Расчет нагрузок на блок проводника на Голицынском месторождении в Черном море

monopod.cdw

2 лист.bak.cdw

Додаток В.doc

Розрахунок навантаження від хвиль Стокса на вертикальний елемент
Для перших двох опор
Швидкість розповсюдження хвилі:
Навантаження від хвилі Стокса
Знайдемо навантаження на одну колону

БК на Голицинському.doc

Кліматичні умови району експлуатації МНС ..
сторія розвитку морської нафтогазової справи
Морські нафтогазові споруди
Навантаження на морські нафтогазові споруди ..
Розрахунок навантажень від вітру
Розрахунок навантажень від течії
Розрахунок навантажень від хвиль Ері та Стокса ..
Розрахунок навантажень від льоду ..
Розрахунок навантажень від наносів ..
Вибір основних типорозмірів споруди ..
Перелік літературних джерел .
В наш час нафта і газ отримали широке застосування в усіх галузях народного господарства тому при загальному спаді видобутку нафти і газу в Україні дуже великі перспективи розвитку нафтогазової промисловості покладені на розробку родовищ континентального шельфу Чорного моря.
В акваторіях Чорного та Азовського морів існують сприятливі геологічні умови для формування і збереження родовищ нафти і газу зокрема: великі товщі осадового чохла (до 15 – 20 км) на прикерченському шельфі; літологофаціальні різновиди осадових порід; наявність у розрізі горизонтів колекторів та покриттів; поширення структур сприятливих для формування пасток вуглеводнів.
Станом на 1987 рік на балансі об`єднання “Чорноморнафтогаз” знаходилось 8 газових родовищ: Джанкойське Задорненське Стрілкове Шмідта Південно-Голіцинське Кримське Північно-Керченське і Морське; а також 3 газоконденсатних - Голіцинське Штормове і Фонтановське є 1 нафтове - Семенівське.
На даний час в промисловій розробці на шельфі Чорного моря знаходяться 4 родовища: Голіцинське Штормове Шмідта і Архангельське. На фельфі Чорного моря зараз ведеться будівництво МСП для розробки та експлуатації Одеського та Безіменного родовищ. Складається проект на розробку Субботінського нафтового родовища.
Експлуатація Штормового газоконденсатного родовища переходить на заключну стадію розробки яка характеризуеться обводненням свердловин великими втратами пластової енергії і випаданням на вибої свердловини газового конденсату.
З кожним роком іде поступове зменшення темпів відбору газу і конденсату. Це пов`язано з погіршеним станом привибійних зон свердловин які забруднені як породою і конденсатом так і фільтратом рідин що застосовуються при проведенні підземних ремонтів; на вибоях свердловин спостерігаються скупчення пластової води і конденсату. Дуже часто трапляються прихоплення колони ліфтових труб піщаними пробками тобто режим експлуатації свердловин обраний не завжди вірно значення депресії на пласт перевищуе межу руйнування порід а недостатньо велика швидкість підйому флюїду на поверхню сприяє осіданню піска на вибої. Тому свердловини потребують проведення процесів інтенсифікації припливу (СКО ГРП водоізоляційні роботи роботи по вилученню рідинних пробок) для збільшення коефіцієнту кінцевого газовилучення.
Метою даного курсового проекту є розрахунок навантажень на спроектований блок-кондуктор типу «Монопод» який буде розташовуватись на Голіцинському родовищі в Чорному морі.
Кліматичні умови району експлуатації МНС
Голіцинське газоконденсатне родовище знаходиться в північно-західній частині шельфу Чорного моря. Глибина моря в районі родовища змінюється в межах від 29 до 45 м. Рельєф дна рівний з нахилом який не перевищує 2 мкм.
Найближчою ділянкою суходолу є Тендерівська коса яка розташована на відстані 50 км на північ від району робіт. Кримський берег розташований на відстані 60 км. Основними крупними промисловими центрами які знаходяться у відносній близькості від родовища є міста Херсон Миколаїв і Одеса. Одеса розташована на відстані 125 км від району розташування газових свердловин. Селище Чорноморське — на відстані 75 км.
Родовище розташоване в межах північного борту Каркинітського прогину утвореного карбонатами крейдової системи і карбонатно-глинистими утвореннями палеогену і неогену.
За кліматичними особливостями північно-західна частина моря відноситься до помірно-континентальної зони яка характеризується м'якою вологою зимою і теплим літом. Середня температура січня - 26 -3°С. Літом температура підвищується до 32°С. В січні - лютому температура повітря на протязі декількох діб може знижуватись до -5 - -10°С.
Кількість осадів які випадають за рік складають 300 мм.
Покриття кригою поверхні моря в районі підняття Голіцина не спостерігається.
Однак в особливо суворі зими можлива поява крижаного покриття і крижаних зсувів. В такі зими необхідно передбачити чергування криголамних судів.
Переважаючий напрямок вітрів зимою північний і північно-східний з середніми швидкостями 3-8 мс. Влітку вітри за напрямком є непостійними їх середні швидкості складають 2-5 мс. Шторми спостерігаються переважно зимою (3-8 днів на місяць). Висота хвилі під час шторму 5-8 м.
Глибина акваторії на Голіцинському родовищі становить 30-34 м. розрахункова висота хвилі з 1% забезпеченості ( 1 раз в 100 років ) становить 125 м при цьому довжина хвилі складає порядка 150 м. Густина морської води в середньому дорівнює 1026 кгм3.
Морські течії в районі родовища мають південне спрямування зі швидкістю 0.3-0.5 вузла.
Соленість морської води в акваторії Голiцинського родовища 3-5 .
сторія розвитку морської нафтогазової справи
Виснаження найбільш доступних і багатих родовищ на суші труднощі пов’язані з видобуванням вуглеводнів у віддалених і неосвоєних районах та зростаючі потреби в паливі зумовили необхідність освоєння шельфу. Перші морські свердловини були пробурені в каспійському морі (1924 р.) із штучної території і в Мексиканській затоці (США 1933 р.) з плаваючої баржі. нтенсивні пошуково – розвідувальні роботи на шельфі і перші успіхи в цій справі припадають на 60 – ті роки. На шельфі світового океану відкрито понад 1700 родовищ нафти та газу. Розвідування глибоководної частини шельфу континентального схилу та океанічного ложа все ще гальмується що пояснюється відсутністю техніки іншими технічними ознаками. Згідно з прогнозами зарубіжних геологів надра світового океану містять до 350 млрд.т нафти. Середні запаси нафти в морських родовищах приблизно вдвічі більші ніж в континентальних покладах але й витрати на освоєння морських родовищ в декілька разів більші ніж на суші.
У 1958 році роботи на морських нафтопромислах проводили тільки чотири країни. В 1960 році пошуки нафти і газу на шельфі здійснювало 15 країн а у 1973 р. – близько 100 країн проводило пошуково - розвідувальні роботи і 25 з них уже видобувають нафту і газ у морі.
До початку 70-х років видобуток нафти та газу обмежувався глибинами 100 110 м і відстанню від берега до 150 км. Сьогодні у світі щороку вибурюють до тисячі пошуково розвідувальних свердловин. Глибина і віддаленість від берега значно впливають на вартість буріння свердловини.
Освоєння ресурсів вуглеводнів акваторій Чорного та Азовського морів розпочалося понад 20 років тому але здійснювалося дуже повільно.
Сьогодні в Українському секторі акваторії Чорного моря відкрито сім газових і газоконденсатних родовищ; в Українському секторі Азовського моря – три газових родовища одне з яких частково розташоване на суходолі. Поточні розвідані запаси вуглеводнів в акваторіях України станом на 01.01.95 рік становлять 471 млн. т умовного палива зокрема 458 млрд.м3 природного газу і 13млн т газового конденсату. Видобуток газу з морських родовищ у 1994 році становив 564 млн.м3 поточні розвідані запаси і видобуток газу на морських родовищах становлять 3 % від загальноукраїнських показників.
Однак потенційні перспективи нафтогазоносності морських акваторій України значно перевищують досягнутий рівень освоєння їх ресурсів. Зокрема в морських акваторіях прогнозується майже 30 % неосвоєних ресурсів вуглеводнів України.
Чорне та Азовське моря є внутрішніми морями Атлантичного океану. У глибоководному басейні Чорного моря виділяється шельф континентальний схил континентальне підніжжя та абісальне ложе дна улоговини. Киснем насичений тільки верхній (50 100 м) шар моря глибше 250 300 м його взагалі немає. На глибині 150 200 м вода містить сірководень внаслідок чого понад 85 % об’єму водяної маси є “мертвою” зоною. Азовське море є неглибокою (до 14 м) водоймою з невисокими береговими схилами.
В акваторіях Чорного та Азовського морів існують сприятливі геологічні умови для формування і збереження родовищ нафти і газу зокрема: великі товщі осадового чохла (до 15 20 км) на прикерчинському шельфі; літолого фаціальні різновиди осадових порід; наявність у розрізі горизонтів колекторів та покриттів (флюїдоутримувальних порід); поширення структур сприятливих для формування пасток вуглеводнів.
Рисунок 2.1 – Обзорна карта родовищ
Станом на 01.01.95 р. початкові сумарні видобувні ресурси Українського сектора акваторій становлять 15319 млн.т умовного палива:
північно – західний шельф Чорного моря 6041 млн.т (39 %)
прикерчинський шельф Чорного моря – 257 млн.т (17 %)
континентальний схил та глибоководна западина 346 млн.т (23 %)
Левова частка серед потенційних ресурсів вуглеводнів у акваторіях припадає на природній газ (12944 млн.м3 або 85 % від суми вуглеводнів). На нафту припадає 115 млн. т (8 %) на газовий конденсат – 100 млн. т (7 %).
Першим промисловим відкриттям що підтвердило перспективи нафтогазоносності морських акваторій України стало Стрілкове родовище виявлене в 1963 році яке знаходиться в промисловій розробці з 1976 року і Голіцинське в Чорному (розробляється з 1983 року).
Ще два родовища Чорного моря перебувають у дослідно - промисловій експлуатації: Архангельське (з 1992 року) і Штормове ( з 1993 року). Сумарний видобуток за весь період розробки становить близько 95 млрд.м3 природного газу і 236 тис. т конденсату причому 78 % газу і 90 % конденсату видобуто з Голіцинського родовища. Вводяться в експлуатацію Одеське та Безіменне газові родовища. В стадії проектування знаходиться Субботінське нафтове родовище.
Сьогодні сейсморозвідувальні роботи в морських акваторіях виконує ДГП “Одесаморгеологія” Держкомгеології України а буріння пошукових розвідувальних та розробку родовищ здійснює ДАТ“Чорноморнафтогаз” Дернафтогазопрому.
Державною програмою України планується до 2010 року ввести в глибоке буріння 86 локальних піднять. Сумарний обсяг пошуково - розвідувального буріння за прогнозований період 1996-2010 рр становитиме 7972 тис м3 546 тис м3 – газу і 2512 тис м3 нафти.
Беручи до уваги обрунтовану у програмі ефективність геологорозвідувальних робіт сумарний приріст розвіданих запасів в період 1996-2010 рр. становитиме 247 млрд.м3 природного газу і 63 млн.т нафти.
Морські нафтогазові споруди
Морська стаціонарна платформа – унікальна гідротехнічна споруда призначена для установки на ній бурового нафтопромислового і допоміжного обладнання яке забезпечує буріння свердловин видобуток нафти і газу їх підготовку а також обладнання і системи для проведення інших робіт пов’язаних з розробкою морських нафтових і газових родовищ.
При розробці морських родовищ є 2 фактори які визначають напрямок робіт в області проектування і будівництва гідротехнічних об’єктів в морі. Перший фактор – це велика вартість робіт. Другий фактор – це обмеження які накладаються умовами навколишнього середовища.
Ці фактори відіграють важливу роль при виборі рішень при проектуванні і конструюванні МСП виборі обладнання способів будівництва і організації робіт в даній акваторії моря. Таким чином МСП є індивідуальними конструкціями призначеними для конкретного району робіт.
Всі типи і конструкції МСП розрізняють за наступними ознаками: способом опирання і кріплення до морського дна типом конструкції за матеріалами та іншими ознаками.
За способом опирання і кріплення до морського дна МСП бувають:
- гравітаційно – пальові
- маятникові і натяжні
За типом конструкції:
За матеріалом конструкцій: металічні залізобетонні і комбіновані.
Основними ознаками класифікації МСП є: розміщення обладнання (підводне надводне і комбіноване) спосіб монтажу характер деформації опор тип конструкції опір зовнішнім діям статична і динамічна жорсткість характер кріплення матеріал спосіб транспортування монтаж опорних частин.
МСП які закріплюють до морського дна палями являють собою гідротехнічну металічну споруду що складаються з опорної частини яка закріплена до морського дна палями і верхньої будови укомплектованої комплексом технологічного обладнання і допоміжних засобів що встановлені на опорну частину МСП.
Рисунок 3.1 – Жорстка МСП
В холодній кліматичній зоні в основному застосовують МСП баштового типу спеціальної для цієї зони конструкції. Вона складається: квадратного корпуса який опирається на 4 циліндричні опори які виготовлені з морозостійкого заліза.
Опорні колони посилені внутрішньою трубою і рядом горизонтальних діафрагм і вертикальних ребер жорсткості які служать опорою палуби платформи. Підводна частина платформи зв’язана знизу горизонтальними і діагональними трубчастими елементами.
Рисунок 3.2 – МСП баштового типу
Гравітаційні МСП також належать до жорстких. Вони відрізняються від металічних пальових МСП за конструкцією матеріалами і конструкціями виготовлення способом транспортування встановлення в морі.
Загальна стійкість ГМСП при дії зовнішніх навантажень від хвиль і вітру забезпечується їх власною вагою і масою баласту тому немає необхідності їх кріпити до морського дна палями. ГМСП застосовують в акваторіях морів де міцність основи грунту забезпечує надійну стійкість споруди.
При проектуванні МСП статичну міцність конструкції розраховують від дії максимальних навантажень які повторюються один раз в сто років а також здійснюють перевірочний розрахунок на динамічні і статичні навантаження. В цьому випадку при проектуванні глибоководних МСП традиційним методом втомна і динамічна міцність досягається посилення опорної башти за рахунок збільшення розмірів її елементів або розширення її поперечного перерізу з метою збільшення періоду власних її коливань і зниження осьових навантажень в її елементах.
Пружною баштою називають відносно тонку стальну просторову ферму із стержнів з довільно рівномірною віддаллю між горизонтальними поясами. Навантаження від навколишнього середовища і гравітаційні сили які діють на пружні МСП передаються на палі відтяжки і понтони.
Рисунок 3.3 – Пружня МСП
Гравітаційно - пальові МСП.
Гравітаційно – пальові МСП не зрушуються з місця установки завдяки не тільки власній візі конструкції але і за рахунок додаткового закріплення палями опорної частини їх до морського дна. Ці МСП бувають різних конструкцій як за конфігурацією споруди так і за сполученням матеріалів що використовують.
Рисунок 3.4 – Гравітаційно-пальова МСП
Гравітаційно – пальові основи при глибині моря понад 300 м в більшості випадків мають форму триноги. Конструкція опорної частини складається із центральної колони великого діаметра приблизно 15 м підтримується трьома похиленими опорами діаметром приблизно 8 м. Товщина стінки всіх колон приблизно 160 мм.
Перевагами блок-кондукотрів типу «Монопод» є облегшена і досить проста конструкція яка дозволяє встановлювати блок без використання дорогих вантажо-підіймальних засобів при відносно великій швидкості проведення всього комплексу робіт.
Навантаження на морські нафтогазові споруди
Навантаження що діють на МСП розподіляються на постійні і тимчасові (довготривалі короткочасні і випадкові).
Постійними називаються навантаження які в своїх нормативних і більш високих значеннях при будівництві і експлуатації споруд діють постійно.
Тимчасовими називаються навантаження які в окремі періоди часу і експлуатації можуть бути відсутні.
Постійні навантаження включають вагу металоконструкції опорної частини і верхніх будівель дії попередніх напружень конструкції.
До тимчасових довготривалих навантажень відносять: вага технологічного обладнання систем комунікації систем управління і інших технічних засобів встановлених на МСП; вага бурильного інструменту бурильних колон вантажопідіймальних засобів для різних вантажів.
Короткочасними навантаженнями є: вітрові хвильові навантаження від течії руху кораблів вертольотів монтажні і будівельні.
До особливих відносять навантаження від сейсмічних дій.
Навантаження від хвиль.
Відомо що характер хвильового процесу залежить від глибини водойми.
Розглядають 4 основні зони розвитку хвильових коливань:
У глибоководній зоні дно практично не впливає на характер хвилювання. Частини рідини здійснюють рівномірний рух за колом з незначним переміщенням вперед.
У мілководній зоні проходить безперервна зміна характеру руху хвиль.
В прибійній зоні характер хвилювання різко змінюється. Поряд з хвилюваннями частин води відбувається яскраво виражений поступальний рух до берега а траекторія руху частин має петлеподібний характер.
В приурізовій зоні відбувається кінцеве руйнування хвиль.
Ці теорії хвилювання використовуються в гідродинамічних розрахунках і розглядають морське хвилювання як послідовність однакових синусоїдальних триїдальних або більш складного профілю хвиль які не змінюються ні в просторі ні в часі.
В залежності від типу споруди навантаження від хвилі можуть розглядатися як статичні квазистатичні або динамічні але визначальним буде співвідношення частоти збурюючої сили і частоти власних коливань споруди.
Навантаження від льоду.
Льодові навантаження виникають при взаємодії льоду і гідротехнічних споруд континентального шельфу. Складність характеру взаємодії льоду зі спорудами а також особливості фізико – механічних властивостей льоду призвели до того що в даний час відсутні строгі теоретичні рішення які
дозволяють точно визначити льодові навантаження.
При визначенні льодових навантажень необхідно вирішувати два основних питання: перше – на основі аналізу вибрати розрахункову формулу льодового утворення друге – необхідно визначити фізичну картину взаємодії льодового утворення вибраного типу і його міцнісні характеристики.
В загальному випадку акваторію можна поділити на зони: в першій зоні зоні припайного льоду лід практично нерухомий внаслідок його зв’язку з берегом прибережними островами мілинами і т. д. Характерними для цієї зони є наявність значних ділянок малодеформованих так званих льодових полів особливо в бухтах затоках і інших мілких місцях захищених акваторій. Друга зона транзитна може мати ширину від 0 до декількох десятків кілометрів. В цій зоні можуть крім льодів характерних для першої зони з’являтися дрейфуючі пакові льоди.
Необхідно підкреслити що для правильної оцінки льодової обстановки треба розглядати як зимовий так і літній періоди року. Так наприклад в окремих випадках в літній період року в зоні припайного льоду можлива поява дрейфуючих пакових льодів.
При визначенні появи тієї чи іншої форми льоду в даному районі для різних сезонів року найбільш корисними є методи теорії ймовірності. але при цьому треба мати дані за тривалий період по напрям руху і швидкість льоду про характеристику тористистих утворень.
При будь яких способах взаємодії льоду і споруд основними факторами які визначають льодове навантаження на споруду є:
геометричні розміри які визначають характер льодового утворення;
міцнісні характеристики льодового утворення;
характер руйнування який визначається геометричними особливостями споруди;
швидкість переміщення льодових утворень відносно споруди;
величин сил які викликали дрейф льодових утворень;
розміри льодових утворень і розміри споруди.
При достатньо великих поперечних розмірах споруди і розмірах льодового поля буде проходити руйнування льоду при якому споруда буде прорізати лід. Взаємодіючи із спорудою лід буде руйнуватися або від роздрібнення на контакті із спорудою або від згину.
Навантаження від вітру.
Навантаження від вітру складають істотну частку в загальному навантаженні на споруду на шельфі особливо коли розглядаються глибоководні споруди. В цьому випадку рівнодіюча вітрового навантаження прикладена на великій віддалі від дна і тим самим створює значний момент який значно впливає на розподіл зусиль в елементах конструкції споруди напруження в основі і загальну стійкість споруди.
Вітрове навантаження на споруду визначається як сума статичних і дина- мічних складових. Статична складова відповідає усталеному швидкісному напору і враховується і всіх випадках.
Динамічна складова викликається пульсацією швидкісного напору і повинна враховуватись при розрахунку споруди з періодом власних коливань понад 025 с або при практичних розрахунках більшості споруд континентального шельфа.
Сейсмічні навантаження.
Норми СніП 11 – Л. 12 – 69 встановлюють спеціальні вимоги до проектування споруди що будується на ділянках з сейсмічністю 78 і 9 балів на яких передбачаються можливі пошкодження окремих елементів конструкції котрі не загрожують безпеці людей або збереженню цінного обладнання.
Сейсмостійкість споруди забезпечується:
-спеціальними конструктивними заходами
-відповідним розрахунком конструкцій
-якісним виконанням будівельно – монтажних робіт.
Проектування споруд для сейсмічних районів повинно проводитись з дотриманням наступних принципів: застосування конструкцій мінімально – можливої маси; в спорудах маса і жорсткість повинні бути рівномірно розподілені; основні несучі конструкції повинні бути монолітними і однорідними стики потрібно розміщувати подалі від зони максимальних зусиль; при проектуванні металічних і залізобетонних споруд необхідно передбачити заходи які б забезпечили можливість розвитку в вузлах і елементах пластичних деформацій що значно підвищують їх опір від дії короткочасних сил.
При розрахунку на сейсмічність навантаження від вітру та динамічна дія від обладнання не враховується.
При проектуванні конструкції необхідно враховувати що сейсмічні сили можуть мати будь – який напрям в просторі. Сейсмічні сили при розрахунку споруд приймають як правило такими що діють горизонтально в напрямках повздовжніх і поперечних осей.
Рисунок 4.1 – Схема навантажень що діють на МСП
Розрахунок навантажень від вітру
Вихідні дані: V вітру = 95 мс.
Вітрові навантаження що діють на морські гідротехнічні споруди складаються з вітрових навантажень що діють на окремі її частини. Для кожної частини споруди або елементів опорної основи резервуарів житлового блока вітрове навантаження викликане в’язким тертям потоку повітря при обтіканні перепони і різницею тисків з навітреної і підвітреної сторони.
Визначимо вітрові навантаження:
для вертикальних елементів споруди вітрове навантаження визначатимемо за формулою:
де С – безрозмірний коефіцієнт опору (вибираємо по таблиці 5.1);
А – площа парусності елемента споруди м2
V – швидкість вітру мс.
Таблиця 5.1-Значення коефіцієнту С
Балка прямокутного перерізу
Стіна житлового блока
Виступаючі частини платформи
- для елементів споруди які нахилені по відношенню до напрямку вітру то вітрове навантаження визначаємо за формулою:
де r - густина повітря r = 1226 кгм3
a - кут між напрямом вітру і нормаллю до поверхні перепони.
Знайдемо площу парусності елементів споруди. Основним елементом який сприймає вітрове навантаження є опорна колона. Тому подальшиі обрахунки будемо виконувати саме для неї.
Для циліндричних елементів основи платформи площу парусності визначимо за формулою:
деL – довжина елемента м
D – діаметр елемента м
вертикальні елементи опорної частини: L = 15 м D = 3 м:
Підставивши значення у формулу (5.2) ми отримаємо такі значення вітрових навантажень:
вертикальні елементи:
Отже просумувавши отримані величини ми отримаємо загальне вітрове навантаження яке виникає на МСП:
Навантаження від течії
Течія належить до порівняно постійних за характером руху мас води і є результатом припливних явищ вітрового нагону річкового стоку. Найчастіше течії що враховуються при розрахунках морських гідротехнічних споруд пов’язані з припливними і вітровим нагоном. Як в одному так і в другому випадках течії приймають горизонтальними за напрямом і змінними із збільшенням глибини.
Величина і напрям припливної течії на поверхні зазвичай оцінюється за вимірами в природних умовах на передбачуваному місці установки споруди. При цьому напрям течії змінюється відповідно до підйому або зниження рівня води. На противагу цього течія від вітрового нагону переважно оцінюється розрахунковим шляхом причому приймається що швидкість такої течії дорівнює 1% від швидкості вітру на висоті 10 м над поверхнею води. В інженерних розрахунках часто приймають що зміна швидкості припливної течії з глибиною може бути записана за формулою
Обрахунки приведені графіками (Додаток А)
Згідно з обрахунками отримали наступне значення:
Розрахунок навантажень від хвиль Ері Стокса та
Під морськими хвилями розуміють рух по поверхні моря в нерегулярній послідовності вершин і впадин. У інженерній практиці для розрахунку дії хвиль на споруди розглядають окрему хвилю зумовлену екстремальними штормовими умовами або використовується статичне уявлення про паро хвилювання при тих же умовах. У двох випадках необхідно встановити зв’язок між характеристиками хвилювання і швидкостями прискореннями та тисками у воді. Для цього використовують відповідну теорію хвиль.
Порівняно проста теорія руху хвиль відома як теорія Дж.Б.Ері розроблена у 1842 р. Вона побудована на уявленні про синусоїдальний профіль хвилі і малої висоти хвилі H порівняно з її довжиною і глибиною води h.
h – глибина акваторії
Рисунок 7.1 Позначення параметрів хвилі
Терію хвиль Ері використовують переважно в попередніх розрахунках навіть при таких висотах хвиль за яких можливі пошкодження конструкції. Вона заснована на положенні про малу висоту хвилі порівняно з її довжиною і глибиною акваторії. Для більш точних розрахунків використовують теорію хвиль Стокса за умови що довжина хвилі менша 01 глибини. Для більш довгих хвиль рекомендується теорія кноїдальних хвиль.
Рисунок 7.2 – Діаграма застосування хвильової теорії Ері (1) з похибкою до 10% порівняно з більш точними теоріями Стокса (2) і кноїдальних хвиль (3)
Діаграма на рисунку 7.2 може бути використана не тільки для встановлення області застосування тієї або іншої хвильової теорії а також для оцінки результатів похибки які отримують за теорією Ері.
Розрахунок навантаження від хвиль будемо робити за двома теоріями: Ері та Стокса. Розрахунок цих показників наведений у додатках ( Додаток Б та Додаток В).
На основі розрахунків отримали такі дані:
FC = 3885*106 МН (7.1)
З двох отриманих значень вибираємо найбільше.
Отже Fхв = Fс = 3885*106 МН
Розрахунок навантажень від льоду
Льодові навантаження відіграють значну роль у певних районах експлуатації споруди а особливо в полярних районах де льодові поля мають велику товщу і зміщуючись з припливами створюють на опорні колони значні тиски.
Зусилля що виникає при руйнуванні льоду спорудою можна визначити за залежністю:
деfp – міцність льоду на роздріблення;
С – коефіцієнт пропорційності;
А – площа контакту опори з льодовим утворенням
Типові значення коефіцієнта С знаходяться в межах від 03 до 07 а для fp вони знаходяться в межах від 14 до 35 МПа.
В даному курсовому проекті на споруду діє навантаження від льоду який має товщину: hл = 005 м а зовнішній діаметр: dзовн = 3 м.
Прийнявши С=05 а fp = 20 МПа ми отримаємо таке значення льодового навантаження:
Розрахунок навантажень від наносів
Навантаження від наносів можуть виникнути в результаті ковзання наносів з підстилаючими грунтами в місці експлуатації споруди а особливо в районі дельти річок де м'які грунти постійно виносяться разом з річковими стоками (рис. 9.1).
Рисунок 9.1 – Дія наносів на МСП
Навантаження на одиницю опорної колони яка прорізає шар наносів знаходиться за формулою
де N — коефіцієнт пропорційності;
— межа текучості грунтуна зсув;
Типові значення N знаходяться в межах від 7 до 9. Міцність на зсув м'яких відкладів встановлюються експериментальним шляхом за випробуваними зразками взятими на місці експлуатації споруда.
Типові значення знаходяться в межах від 5 до 10 МПа.
Так як шар наносів може бути достатньо потужним то навантаження на опорні колони розглядають як розподілені. В цьому вони відрізняються від льодових навантажень які як правило через невелику товщину льоду вважаються зосередженими.
Зосереджене напруження визначається за формулою:
приймаємо для подальших розрахунків наступні значення:
Згідно формули 9.1 розраховуємо розподілене навантаження яке на одиницю довжини опорної частини споруди:
Тоді за відомою товщиною наносу за формулою 9.2 ми знайдемо:
Вибір основних типорозмірів споруд
В основу вибору покладено розрахунок вертикального елемента фермової основи споруди на міцність.
Умова міцності має вигляд:
[T] – границя текучості матеріалу
Для сталі [] = 700 МПа
Розглянемо елемент основи як вертикальний стержень закріплений знизу нерухомим шарніром а зверху – рухомим.
Всі розрахунки наведені в додатку Г.
Епюри сил та моментів що діють на вертикальний елемент фермової опори представлені на аркуші А1. З епюри обираємо максимальний момент що діє на елемент.
Момент опору перерізу:
Wx = 314*3332 = 265 м3
Отже з умови міцності
мах = 4044*1013 265 = 152*1013 Па
Умова міцності не виконується:
Отже споруда яка запроектована не зможе витримати ті навантаження які будуть діяти на неї в процесі експлуатації.
В даній курсовій роботі здійснено розрахунок навантажень на гравітаційно-пальову МСП на Голіцинському родовищі в Чорному морі. Розрахували навантаження від вітру льоду течії хвиль та наносів що діють на опорну колону. В результаті обрахунків отримали наступні значення:
Навантаження від вітру Fвітр = 109 кН
Навантаження від течії Fтеч =75*104 Н
Навантаження від хвиль Fхв = 3885*1012 МН
Навантаження від льоду Fл = 015 МН
Навантаження від наносів Fн = 168 МН
Як бачимо з обрахунків основне навантаження яке діє на спроектовану споруду – це навантаження від хвиль. Це зумовлено великою опорною колоною за рахунок якої МСП утримується на місці встановлення. Уникнути цього явища можна шляхом зменшення діаметра опорної колони використавши при цьому більш міцні матеріали щоб міцність колони вцілому не зменшилась або використати опорну колону перемінного діаметру – більший знизу менший – зверху щоб зменшити навантаження від хвиль. Також можна встановити додаткові відтяжки щоб передати на них частину хвильового навантаження.
Перелік використаної літератури
Яремійчук Р.С. Качмар Ю.Д. Освоєння свердловин: Практикум.- Львів: Світ !997
Яремійчук Р.С. Возний В.Р. Освоєння та дослідження сведловин.- Львів: Оріяна-Нова 1994
Довідник з нафтогазової справи. За заг. ред. В.С.Бойка Р.М.Кондрата Р.С.Яремійчука. - К.: Львів 1996.
Яремійчук Р.С. Вітрик В.Г. Мороз В.М. Гідравлічні розрахунки при бурінні нафтових і газових свердловин на морі. Конспект лекцій. - вано-Франківськ 1997.
Петряшин Л.Ф. Лысяный Г.Н. Тарасов Б.Г. Охрана природы в нефтяной и газовой промышленности. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те 1984.
В.Р. Возний . Типові розрахунки в морський нафтогазовій справі : Навч. посібник. – вано-Франківськ : ФДТУНГ 1999. – 133 с.: іл. Бібліогр : 7.
М.К. льницький О.Б. Шадрин. Проектування будівництво і експлуатація морських трубопроводів. Київ. Українська книга 1997. – 174с.: 51 іл. Бібліогр.: 17.
Крижанівський М.К. льницький Р.С. Яремійчук. Морські стаціонарні платформи. – К. 1996. – 200с. іл.

Додаток А.doc

Розрахунок навантажень від дії течії
коефіцієнт опору для круглого циліндра
величина припливної течії на поверхні
течія від вітрового нагону
зміна швидкості припливної течії з глибиною визначається
епюра швидкості течії від вітрового нігону описується формулою
Навантаження течії від вітрового нагону
Навантаження від припливної течії
Таким чином для розрахункового регулярного хвилювання що довільно змінюється з глибиною течії визначення навантажень на споруду виконується шляхом сумування горизонтальної швидкості води обумовленої хвилюванням з складовою швидкості течії в напрямі поширення хвилі
Графік зміни навантажень від течії від вітрового нагону в залежності від глибини акваторії
Графік зміни навантажень від припливної течії в залежності від глибини акваторії
Графік зміни сумарних навантажень від течії в залежності від глибини акваторії

Додаток Г.doc

Вибір основних типорозмірів споруд
Знайдемо суму моментів всіх сил відносно точни А:
Знайдемо суму моментів всіх сил відносно точки B:
Побудову епюр сил які діють на елемент опори будемо проводити за наступними даними
Побудову моментів сил які діють на вертикальний елемент опори будемо проводити за наступними даними

Додаток Б.doc

Розрахунок навантаження від хвиль Ері
Знайдемо швидкість поширення хвилі Ері
Знайдемо відхилення хвильової поверхні від рівня стійкої води
Горизонтальна і вертикальна складова швидкості
для перших двох колон вважаючи що вони розміщені до напрямку руху хвилі Ері
Знайдемо навантаження від хвилі Ері