Курсовая работа (т): Полупогружная плавучая буровая установка

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.- 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 = ρW2/2 ∙ ∑С1i ∙ С2і ∙ Si ;

где ρ - 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;

ρW2/2 = 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;

= 78.045 ∙ 1212.83 = 94655 м/с.

Определим сопротивление течения на подводную часть ППБУ по формуле:

т= (ζтр +ζш +ζвч)∙( ρ∙Uт2/2)∙Ω+ Rзв;

Коэффициент шероховатости поверхности ζш =(0,2...0,3)∙10-3;

Ω-площадь смоченной поверхности

Ω = 1023 м2;= (Uт∙L)/ν;

ν =1,57∙10-6 м2/с;= 78.57∙ 106;

ζтр. =2.2∙10-3;зв = 258,5∙θ∙DB2∙ Uт2;

Дисковое отношение винта θ =0,58;диаметр винта= 3.175 мзв = 3593.86т =3 узла = 1.542 м/с

Ω-площадь смоченной поверхности

Ω = 1023 м2

Подставляя все найденные значения в формулу для вычисления Rт получим:т= 3630

. 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;

=2∙ 1805.04 + 6∙ 491.04 + 6∙ 340.56 + 2∙ 7708.2 = 24016 м3 .

Характеристика снабжения

с = К1∙ К2 ∙ V2/3 + К3 ∙ А

где V - объемное водоизмещение;

А суммарная площадь проекций конструкции возвышающихся над ватерлинией;=1,75 ;К2=1,2 ; К3=2,1;с=1,75∙1,2 ∙ (24016)2/3 + 2.1 ∙ 1319.2 = 4518.36 м .

По характеристике снабжения масса якоря должна быть не менее 13500 кг.

По ГОСТ 761-74 принимаем массу якоря равной 14000 кг.

Калибр цепи dц = 102 мм.

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

Вес якоря Qя = m ∙ g = 14000 ∙ 9.81 = 137340.

Элементы якорной цепиц = 102 мм.

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

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

Рис. 4. 2. Скоба концевая

dц = 510 мм;

.2 dц = 836мм;

.4 dц = 143 мм.

Рис. 4.3. Звено концевое

.2 dц = 122 мм;

dц = 714 мм;

dц = 408 мм.

Рис. 4. 4. Звено соединительное Кентера

dц = 408 мм; dц =102 мм.

dц = 612 мм;

Рис.4. 5. Вертлюг

.7 dц = 479 мм;

.8 dц = 1000 мм;

.1 dц = 112 мм.

Рис. 4. 6. Вертлюг - скоба

dц = 510 мм;

.1 dц = 112 мм;

dц = 1632 мм;ц = 102мм.

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 = 137340 ∙ 3.5 = 480690,

где Кя = 3.5 - коэффициент держащей силы якоря.

Параметры цепной линии:

Величина горизонтальной проекции свободного провиса цепи:

Ƞ1=a1∙arcch(1+ζ/a1) = 2431.4 ∙ arcch(1.0576) = 835.43;

где ζ = 140 м - глубина стоянки.

Длина провисающего участка цепи:

=a1∙sh( Ƞ/a1) = 2431.4 ∙ sh(0.3436) = 851.96 м

Определение наибольшей величины полного натяжения цепи:

В рабочем состоянии (при смещении):

= H1 +R = 480690 + 3630 = 484320;=H2/q = 484320/197.7 = 2449.8 ;

ζ2= ζ-10 = 140 - 10 = 130 м;

Ƞ2=a2∙arcch(1+ζ2/а2) = 2449.8 ∙arcch(1.053) = 793.74;=a2∙sh( Ƞ/a2) = 2449.8 ∙ sh(0.324) = 807.7;=q∙(a2+ζ2) = 197.7 (2449.8 + 130) = 510026.46.

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

г = dTx0/dU;

/ Сг=(arcch((H∙q)/ Txo +1))/q - H/( Txo∙ε1∙ε2) - (ε1∙ε2)/q +( H∙ ε2 )/ (2∙ Txo∙ ε1) +

+ (H∙ ε1 )/ (2∙ Txo∙ ε2);

ε2 =√ ((H∙q)/ Txo +2) =1.241;

ε1 =√ ((H∙q)÷ Txo) = 0.735;=(0,1…0,5) P0 ; ;= 5120 ∙ 103;= 0.2∙5120∙10 = 512000;/( Txo∙ε1∙ε2) = 0.000299;

(ε1∙ε2)/q = 0.000461;

( H∙ ε2 )/ (2∙ Txo∙ ε1) = 0.000231;

(H∙ ε1 )/ (2∙ Txo∙ ε2) = 0.0000809;

(arcch((H∙q)/ Txo +1))/q = 0.000505.

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