Полупогружная плавучая буровая установка

Министерство образования и науки, молодежи и сорта Украины Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова Херсонский филиал Кафедра морских технологий Полупогружная плавучая буровая установка Курсовой проект по дисциплине «Океанотехника»

Выполнила: студентка группы 1111ст Дудык Наталия Сергеевна Руководитель: д.т.н. професор Зайцев В. В.

Херсон 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. Описание конструкции ППБУ расчет сил и нагрузок действующих на ППБУ

2. Особенности эксплуатации ППБУ

3. Расчет площади парусности ППБУ; расчет смоченной поверхности ППБУ, расчет нагрузок, которые действуют на ППБУ

4. Выбор типа многоякорной системы позиционирования

5. Оценка смещения плавучего сооружения под действием нагрузок

6. Оценка надежности многоякорной системы удержания ППБУ Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Освоение человеком технологии морского бурения является огромным прорывом, положительные результаты которого трудно оценить. Ни для кого не секрет, что наземные запасы нефти иссякают очень быстрыми темпами, к тому же, ситуация усложняется отсутствием или несовершенством техники и технологии глубокого бурения. Это говорит о том, что с каждым годом нам будет всё тяжелее поднять нефть на поверхность, и наступит момент, когда оставшиеся запасы станут недосягаемыми.

Добыча углеводородного вещества (нефти) на морском и океаническом шельфе также не лишена проблем. Они связаны с необходимостью огромных капиталовложений для проектирования буровых комплексов и проведения разведки, применения специального морского оборудования для транспортировки нефти. Большие проблемы возникают при оборудовании устья скважины и обслуживании оборудования. Однако, вследствие того, что на морском шельфе сконцентрировано до 55% запасов нефти, необходимость решения всех проблем и проведения разработки морских месторождений является актуальной.

Добыча полезного ископаемого в условиях морского шельфа мало чем отличается от добычи на суши. Принцип один и тот же, отличие лишь в конструктивном исполнении оборудования. Так, для бурения в море применяются специальные плавучие буровые платформы.

1. ОПИСАЕИЕ КОНСТРУКЦИИ ППБУ; АСЧЕТ СИЛ И НАГРУЗОК, ЧТО ДЕЙСТВУЮТ НА ППБУ Полупогружная плавучая буровая установка предназначена для добычи полезных ископаемых на покрытых водой территориях. Она включает в себя опорные понтоны, буровую платформу и соединяющие их стойки. Буровая платформа выполнена плавучей. Буровая платформа и понтонная часть выполнены разъединяемыми между собой с возможностью независимого перемещения в воде и по твердой поверхности. Разъем между платформой и понтонной частью смещен в сторону платформы. Понтонная часть выполнена разделяемой на части с возможностью независимого перемещения. Достигается использование буровой установки на любых глубинах, на акваториях, покрывающихся льдом, а также для использования на суше.

Поскольку основным эксплуатационным режимом ПБУ является бурение скважин, конструкция установки должна в первую очередь обеспечивать выполнение технологических процессов по проводке скважины, включая;

строительство и обустройство устья скважины;

бурение скважины заданной глубины;

приготовление, хранение, циркуляцию и дегазацию бурового раствора, очистку бурового раствора от выбуренной породы (шлама);

исследование и анализ кернов выбуренной породы и бурового раствора;

приготовление цементного раствора для заливки обсадных колонн;

цементирование обсадных колонн: кондуктора, промежуточных и эксплуатационных колонн;

прием и транспортировку пневмотранспортом сыпучих материалов (цемента, барита, бентонита) к потребителям и хранение сыпучих материалов в бункерах;

электрометрические каротажные работы в процессе бурения скважины;

опробование нефтеносных пластов на приток нефтепродуктов:

сбор выбуренной породы (шлама) для нейтрализации или последующего вывоза на береговые приемные пункты с целью предотвращения загрязнения морской среды; .

сжигание продуктов опробования скважины с целью предотвращения загрязнения морской среды.

На ПБУ должно быть предусмотрено оборудование для сбора, очистки и нейтрализация сточных вод с целью предотвращения загрязнения морской среды.

Известны типы ППБУ

" Ныряющего" типа, которые при отсутствии льда находятся частично над поверхностью воды, а при прохождении ледовых полей полностью погружаются под ледовый покров. Устройство достаточно эффективно при бурении на большой и средней глубинах. Однако при работе в ледовых условиях комфортность и безопасность работы обслуживающего персонала существенно снижается. Кроме того, подобные устройства не могут быть использованы в зимний период на малых глубинах.

Полупогружные установки типа «катамаран»

Среди морских полупогружных установок катамаранного типа значительное распространение получили установки «Акер Н-3» (рис. 3.1). Первая из таких установок (платформ) была построена к концу 1973 г. в Бергене (Норвегия). В течение 1974—1976 гг. было построено 11 установок «Акер Н-3» (в основном в Норвегии и Финляндии). Стальная конструкция установки включает верхнее надводное строение, погружную часть из двух плавучестей (понтонов) и соединительную конструкцию из 8 стабилизационных колонн с раскосами. Плавучести имеют прямоугольную форму в поперечных сечениях, что упрощает устройство соединений с цилиндрическими колоннами.

Рис. 1.1. Полупогружная морская буровая установка типа катамаран «Акер 11−3», «Акер Н-5»

полупогружной плавучий буровой установка Якорная система удержания включает 8 судовых якорей с массой каждого по 13,6 т, 8 якорных цепей калибра 76,2 мм (по 2 цепи, отходящих от каждой угловой колонны), 4 лебедочные станции, цепные ящики в угловых колоннах и другие устройства. Лебедочные станции располагают на площадках над угловыми колоннами, оборудованы двухбарабанными лебедками, стопорными устройствами, индикаторами контроля натяжения цепей. В походном положении якоря на концах выбранных цепей подвешивают на специальных наклонных площадках, находящихся на нижних раструбах угловых колонн.

Внутри и на палубах надводного строения расположены машинные и насосные установки, электростанция, буровая заваливающаяся вышка (высота 47 м), буровые лебедки, площадки для труб, два крана, вертолетная площадка (размеры в плане 25,3×25,3 м), служебные, жилые н складские помещения, пост управления. В каждой плавучести имеются машинные отделения.

Полупогружные установки типа «тримаран»

Полупогружные морские буровые установки с треугольной формой в плане и тремя плавучестями (рис. 1.2).

Установки «Седко» стальные, каждая из них включает надводное строение, погружную часть из трех отдельных плавучестей (понтонов), соединительную конструкцию из трех стабилизационных колонн с системой связей и раскосов. Каждая из плавучестей имеет эллиптическую форму в плане, изготовлена из стали толщиной 31,5 мм и разделена на 6 отсеков.

Рис. 1.2. Полупогружная морская буровая установка типа тримаран «Седко»

Стабилизационные колонны поддерживают верхнее строение, обеспечивают остойчивость сооружения при эксплуатации па плаву и устойчивость при работе с грунта. В качестве якорных канатов применяют как якорные цепи, так и стальные тросы (табл. 6). Лебедочные станции располагают па площадках над колоннами, причем станция включает по три лебедки, каждая, из которых обеспечивает натяжение и другие операции с одним якорным канатом. Имеется общий автоматизированный пост дистанционного управления лебедками.

В отсеках плавучестей и стабилизационных колонн размещают насосные станции и другие машинные установки, топливо, буровые растворы, цемент. На палубах и внутри надводного строения размещают буровую вышку, палубные краны (2 крана грузоподъемностью по 40 т и один край грузоподъемностью 72 т), площадку для вертолетов, электростанцию, площадки для труб, склады, служебные и жилые помещения., посты управления. Три лебедочные станции размещены на площадках над колоннами, имеют по три лебедки, каждая из которых обеспечивает работу одной якорной линии. Работа лебедок регулируется с центрального поста управления. Барабан каждой лебедки позволяет наматывать более 2 км троса.

Полупогружные установки типа «тетрамаран»

В конструктивном отношении отличие установок типа «тетрамаран» от других типов заключается в наличии 4 параллельных удлиненных горизонтальных плавучестей (понтонов) и большего числа колонн. Установка «Оушен Проспектор» (рис 1. 3.) включает надводное строение, подводную погружную часть из 4 цилиндрических плавучестей и соединительную конструкцию из 16 вертикальных стабилизационных колонн с системой связей. Длины средних и крайних плавучестей различны. Отличаются также между собой диаметры колонн.

Якорная система каждой установки включает 8 судовых якорей с массами по 13,6 т, 8 якорных цепей, 4 лебедочные станции «Оушен Проспектор» с двухбарабанными лебедками, цепные ящики и другие устройства. Управление работой лебедок автоматизировано и осуществляется дистанционно с центрального поста управления. Управление работой насосами с целью изменения осадок установки, выравнивания крена и др. автоматизировано.

Рис. 1.3. Полупогружная морская буровая установка типа «тетрамаран».

На палубах надводного строения, а также внутри его располагаются раздвижная буровая, вертолетная площадка, палубные краны, прямоугольного поперечного сечения, соединительную конструкцию из 16 колони с системой горизонтальных и наклонных связей. Надводное строение колони с системой горизонтальных и наклонных связей. Надводное строение имеет 3 палубы Рис. 1.4. Якорная система плавучего полупогружного сооружения «Акваполиса»

Якорная система удержания «Акваполиса» сложная (рис. 3.5) и включает 16 якорных линий с якорями и буями. Анкерные опоры устроены в виде забитых в грунт дна трубчатых свай со специальными наголовниками для крепления якорных канатов (стальных тросов). Каждый якорный канат включает поддерживающий стальной буй. Расстояния в плане между якорями и буями указаны на рис. 1.4. Расстояния между платформой и буями также разные (350, 90, 65 и 40 м).

На нижней палубе надводного строения размещены основные механические системы и устройства (электростанция, главные двигательные агрегаты, якорно-швартовные устройства и др.) На средней палубе расположены административные помещения, центр управления, вычислительный центр, узел связи, жилые помещения. На верхней палубе имеется площадка для вертолетов, прогулочные площадки, спортивные корты.

Полупогружные установки типа «Пентагон» и перекрестные Полупогружные морские пятиопорные буровые установки с пятиугольной формой в плане (рис. 1.5.) эксплуатируются на акваториях различных морей. Первая из этой серии установок («Пента 81») Полупогружная установка «Пента 85 «включает трехъярусное надводное строение, погружную часть из 5 плавучестей (понтонов) обтекаемой формы и соединительную конструкцию из 5 цилиндрических колонн и системы горизонтальных и наклонных связей из труб.

На большинстве установок плавучести имеют цилиндрическую форму в плане при диаметрах 21,9 м и высотах 7,5 м. Однако, например, на установке «Пента 81» плавучести имеют обтекаемую несколько удлиненную форму, при этом размеры каждой плавучести в плане 25,0×16,5 м, высоты по 7,5 м. Диаметры колони 9,5 м, высоты 35,0 м; диаметры связей из стальных труб 2,60 м и 2,20 м. Периоды собственных колебаний установки при вертикальной качке 20,0 с, при бортовой в процессе бурения. Удержание установки на месте бурения достигается якорной системой.

Рис. 1. 5. Полупогружная морская буровая установка типа Пентагон «Пента 81"—- «Пента 85»

Установка «Трансоушен 3» может производить бурение не только в состоянии на плаву с удержанием якорной системой, но и с грунта, опираясь колоннами с опорными понтонами на грунт дна. Подъем надводного строения по колоннам и его опускание осуществляются гидравлической системой, которая включает насосные установки, гидроцилиндры, балластировочные емкости. С поднятым над водой верхним строением установка может эксплуатироваться при высотах волн до 12,0 м. Основные характеристики установки «Трансоушен 3» такие же, как и установки «Риг 61» (см. табл. 9 и 10). Якорная система включает 6 якорных канатов с якорями. Три якорные цепи отходят от носовой части, а три другие — от кормовой части главного корпуса. Применены судовые якоря с массами по 13,6 т. Длины якорных цепей по 910 м, а калибры 69,8 мм. Лебедочные станции и цепные ящики расположены в носовой и кормовой частях главного корпуса. Работа якорной системы регулируется с автоматизированного пункта управления лебедками.

Рис. 1. 6. Морская буровая перекрестная установка Рис. 1. 7. Полупогружная морская буровая установка с кольцевым понтоном.

Якорная система удержания включает 8 якорных цепей с 8 судовыми больше-габаритными якорями, 4 лебедочные станции, от каждой из которых по колонне отходят по 2 якорные цепи.

Полупогружные установки с растянутыми тросовыми канатами В последнее десятилетие появились проектные разработки полупогружных установок, удержание которых достигается системой натянутых гибких канатов с малой собственной погонной массой. В качестве якорных канатов обычно применяют стальные проволочные тросы, реже — канаты из органических и искусственных волокон. На некоторых установках буровая вышка по соображениям oбщей компоновки несколько сдвинута от мидель-шпангоута («Пэйссеттер»). Имеются установки с кормовым расположением вышки, например «Ха-куриу-ІІ» типов.

В последнее время строят преимущественно установки с двумя расположенными параллельно нижними понтонами. Около 20% общего числа ППБУ приходится на долю установок с тремя и пятью стабилизирующими колоннами, а остальные 20% составляют установки более сложной конструкции, строившиеся, в основном, в начальный период создания полупогружных платформ.

2. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛАТАЦИИ ППБУ Полупогружные буровые установки транспортируются к месту работы обычно в таком положении, когда ватерлиния пересекает нижние понтоны, имея при этом максимально возможную площадь парусности.

Возвышение верхнего корпуса над водой при транспортировке достигает у некоторых установок 40 м. С целью уменьшения парусности при перегоне часто применяются укладывающиеся горизонтально буровые пышки. На установке во время буксировки обычно находится некоторое количество технологических и судовых запасов, оставшихся после завершения проходки скважины. Допустимость этого количества определяется по соображениям остойчивости и обеспечении требуемой транспортной осадки. В пределах одного участка бурения при благоприятной погоде перегон может осуществляться и при осадке бурения, т. с. без всплытия Установки.

Плавучую полупогружную буровую установку транспортируют обычно два-три мощных буксира. В случае, если перегоняют несамоходную ППБУ, кроме тяговых буксиров используют также сдерживающий буксир. Якорные цепи при перегоне убирают цепные ящики, а якоря укладывают на специальные кроншейны. Буксирные тросы закрепляют на нижних понтонах ППБУ. Известна схема буксировки полупогружных платформ за носовые якорные цепи, при этом якоря либо подтягивают к буксировщику, либо укладывают на его палубу, а цепи закрепляют в специальном yстройстве.

Буксировку ППБУ осуществляют с ограничениями по погодным условиям, обычно волнение ограничивается 5—6 баллами, а ветер 7—8. В мировой практике отмечены перегоны полупогружных буровых установок из района Австралии или Сингапура в Северное море и к Атлантическому побережью Канады. Аварии при перегоне, как правило, связаны с получением пробоин в следствии дрейфа установки при недостаточной мощности буксиров пли потери управляемости при обрыве буксирного троса.

После завершения перегона полупогружная установка должна занять определенное положение на заранее выбранной точке бурения.

Наведение ППБУ па эту точку, развозку якорей и якорных цепей выполняют по определенной схеме, которую выбирают с учетом параметров системы удержания ППБУ и гидрометеорологического режима района эксплуатации. Если в заданном районе можно уверенно определить направление максимальных внешних воздействий, то установку располагают таким образом, чтобы с эти" направлением совпадало направление максимальной держащей силы системы удержания. Самоходные установки, как правило располагают навстречу наиболее вероятному направлению действия максимальной внешней силы, а у несамоходных установок применяют ориентированную раскладку якорных цепей. Цепи и якоря развозят обслуживающие суда, при этом очередность расклады якорей устанавливают в зависимости от направления ветра.

После раскладки всех якорей производит, подтягивание якорных цепей для создания так называемого «предварительного» натяжения. Величину этого натяжения выбирают исходя из условия, чтобы при действии максимальных внешних сил установка смешалась бы от первоначального положения в допустимых пределах причем для различных условий работы эти пределы разные.

Рассмотрим основные режимы эксплуатации полупогружных буровых установок при стоянке на точке бурения.

После раскладки якорей полупогружную установку переводя из походного положения в рабочее путем приема водяного балласта в цистерны нижних понтонов. Осадку установки изменяют от минимальной до максимальной, установка из режима перегона переходит в режим бурения.

В этом положении установка находится большую часть эксплуатационного времени. Все виды работ, связанные с проходкой скважины, ведутся именно в этом положении. На дно моря опускают подводно-устьевое оборудование, а с ним шарнирно соединяются секции морского стояка, обеспечивающего изоляцию бурящейся скважины от морской воды. Под действием ветра, волнения и течения установка может смещаться относительно первоначального положения. Для того чтобы это смещение не привело к поломке или заклиниванию вращающейся бурильной колонны, оно не должно превышать допустимой величины. Таким образом, величина допустимого горизонтального смещения установки в режиме бурения определяется гибкостью бурильной колонны и конструкцией шарнира морского стояка. Обычно эта величина находится в пределах 4—-5% глубины моря.

В режиме бурения установка должна иметь наибольшее количество технологических запасов и выдерживать совместное воздействие сил ветра, течения и волнения, при котором еще возможно продолжение бурения. Это значит, что время прекращения бурения зависит от характера реакции полупогружной установки на внешние воздействия. Одним из важнейших видов реакции является вертикальная качка ППБУ. Для того чтобы во время бурения вертикальные колебания установки не передавались на бурильную колонну, в системе подвески колонны применяются специальные компенсаторы, обладающие рабочим ходом до 5 м.

На полупогружную буровую установку в режиме бурения действуют различные силы. Их можно разделить на три группы. Первая — это силы внешних воздействий на установку ветра, волнения и течения. Вторая группа — постоянные и медленно изменяющиеся нагрузки. К ним относятся силы поддержания, сила тяжести самой ППБУ, а также сила тяжести технологических и судовых запасов, сила тяжести балласта в нижних понтонах. Третья группа — это функциональные нагрузки от натяжения якорных цепей, от действия устройства натяжении морского стояка и направляющих тросов для спуска и подъема подводно-устьевого оборудования и нагрузка, на крон-блоке буровой вышки, создаваемая бурильной колонной. Эти нагрузки в процессе эксплуатации могут изменяться в широком диапазоне за короткий промежуток времени. Так, при горизонтальных колебаниях установки натяжение якорных цепей наветренного и подветренного бортов постоянно изменяется. Это изменение может достигать 12—15% за половину периода действия волны. Резкие изменения нагрузки происходят в процессе подъема бурильной колонны, особенно при ее заклинивании в скважине, когда буровая лебедка работает на выдергивание рывками. Нагрузка в талевой системе буровой вышки при этом может меняться от нуля до максимальной в течение нескольких секунд. На современных буровых установках величина нагрузки может достигать 500 тс. Таким образом, режим бурения характеризуется следующим состоянием нагрузки на ППБУ находится наибольшее количество запасов, количество балласта обеспечивает максимальную осадку, опорная плита подводно-устьевого комплекса опущена на дно, направляющие канаты натянуты, превентер для закрытия устья скважины установлен на опорную плиту, морской стояк опущен и натянут, бурильная колонна подвешена на вышке и опущена в скважину, якорные цепи натянуты. В режиме бурения могут появиться и другие, менее значительные, нагрузки, которые, тем не менее, необходимо учитывать при решении задач по обеспечению местной прочности установки. К ним можно отнести нагрузку от садящегося на ППБУ вертолета, удары в стабилизирующие колонны от подходящих к установке судов снабжения и буксиров.

Современные ППБУ в режиме бурения выдерживают воздействие волн высотой 10—12 м и ветер 18—24 м/с. Скорость течения может доходить до 1,5 м/с. Продолжительность периода, при котором возможно бурение, является основным критерием, определяющим технико-экономическую эффективность полупогружном буровой установки, а поиски технических решений, обеспечивающих наибольшую продолжительность этого режима, — основная задача проектировщиков.

При возрастании скорости ветра и увеличении высоты волн становится невозможным обеспечить допустимые для режима бурения горизонтальные, вертикальные и угловые перемещения установки. ППБУ должна перейти в другой эксплуатационный режим — штормовой отстой млн ожидание погоды (в зарубежной литературе часто употребляется термин «ежегодный шторм»). В этом режиме прекращается бурение, бурильную колонну поднимают из скважины, развинчивают, и ее секции («свечи») устанавливают вертикально внутри буровой вышки на специальном устройстве, называемом подсвечником. Связь со скважиной осуществляют гибкими шлангами, через которые ведут прокачку бурового раствора. Натяжение якорных цепей и тросов, связывающих установку с морским стояком и подводно-устьевым оборудованием, ослабляют, чтобы уменьшить усилия на них от действия ветра и волнения. Расположение и количество технологических запасов и водяного балласта в этом режиме остается таким же, как и при бурении.

В качестве расчетных внешних условий для режима ожидания погоды обычно принимают такие скорости ветра и высоту волн, которые имеют вероятность появления один раз в год для заданного района эксплуатации. Например, Правила Норвежского Бюро Веритас для плавучих буровых установок дают нормативную скорость ветра для режима ожидания погоды 35 м/с.

В связи с тем, что бурильная колонна поднята из скважины, снимаются ограничения по амплитуде вертикальных колебаний, а также увеличиваются допустимые горизонтальные перемещения платформы от устья скважины до 7—10% глубины моря. Подход судов снабжения и посадка вертолета в этом режиме запрещается. В случае вероятности дальнейшего усиления шторма полупогружная установка должна быть заблаговременно подготовлена к этому. В качестве расчетных параметров ветра и волнения для режима жесткого шторма (режим «выживания» по зарубежной литературе) используют обычно скорость ветра и высоту волн с вероятностью появления один раз в 50—100 лет. Например, для районов норвежского сектора Северного моря Правила Норвежского Бюро Веритас требуют принимать расчетную скорость ветра 50 м/с, а высоту волны — 30 м. Эти цифры дают достаточно хорошее представление о том, какие условия должны выдерживать полупогружные установки в процессе эксплуатации.

В режиме жесткого шторма установка практически отсоединена от скважины, морской стояк поднимают на палубу, и установка при этом связана с подводно-устьевым оборудованием, находящимся на дне, только тросами, натяжение которых еще более уменьшают. С целью понижения центра тяжести и уменьшения парусности, свечи бурильной колонны убирают из буровой вышки и укладывают на палубные стеллажи. Якорные цепи ослабляют до такой степени, чтобы избежать опасности их обрыва. Для того чтобы избежать ударов больших волн в конструкции верхнего корпуса, увеличивают вертикальный клиренс путем откачки части балласта из нижних понтонов и уменьшения осадки платформы. Большинство классификационных обществ, имеющих правила для ПБУ, считают, что между гребнем максимальной волны и нижними конструкциями верхнего корпуса должен обеспечиваться просвет 1,0−1,5 м.

Вообще применяемое в зарубежной литературе определение этого режима — «выживание» — хорошо определяет основной смысл всех мероприятий, осуществляемых при подготовке к этому режиму. Надо иметь в виду, что вероятность появления таких воздействий на ППБУ достаточно мала, поэтому подход к обеспечению безопасности установки в режиме жестокого шторма может несколько отличаться от подхода в других, часто встречающихся и продолжительных по времени, режимах. Более оправданной с технико-экономической точки зрения может оказаться даже потеря части технологических запасов для понижения центра тяжести и улучшения остойчивости ППБУ, чем выбор главных размерений только исходя из режима жесткого шторма, и, как следствие этого, наличие больших запасов остойчивости в остальных режимах.

3. ПЛОЩАДИ ПАРУСНОСТИ ППБУ; РАСЧЕТ СМОЧЕНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ППБУ, РАСЧЕТ НАГРУЗОК, КОТОРЫЕ ДЕЙСТВУЮТ НА ППБУ Рис. 3.1. Схема ППБУ выполнена в масштабе 1: 400

Площадь парусности — величина поверхности, которая подвергается действию ветра.

A — площадь парусности, А =? Sнадв. = 33.44 + 81.3 + 15 + 66.5 + 88.6 + 8 + 8.7 +138.7 + 47.5 + 48.5 + +132.6 + 365.4 + 285 = 1319.2 м2 ;

Для оценки ветровой нагрузки воспользуемся следующими расчетными формулами:

Q = сW2/2 • ?С1i • С2і • Si ;

где с — плотность воды; W — средняя скорость ветра в данном районе; С1i — коэффициент лобового сопротивления і - того элемента ППБУ; С2і - коэффициент возрастания скорости напора воздуха по высоте і - того элемента ППБУ; Si — площадь і - того элемента ППБУ;

сW2/2 = 1,29 • (11)2/2 = 78,045;

Для опорных колонн С1i= 0,7;

Для буровой вышки С1i = 0,55−0,6;

Для платформ С1i = 1,1;

Для верхних строений С1i = 1;

С2і= (z/10)0,18 ;

С2і1 =(65.4/10)0.18 = 1.4;

С2і2 = (53.3/ 10)0.18 = 1.35;

С2і3= (45.7/10)0.18 = 1.31;

С2і3 = (41.3/10) 0.18 = 1.29;

С2і4 = (31.7/10) 0.18 = 1.23;

С2і5 = (26/10) 0.18 = 1.18;

С2і6 = (20.9/10) 0.18 = 1.14;

С2і7 = (17.1/10)0.18 = 1.1;

С2і8 = (19/10)0.18 = 1.12;

С2і9 = (18.4/10)0.18 = 1.12;

С2і10 = (13.3/10)0.18 = 1.05;

С2і11 = (5.7/10)0.18 = 0.9;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.4 • 33.44 = 28.1;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.35 • 81.3 = 65.85 ;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.31 • 15 = 11.8;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.29 • 66.5 = 51.5;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.23 • 88.6 = 65.4;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.18 • 18.53 = 13.12;

С1i • С2і • Si = 0.6 • 1.14 • 138.7 = 94.9;

С1i • С2і • Si = 1.1 • 1.1 • 47.5 = 57.5;

С1i • С2і • Si; = 1.1 • 1.12 • 48.5 = 59.75;

С1i • С2і • Si = 1.1 • 1.12 • 132.6 = 163.36;

С1i • С2і • Si = 1.1 • 1.05 • 365.4 = 422;

С1i • С2і • Si = 3 • (0.7 • 95 • 0.9) = 179.5;

?С1i • С2і • Si = 1212.83;

Qw = 78.045 • 1212.83 = 94 655 м/с.

Определим сопротивление течения на подводную часть ППБУ по формуле:

Rт= (жтр +жш +жвч)?(с?Uт2/2)?Щ+ Rзв;

где коэффициент трения жтр =0,455/(lg Re)2,58;

Коэффициент шероховатости поверхности жш =(0,2…0,3)•10−3;

Щ-площадь смоченной поверхности Щ = 1023 м²;

Re= (Uт•L)/н;

н =1,57?10−6 м2/с;

Re = 78.57• 106;

жтр. =2.2•10−3;

Rзв = 258,5?и?DB2• Uт2;

Дисковое отношение винта и =0,58;

D-диаметр винта

D = 3.175 м

Rзв = 3593.86

Uт =3 узла = 1.542 м/с Щ-площадь смоченной поверхности Щ = 1023 м²

Подставляя все найденные значения в формулу для вычисления Rт получим:

Rт= 3630

4. ВЫБОР ТИПА МНОГОЯКОРНОЙ СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ При проектировании морских сооружений, достаточно важными являются вопросы выбора геометрических и прочностных параметров систем заякорения, обеспечивающих безопасную эксплуатацию морского плавучего сооружения под действием внешних нагрузок, которые принемаються по ГОСТу, исходя из значения величины характеристики снабжения.

Расчет водоизмещения

Рис. 4. 1. Схема ППБУ выполненная в масштабу 1:400

Водоизмещение ППБУ — количество воды, вытесненной подводной частью ее корпуса. Масса этого количества воды равна массе всей ППБУ, независимо от ее размера, материала и формы. Объемное водоизмещение водоизмещение, равное объёму подводной части ППБУ.

V =2V1+6V2+6V3+2V4;

V =2• 1805.04 + 6• 491.04 + 6• 340.56 + 2• 7708.2 = 24 016 м³ .

Характеристика снабжения

Nс = К1• К2 • V2/3 + К3 • А где V — объемное водоизмещение;

А суммарная площадь проекций конструкции возвышающихся над ватерлинией;

K1=1,75 ;К2=1,2; К3=2,1;

Nс=1,75•1,2 • (24 016)2/3 + 2.1 • 1319.2 = 4518.36 м .

По характеристике снабжения масса якоря должна быть не менее 13 500 кг.

По ГОСТ 761–74 принимаем массу якоря равной 14 000 кг.

Калибр цепи dц = 102 мм.

Масса погонного метра цепи q = 0.019 dц = 197.7 кг/м;

Вес якоря Qя = m • g = 14 000 • 9.81 = 137 340.

Элементы якорной цепи

dц = 102 мм.

Рис. 4. 1. Общее звено якорной цепи: а — с контрфорсом; б — без контрфорса.

6 dц = 612 мм; 5 dц = 510 мм; 3.2 dц = 326 мм; 3.4 dц = 347 мм.

Рис. 4. 2. Скоба концевая

5 dц = 510 мм;

8.2 dц = 836 мм;

1.4 dц = 143 мм.

Рис. 4.3. Звено концевое

1.2 dц = 122 мм;

7 dц = 714 мм;

4 dц = 408 мм.

Рис. 4. 4. Звено соединительное Кентера

4 dц = 408 мм; dц =102 мм.

6 dц = 612 мм;

Рис. 4. 5. Вертлюг

4.7 dц = 479 мм;

9.8 dц = 1000 мм;

1.1 dц = 112 мм.

Рис. 4. 6. Вертлюг — скоба

5 dц = 510 мм;

1.1 dц = 112 мм;

16 dц = 1632 мм;

dц = 102 мм.

5. ОЦЕНКА СМЕЩЕНИЯ ПЛАВУЧЕГО СООРУЖЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ НАГРУЗОК Рис. 5. 1. Якорные системы с длинными цепями без подвесных грузов:

а — обыкновенная; б — перекрестная Формулы для исходного положения:

H1 = Qя• Кя = 137 340 • 3.5 = 480 690,

где Кя = 3.5 — коэффициент держащей силы якоря.

Параметры цепной линии:

Величина горизонтальной проекции свободного провиса цепи:

?1=a1•arcch (1+ж/a1) = 2431.4 • arcch (1.0576) = 835.43;

где ж = 140 м — глубина стоянки.

Длина провисающего участка цепи:

S1=a1•sh (?/a1) = 2431.4 • sh (0.3436) = 851.96 м Определение наибольшей величины полного натяжения цепи:

T1=q•(a1+ж) = 199.7 (2431.4 + 140) = 508 365.78

В рабочем состоянии (при смещении):

H2= H1 +R = 480 690 + 3630 = 484 320;

a2=H2/q = 484 320/197.7 = 2449.8 ;

ж2= ж-10 = 140 — 10 = 130 м;

?2=a2•arcch (1+ж2/а2) = 2449.8 •arcch (1.053) = 793.74;

S2=a2•sh (?/a2) = 2449.8 • sh (0.324) = 807.7;

T2=q•(a2+ж2) = 197.7 (2449.8 + 130) = 510 026.46.

Определение жесткости якорной линии при движении ее верхнего конца в горизонтальном направлении:

Cг = dTx0/dU;

1/ Сг=(arcch ((H•q)/ Txo +1))/q — H/(Txo•е1•е2) — (е1•е2)/q +(H? е2)/ (2• Txo• е1) +

+ (H? е1)/ (2• Txo• е2);

е2 =v ((H•q)/ Txo +2) =1.241;

е1 =v ((H· q) ч Txo) = 0.735;

Txo=(0,1…0,5) P0; ;

P0 = 5120 • 103;

Txo= 0.2•5120•10 = 512 000;

H/(Txo•е1•е2) = 0.299;

(е1•е2)/q = 0.461;

(H? е2)/ (2• Txo• е1) = 0.231;

(H? е1)/ (2• Txo• е2) = 0.809;

(arcch ((H•q)/ Txo +1))/q = 0.505.

Подставляя полученные значения в формулу для вычисления значения 1/ Сг получим:

1/ Сг= 0.57;

Найдем значение жесткости Сг :

Сг= 1/ 0.57 = 17 544.

6. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ МНОГОЯКОРНОЙ СИСТЕМЫ УДЕРЖАНИЯ ППБУ Величина горизонтального перемещения будет вычислена по формуле:

U=(S1 -?1) — (S1-?1) = (851.96 — 835.43) — (807.7 — 793.74) = 2.57 м Якорная система будет надежной в случае если смешение U будет удовлетворять следующему неравенству:

U< 0,07ж

2.57 < 9.8

Как видно из предыдущего неравенства, якорная система была выбрана правильно.

Величина горизонтального перемещения по второму способу определяется по формуле:

Д=(?F)/ Сг=(Q+R)/ Сг = 5.6 м

5.6<9.8.

Заключение

Это значение горизонтального перемещения больше значения определенного первым способом, но оно удовлетворяет выше написанному неравенству, что в свою очередь доказывает, что выбранная якорная система является надежной, и обеспечит нормальную эксплуатацию ППБУ.

Список исполльзованной литературы

1.Проектирование общесудовых устройств /В.В. Зайцев и др. — Николаев: Изд. Илион.2004.300с.

2.Галахов И. Н., Литонов О. Е., Алисейчик А. А. Плавучие буровые платформы. Л.: Судостроение, 1981,-224 с.

3.Морские инженерные сооружения. Часть 1. Морские буровые установки. Учебн./ Р. В. Борисов и др. — СПб.: судостроение, 2003;535с.

4.Симоненко А. С. устройства плавучих буровых установок. Учебн.- СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ. 1994.-371с.

5.Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Регистр СССР. — Л.: Транспорт, 1974. 360 с.