сооружения, позволяющая устанавливать МНГС на мелководных месторождениях.

В третьей главе проводится оценка способности нового технического решения находиться в работоспособном состоянии под воздействием внешних факторов в природно-климатических и инженерно-геологических условиях Обско-Тазовского региона. Приводятся предложения по защите грунтового основания от размыва.

Для оценки устойчивости платформы были определены внешние нагрузки: ледовая, ветровая и от течения воды. Расчёты воздействий на платформу проведены для двух вариантов сочетаний нагрузок: основном и особом. В основном сочетании все расчётные нагрузки определены по средним значениям исходных данных. В особом сочетании значение одной из нагрузок, в нашем случае – ледовой, определено с 1 % обеспеченностью (нагрузка, возможная 1 раз за 100 лет).

Расчёт на действие ветровой нагрузки на платформу, установленную на дно при смонтированной палубе в верхней точке сооружения, проведён с использованием методики, рекомендуемой “Правилами классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ” Российского Морского Регистра Судоходства. При расчёте силы ветрового давления подветренная поверхность сооружения была разделена на 4 части (рис. 9).

Рис. 9. Схема к расчёту силового воздействия ветра на МНГС

Равнодействующая сил ветра определяется по формуле:

где Qw – равнодействующая сил ветра, кН; w – массовая плотность воздуха, кг/м3; w10 – расчётная скорость ветра на высоте 10 м от уровня воды при десятиминутном осреднении, м/с; Si – площадь парусности i-го элемента, м2; K1i – коэффициент, учитывающий изменение скорости ветра по высоте; K2i – коэффициент сопротивления формы i-го элемента.

Коэффициент, учитывающий изменение скорости ветра по высоте:

где zi – высота, в нашем случае, над поверхностью ледового поля, в метрах, при 10 zi 100.

Равнодействующая сил ветрового давления равна 0,07 МН, а величина опрокидывающего момента составляет 3,66 МНм.

Оценка нагрузки, оказываемой на сооружение течением воды, проведена по методике рекомендуемой “Правилами классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ” Российского Морского Регистра Судоходства.

При расчёте силы воздействия течения подлёдная поверхность сооружения была разделена на 2 части (рис. 10).

Рис. 10. Схема к расчёту силового воздействия течения на МНГС

Сила воздействия течения на сооружение определяется по формуле:

где – массовая плотность воды, т/м3; Csr – коэффициент скоростного сопротивления преграды; d – диаметр преграды, м; Н0 – глубина акватории, м.

Равнодействующая сил давления течения равна 0,32 МН, а величина опрокидывающего момента составляет 1,61 МНм.

Для оценки ледовой нагрузки на проектируемое МНГС, установленное на дно при смонтированной в верхней точке сооружения палубе, проведён расчёт 2-мя способами:

– по методике ISO 19906:2010(E) “Petroleum and natural gas industries – Arctic offshore structures” (“Нефтяная и газовая промышленность – Арктические морские сооружения”);

– по методике СТО Газпром 2-3.7-29-2005 “Методика расчета ледовых нагрузок на ледостойкую стационарную платформу”.

По методике ISO/FDIS 19906:2010(E) значение равнодействующей силы глобальной ледовой нагрузки на МНГС определяется по формуле:

где pG – среднее глобальное давление (давление на единицу площади контакта льда с опорой МНГС), Па; h – толщина ледяного покрова, м; w – проектная ширина конструкции, м.

Среднее глобальное давление на единицу площади МНГС определяется по формуле:

где CR – коэффициент прочности льда, МПа; h* – справочная толщина, м; n – эмпирический коэффициент, равный -0,50 + h/5 при h < 1,0 м, и равный -0,30 при h 1,0 м; m – эмпирический коэффициент.

Коэффициент прочности льда определяется по формуле:

где CR – параметр прочности льда интересующей области; CR0 – параметр прочности льда для справочной области; – измеренный или прогнозируемый индекс прочности для интересующей области, МПа; 0 – индекс прочности для справочной области.

Расчёт, проведённый по методике ISO/FDIS 19906:2010(E), показал величину глобальной ледовой нагрузки на сооружение: для основного сочетания 29,74 МН; для особого сочетания 69,61 МН. Опрокидывающий момент от действия данной силы составляет: для основного сочетания 416,21 МНм; для особого сочетания 974,19 МНм.

В СТО Газпром 2-3.7-29-2005 “Методика расчета ледовых нагрузок на ледостойкую стационарную платформу”, нагрузка от движущегося ровного ледяного поля на сооружение определяется по формуле:

где m – коэффициент формы сооружения в плане; k – коэффициент, учитывающий неплотность контакта ледяного образования с сооружением и эффект стеснения льда при разрушении, вычисляемый интерполяцией по значениям, приведенным в таблице методики; Rc – нормативное значение прочности льда на одноосное сжатие, МПа; D – ширина сооружения по фронту (в направлении, перпендикулярном направлению движения ледяного поля) на уровне действия льда, м; hd – расчетная толщина ровного льда, м, определяемая как значение 1 %-ной обеспеченности в совокупности максимальных годовых значений толщины льда.

Расчёты, проведённые по методике СТО Газпром 2-3.7-29-2005, показали величину ледового воздействия на МНГС: при основном сочетании 40,89 МН; при особом сочетании 100,83 МН; опрокидывающий момент при этом равен: для основного сочетания 572,26 МНм; для особого сочетания 1411,12 МНм.

Для оценки статической определённости платформы приняты консервативные результаты, полученные по методике СТО Газпром 2-3.7-29-2005.

Оценка устойчивости платформы, установленной на дно акватории, и, полностью загруженной балластом, на сдвиг и опрокидывание под действием внешних сил, была проведена без учёта свайного фундамента, возможных наваренных на дно опорной плиты стальных рёбер-пластин и пассивного давления грунта на боковую стенку заглубленного опорного основания.

По результатам расчёта на опрокидывание определено, что коэффициент устойчивости на опрокидывание больше единицы (1,01) для основного сочетания нагрузок, и меньше единицы (0,88) для особого их сочетания. Расчёт на сдвиг показал, что коэффициент устойчивости на сдвиг больше единицы (1,36) для основного сочетания нагрузок и меньше единицы (0,62) для особого их сочетания. Следовательно, под действием максимальных нагрузок при неблагоприятном их сочетании, при максимальном приливе, платформа, установленная на дно, имеющая свой максимальный вес, не закреплённая сваями и имеющая гладкое дно, не обладает необходимой устойчивостью на точке. Для компенсации сдвигающего усилия необходима сила, приблизительно равная 4380 (тс), что должно быть обеспечено удерживающими силами свай и стальных рёбер-пластин дна опорного основания.

Таким образом, в пределах данного расчёта можно сделать вывод о надёжности сооружения в природно-климатических и инженерно-геологических условиях эксплуатации Обско-Тазовского региона.

В четвёртой главе изложены все преимущества предлагаемых новых технического и технологического решений; определены задачи, требующие решения для успешного осуществления проекта.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.