Разработка методов расчета позиционирования плавучих технических средств освоения шельфа в сложных эксплуатационных условиях

• Автор: Ваганов, Александр Борисович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 356 с. : ил.

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ПЛАВУЧИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ, ЯКОРНЫХ СВЯЗЕЙ И ДЛИННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

1.1. Основные принципы построения математической модели

1.2. Система уравнений движения корпуса

1.3. Математическое описание подсистемы МОРЕ

1.4. Система уравнений движения гибких стержней и нитей

1.5. Уравнения динамики комплексов двигатель-исполнительный механизм

1.6. Система уравнений нагруженного состояния гидропривода натяжителей морского стояка и якорных связей

1.7. Компоновка математической модели и обоснование методов ее реализации на ПЭВМ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КОРПУС ПТСОШ

2.1. Общая характеристика сил

2.2. Определение гидростатических восстанавливающих сил и моментов

2.3. Определение инерционных и демпфирующих характеристик корпуса
2.4. Определение возмущающих сил на корпусе ПТСОШ от волнения
2.5. Технология применения МГЭ для определения гидродинамических характеристик качки корпуса ПТСОШ
2.6. Учет геометрической нелинейности и групп волн при расчете взаимодействия корпуса с волновым потоком
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЯКОРНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИЕЙ ПТСОШ
3.1. Классификация средств управления позицией
3.2. Квазистатические методы расчета якорных связей
3.3. Расчет однородных якорных связей, нагруженных силами тяжести .'
3.4. Влияние инерционных нагрузок на напряженное состояние тяжелых якорных связей

3.5. Построение математической модели якорных СУПиД и
управление позицией ПТСОШ
■ 3.6. Применение комбинированных систем позиционирования
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МОРСКОГО СТОЯКА И ДЛИННОМЕРНЬЬХ ГИБКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
4.1. Характеристика комплекса морского стояка для бурения
в глубоководных акваториях
4.2. Расчетная система дифференциальных уравнений статики комплекса морского стояка
4.3. Характеристика и методы определения внешних сил, действующих на конструкцию морского стояка
4.4. Квазистатический подход к учету инерционной нагрузки
на стержень MC
4.5. Сопоставительные исследования напряженного состояния морского стояка
4.6. Методика расчета плавучего грунтопровода

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПЛАВУЧИХ ПОЛУПОГРУЖНЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК
5.1. Экспериментальные исследования динамики ПГ1БУ на крупномасштабной модели в открытом водоеме
5.2. Проведение натурных испытаний ППБУ Шельф
5.3. Проверка адекватности математической модели
6. ПРИЛОЖЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ К ИССЛЕДОВАНИЯМ ДИНАМИКИ ПТСОШ
6.1. Исследование динамики ППБУ на глубоководных
1 месторождениях
6.2. Определение условий удержания судна-земснаряда на оси траншеи в штормовых условиях моря
6.3. Исследование позиционирования бурового судна
6.4. Позиционирование подводного блока управления и энергетики
6.5. Позиционирование буровой платформы типа «Molikpaq»
при постановке на точку работы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
v СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ф ПРИЛОЖЕНИЕ

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 двухкорпусную 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-

Данный метод моделирования нерегулярного ветрового волнения позволяет более детально учесть групповую структуру, низкочастотные компоненты и другие особенности этого сложного процесса. Становится возможным также использовать в математической модели динамики ПТСОШ экспериментально измеренные профили волновой поверхности моря.
При проведении экспериментальных исследований на крупномасштабной модели 111 ЛБУ в открытом водоеме озерного типа и натурных испытаний этой установки на Каспийском море/ 152, 154 / установлен факт наличия существенных низкочастотных колебаний, лежащих за пределами видимого спектра волн. Упоминание об этих явлениях приведено также в ряде работ / 25, 26 /.
С целью выяснения причин низкочастотных колебаний ППБУ к экспериментальным записям волнения, полученным во время натурных испытаний, была применена процедура цифровой фильтрации. Для высокочастотной фильтрации применен фильтр с передаточной функцией / 29 /:
А(ст) = 21ехр(-1^)яп(^), (1.3.29)
а, для низкочастотной - применен фильтр с передаточной функцией:
I $т(2М +1)
2_ (1.3.30)
При практической реализации фильтров были использованы рекомендации работ / 29, 75, 133 /.
В развитие методики Ю. А. Нецветаева / 25 /, энергетический спектр может быть представлен в следующем виде:

8(сг) = 80(сг) + £8у(а) , (1.3.31)

где 80(сг) - спектр "видимых" волн, полученный из реализации путем высокочастотной фильтрации; 8у(сг) - низкочастотные спектры порядка V, получаемые из реализации путем каскадной низкочастотной фильтрации.
Цифровой фильтрации было подвергнуто девять осциллограмм, подобранных на стадиях развития, стационарного участка и затухания шторма ,, силой 6 баллов. Выделены низкочастотные компоненты волнения до порядка
у=4 включительно. Длительность выборочных реализаций составляла 60 - 90 минут.
А(а)