Особенности учета нагрузок на спбу

Ветровые и волновые нагрузки определяют для наиболее неблаго­приятного угла распространения волн и угла атаки ветра.

Ветровые нагрузки рассчитывают (в кН) по формуле

где ρ_ω - удельный вес воздуха;

ω - расчётная скорость ветра на высоте 10 м от уровня тихой воды,

м/с;

S_i- площадь парусности i-roэлемента, м;

K_1i - коэффициент, учитывающий изменения скорости ветра по вы­соте;

k_2i- коэффициент сопротивления формы i-roэлемента (табл. 3.1).

Волновые нагрузки на элементы опорных колонн СПБУ определяют по формулам Регистра РФ. Значения коэффициентов 1 + C_m, C_uи С_ск для сечения круглой и прямоугольной форм должны быть не менее указанных в правилах Регистра РФ, для более сложных форм коэффициенты С_u и С_ск являются пред­метом специального рассмотрения Регистром РФ. При расчёте волновых нагру­зок учитывают влияние обрастания конструкций путём увеличения приведён­ных размеров сечения и коэффициентов С_u и С_ск. При выполнении условия

h_3%≤πDС_u/С_ск

допускается пренебрегать инерционным компонентом и при выполнении условия

h_3%≤ 4 πDС_u/С_ск

допускается пренебрегать скоростным компонентом, где h_3% - высота волны 3% -ной обеспеченности в данном волновом режиме; D- попереч­ный размер обтекаемой преграды.

94

Таблица 3.1

Исходные данные для расчета

Условия эксплуатации буровой уста­новки	Параметры качки							Ветровая нагрузка (норма­тивный набор), МПа	На­груз­ка на крю­ке, кН	Распо­ложение буровой колонны
	Период колебаний		Амплитуда, градус		Высота волны, м	Радиус волны, м	Расстояние от платфор­мы буровой до центра качки,м
	Борто вая качка	Килевая качка	Бортовая качка	Киле­вая качка
Спуско по дъемные операции	10	10	±5	±5	6	3	23-25	4,3	3200	в сква­жине
Спуск обсадной колонны										за паль­цем
Перегон	10	10	±6,5	±6,5	11	5,5	30-32	7,0	-	на стел­лажах
Штормо- вой от­стой	12	12	±6,5	±6,5	12	6	25-27	7,0	2000	в сква­жине

Примечание: Элементы расчета - колонны и решетки.

95

Самоподъемные плавучие буровые установки в зарубежной практике

Самоподъемные буровые установки, предлагаемые и изготавли­ваемые фирмами США, состоят из плавучего понтона, оснащенного буро­вым оборудованием, энергетической установкой, запасами труб и т.д. Понтон снабжен выдвижными опорами, которые на месте работ опуска­ются на дно, залавливаются в него, а понтон поднимается по опорам над уровнем моря на заданную высоту. Таким образом, самоподъемные буро­вые платформы имеют связь с морским дном, но их преимуществом явля­ется то, что они могут быть отбуксированы на другое место. Возможности их эксплуатации ограничены глубиной воды обычно до 100 м и экономи­ческими соображениями.

Плавучий понтон самоподъемной платформы может иметь в плане трех-, четырех- и пятиугольную форму. Количество опор меняется от 3 до 14. Опоры выполняются как сплошными, так и ферменными. Сечение опор может быть прямоугольным, треугольным и круглым. Домкраты, производящие опускание и подъем опор, бывают гидравлическими, пнев­матическими и механическими.

Основные характеристики самоподъемных плавучих буровых ус­тановок некоторых фирм приведены в табл. 3.2 и 3.3.

Самоподъемные плавучие буровые установки типа «Стормдрилл», построенные фирмой «Бетлехэм стил корпорейшн», отличаются тем, что опираются на плиты, имеющие размеры, значительно превосходящие размеры понтона установки. У всех установок три цилиндрические опоры, форма понтона прямоугольная. Глубина постановки в море до 76,5 м («Стормдрилл УП»). Особенностью конструкции самоподъемных устано­вок этого типа является то, что носовая опора проходит через понтон, а обе кормовые - через специальные цилиндрические конструкции, прикре­пленные к понтону с бортов. Компания «Бетлехэм стил корпорейшн» по­строила самоподъемные буровые установки типа «Марлин». Это одна из самых больших универсальных морских буровых установок. Она может в течение круглого года производить бурение почти на любых грунтах в прибрежных водах на глубине до 76 м.

Три опоры решетчатой конструкции имеют длину свыше 103 м, сторона квадрата 6,4 м. Подъем и опускание платформы производится с помощью гидравлических подъемников, управляемых с единого пульта. Жилые помещения рассчитаны на 50 человек. На платформе установлена автоматическая система очистки фекальных вод перед сбросом их в море.

Фирма «Маратон Ле Турно Офшор», являющаяся ведущей в области строительства буровых установок самоподъемного типа, построила серию са­моподъемных буровых установок типа «Пенрод». Эти установки опираются на морское дно с помощью трех решетчатых опор треугольного или квадрат­ного сечения. Домкратная система подъема опор разработана самой фирмой.

96

Характеристика самоподъемных плавучих буровых установок

Таблица 3.2

Название, фирма-владелец	Фирма-строитель	Глубина, м		Число и форма опор	Длина опор, м	Главные размеры, м
		моря	бурения			длина	ширина	высота борта
1	2	3	4	5	6	7	8	9
«Стормдрилл I», «Стормдриллинг», США	«Бетлехэм стал корпорейшн», США	24,5	4600	3 цилиндрические		44,1	19,5	4,26
«Стормдрилл II», «Стормдриллинг», США	«Бетлехэм стил корпорейшн», США	46,3	6100	3 цилиндрические		50,5	26,2	4,9
«Стормдрилл III», «Стормдриллинг», США	«Бетлехэм стил корпорейшн», США	46,3	7600	3 цилиндрические		50,5	26,2	4,9
«Стормдрилл IV», «Стормдриллинг», США	«Бетлехэм стил корпорейшн», США	53,5	7600	3 цилиндрические		50,5	26,2	4,9
«Стормдрилл VI», «Стормдриллинг», США	«Бетлехэм стил корпорейшн», США	68,5	7600	3 цилиндрические		51,0	33,5	4,9
«Марлин № 3», «Марлин дриллинг», США	«Бетлехэм стил корпорейшн», США	80,8	7620	3 четырехгранные, ферменные	103,3	50,0	26,2	6,1
«Марлин № 6», «Марлин дриллинг», США	«Девингстон шипбилдинг»	91,4		3 четырехгранные	125,0	63,4	54,3	6,7
«Пенрод 53», «Пенрод 54», «Пенрод дриллинг», США	«Маратов Ле Турно», США	91,0	7500	3 треугольные	140,2	54,0	50,0
«Пенрод 55», «Пенрод дриллинг», США	«Маратон Ле Турно», США	45,0	9100	3 треугольные	82,3	61,0	54,0
«Пенрод 56», «Пенрод 57», «Пенрод дриллинг», США	«Маратон Ле Турно», США	45,0	7500	3 треугольные	82,3	61,0	55,0
«Пенрод 58», «Пенрод 59», «Пенрод дриллинг», США	«Маратон Ле Турно», США	45,7	7600	3 прямоугольные	85,6	73,7	60,0	3,65
«Пенрод 60», «Пенрод дриллинг», США	«Маратон Ле Турно», США	91,5	9100	3 квадратные	125,0	70,0	61,0	8,0

97

Продолжение табл. 3,2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
«ПенродбЗ», «Пенрод дриллинг», США	«Маратон Ле Турно», США	100,0	9100	3 треугольные	131,0	67,0	63,6	7,6
«Риг № 52», «Офшор», США		31,0		14 цилиндрических	51,0	69,0	35,0	4,1
«Риг № 54», «Офшор», США		46,5		8 квадратных, фер­менные	74,0	61,5	32,0	4,6
«Риг № 55», «Офшор», США		46,5		8 квадратных, фер­менные	69,0	61,5	32,0	4,6
«Офшор Энтерпрайз», «Оф­шор», США		33,0	4570	4 цилиндрические	56,0	58,5	32,5	4,6
«Офшор Пегасус», «Офшор»,	«Блексен», США	38,0	4880	4 цилиндрические	61,5	58,0	32,5	4,0
«Орион», «Офшор», США	«Клайдбэнк», США	84,0	7620	4 треугольные, ферменные	118,0	55,0	46,0	5,2
«Офшор Меркьюри», «Оф­шор», США	«Клайдбэнк», США	76,0	6100	4 треугольные, ферменные	108,0	85,5	41,0	6,7
«Антарес», «Офшор», США		45,7	6100	4 цилиндрические	-	-		-
«Чиккамауга», «Атвуд ошеа-никс, инк.», США		91,4	6100	3	125,0	70,1	60,9	7,9
«Теледайн -17», «Теледайн мобил офшор, инк.», США	«Бетлехэм Сингапур ярдз»	79,2	8000	-	95,0	33,2	50,58	4,8
«Трансуошен № 1», «Ховальдтсверке дойче верфт», ФРГ		42,67	-	6 цилиндрических	70,0	84,7	45,4	-
«Нептун 1», «Компани Фран-сэз д' Антреприз металлик», Франция	-	45,0	6000	3 треугольные	77,0	61,0	51,0	7,15
«Нептун-Гасконь», «Компани Франсэз д'Антреприз метал­лик», Франция		61,0	6100	3 наклонные, фер­менные	108,0	53,0	49,0	7,1

98

ТТаблица 3.3

ХХарактеристики самоподъемных плавучих буровых установок с тендерами

Название, фирма	Глубина моря, м	Основные размеры установки			Основные размеры тендера
		длина, м	ширина, м	высота борта, м	длина, м	ширина, м	высота борта, м
«Риг № 60» и тендер «УО-1», «Офшор», США	30,5	32,9	30,78	3,65	54,86	21,33	3,35
«Полар Куб» и тендер «Лама», «Офшор», США	30,5	32,9	30,78	3,65	54,86	21,33	3,35
«Эстреллита» и тендер 5, «Офшор», США	45,7	32,9	32,9	4,57	79,24	14,63	4,57

99

Установки могут работать при глубине моря от 45 м ( «Пенрод 55», «Пенрод 56» и др.) до 91 м («Пенрод 53», «Пенрод 54», «Пенрод 60», «Пенрод 61»), а платформа «Пенрод 63» может работать при глубине во­ды до 100 м.

Установки «Пенрод 53», «Пенрод 54», «Пенрод 55», «Пенрод 56» -буксируемые, а «Пенрод 58», «Пенрод 59», «Пенрод 63» - самоходные. Строятся более совершенные самоподъемные установки «Пенрод 71, 72, 73».

Самоподъемные установки фирмы «Офшор» имеют понтон пря­моугольной формы. Первые установки имели большое количество опор (8 -14)» в последующем фирма стала строить самоподъемные буровые уста­новки с 4 опорами. Форма опор - цилиндрическая и треугольная фермен­ная. Установка «Офшор Меркьюри» самоходная, со скоростью хода на тихой воде - 8,5 узлов, с корпусом, имеющим обводы судового типа.

Установка «Антарес» - одна из последних платформ, строящихся для фирмы «Офшор» в Сингапуре. Она предназначена для работы в Ара­вийском заливе. В Северном море работала самоподъемная установка фирмы «Орион».

Из самоподъемных плавучих установок, выпускаемых фирмой «Ховальдсверке дойче верфт», заслуживает внимания платформа «Тран-соушн № 1», работающая в Северном море.

Во Франции строительством самоподъемных буровых платформ для французских заказчиков занимается фирма «Компани Франсэз д'Антрепиз металлик». Ею построены самоподъемные установки «Нептун 1» и «Нептун-Гасконь».

Особую группу самоподъемных плавучих буровых установок пред­ставляют платформы с тендерами. Тендер является несамоходной баржой, стоящей рядом с платформой. На нем устанавливается технологическое обо­рудование, насосы, необходимые запасы, иногда - жилые помещения. В табл. 3.3 приведены характеристики некоторых самоподъемных буровых установок с тендерами.

Фирма «Жорж э Шарп, инк.» предложила проект самоподъемной буровой установки, состоящей из двух платформ - верхней и нижней. Верхняя платформа не отличается от обычно используемых в конструкци­ях самоподъемных установок. Нижняя платформа представляет собой по­лую квадратную конструкцию решетчатого типа, на которую опирается верхняя платформа.

Четыре верхние опоры, по которым перемещается с помощью гид­равлических домкратов верхняя платформа, жестко крепятся к нижней плат­форме. Четыре нижние опоры расположены в нижней платформе, также пе­ремещаемой с помощью гидравлических домкратов. Регулировка установки платформы на морском дне осуществляется с помощью нижних опор.

В плавучем состоянии верхние и нижние опоры подняты вверх, как у обычной самоподъемной платформы, но устойчивость предлагаемой конструкции выше, так как нижняя платформа увеличивает момент инер-

100

ции платформы на воде, а также из-за наличия плавучих резервуаров в нижней части каждой опоры. Конструкция спроектирована для работы на глубине 153-168 м.

Как уже упоминалось, подъем платформ осуществляется с помо­щью гидравлических домкратов, фирма разработала новый вариант сис­темы домкратов для нижних опор, в которой используется сжатый воздух низкого давления. Эта система обходится дешевле, чем гидравлические домкраты, причем не требуется установки какого-либо дополнительного оборудования на нижней платформе.

Глубоководная самоподъемная передвижная буровая платформа нового типа

Французской компанией «Жорж э Шарп инк.» разработана новая конструктивная схема самоподъемной плавучей буровой установки, кото­рая позволит применить подобного рода установки на глубинах до 150 м (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема установки глубоководной буровой платформы

С увеличением глубины моря необходимо значительно увеличи­вать длину и сечение опорных ног. Так, в буровой установке «Хазар» вес каждой ноги при глубине моря всего 60 м составляет 900 т. С целью уменьшения амплитуды колебания ног установки, рассчитанной для глу­бин до 100 м, предлагается укладывать выдвижные ноги в период транс­портировки на палубу либо частично демонтировать их. При глубине мо­ря в 150 м оба эти варианта связаны с определенными трудностями. Большая свободная длина и гибкость ног глубоководных буровых плат­форм вызывает необходимость повышать их динамические коэффициен­ты, что приводит к значительному увеличению веса. С целью уменьшения свободной длины ног платформы и изгибающих моментов в них при воз­действии на сооружение горизонтальных нагрузок компанией предложено

101

ввести дополнительную пространственную жесткую платформу сквозного рамного типа. Таким образом, плавучая самоподъемная буровая платфор­ма выполняется как бы из двух частей: нижней - подводной платформы сквозной конструкции с четырьмя выдвижными ногами и верхней, кото­рая, по существу, является самоподъемной платформой обычного типа с жестким корпусом - понтоном. Выдвижные ноги верхней платформы свя­заны жестко с нижней, опускаемой под воду.

В период транспортировки нижняя платформа поднята вверх и прижата к понтону верхней платформы. При этом колонны нижней и верхней платформ подняты. Максимальное возвышение их над уровнем моря не превышает 100 м (примерно такое же возвышение колонн у уста­новок, рассчитанных на глубину моря 70 м).

Понтоны в нижней части нижних колонн обеспечивают дополни­тельную плавучесть всей системы и удерживают нижнюю платформу в поднятом положении.

Установка платформы на точку производится в две стадии. Снача­ла опускают колонны нижней платформы до уровня реек, по которым производится подъем платформы, затем опускают колонны верхней плат­формы, одновременно с ними нижняя платформа опускается до упора ко­лонн в дно. На второй стадии подъема включаются гидравлические подъ­емники нижней платформы, производится задавливание колонн в грунт и затем - подъем верхней платформы по ее колоннам в рабочее положение.

Гидравлические подъемники четырех колонн нижней подводной платформы работают автономно, и в случае неоднородности грунта вели­чина погружения колонн автоматически регулируется, обеспечивая про­ектную несущую способность.

В случае просадки какой-либо из колонн в результате вибрации, перегрузок или в период шторма подъемники нижней платформы произ­водят корректировку.

Благодаря расчленению колонн и введению дополнительной жест­кой платформы изгибающие моменты в колоннах нижней части сократи­лись в три раза по сравнению с их величиной, которая могла иметь место в равных условиях при сохранении существующей схемы сооружения. Изги­бающие моменты в колоннах верхней части, благодаря защемлению обоих концов и сокращению длины, уменьшаются в 10 раз, что позволяет запро­ектировать конструкции более экономно. Колонны нижней части платфор­мы имеют четыре ветви, расставленные на расстоянии 8,4 м в осях, колон­ны верхней части выполняются из трех ветвей. Помимо сокращения веса, с уменьшением числа стержней колонн уменьшаются волновые нагрузки. Общая масса верхних колонн - 1830 т, нижних - 4100 т. Общая масса всего сооружения в сухом состоянии - 17000 т. Размеры верхней платформы в плане 40 х 40 м, общая длина с учетом вылета вертолетной площадки и подвышен­ного постамента составляет 84 м. Размеры нижней платформы 72х 72 м, высо­та ее ферм 15 м. Платформа предназначена для установки на глубинах моря

102

до 150 м, рассчитана на нагрузки от воздействия волны высотой 18,5 м с периодом в 16 с, длиной 390 м, при скорости ветра до 62 м/с. Установка может быть использована в Мексиканском заливе, а также в более суровом Северном море.