Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование теории и технологии строительства глубоководных трубопроводов в условиях шельфа Вьетнама

ВАК РФ 25.00.18, Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Обоснование теории и технологии строительства глубоководных трубопроводов в условиях шельфа Вьетнама"

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА

УДК 550 82 622 24 На правах рукописи

НГУЕН ВАН ШОН

ОБОСНОВАНИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ГЛУБОКОВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ ШЕЛЬФА

ВЬЕТНАМА

Специальность 25 00 18 - Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых (технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003060278

Диссертация выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им И М Губкина

Научный руководитель

- доктор технических наук , профессор Петр Петрович Бородавкмн

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Олег Борисович Шадрин

- кандидат технических наук

Владислав Валерьевич Бесхижко

Ведущая организация

- ООО «Межрегионтрубопроводстрой»

Защита состоится «ЛУ» (/^$2007 г в часов в аудитории лУ/Уна заседании диссертационного совета Д 212 200 11 в Российском государственном университете нефти и газа им И М Губкина по адресу. 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им И М Губкина

Автореферат разослан « Л » М(и5) 2007 г

Ученый секретарь диссершционного совета

Д г н , доцент

И I! Литвин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При освоении морских нефтяных и газовых месторождений возникает необходимость строить трубопроводы, причалы, подводные комплексы и различные платформы для бурения, добычи, сбора, подготовки и транспорта нефти и газа

На шельфе Вьетнама уже 30 лет эксплуатируются морские месторождения "Белый Тигр", "Дракон", "Большой Медведь", "Черный Лев", "Желтый Лев" и др На этих месторождениях построены различные МНГС на глубинах 50 - 120 м В ближайщее время будут введены в эксплуатацию морские месторождения "Лан Tay", "Лан До", "Хай Тхань", "Бунга Кеква" и др Это связано со строительством новых морских внутрипромысловых и магистральных трубопроводов, а также платформ Кроме этого, различными зарубежными компаниями (в том числе Российскими) в тесном содружестве с Петровьетнамом выполняются поисково-разведочные работы в глубоководных районах

Укладку морских трубопроводов на шельфе Вьетнама осуществляют различными способами

- протаскивание трубопровода по дну моря,

- укладка погружением с поверхности моря,

- опускание трубопровода с опор,

- укладка трубопроводов с трубоукладочиых барж без натяжения, с натяжением, со стишером и без него

В связи с освоением нефтегазовых месторождении, расположенных на больших глубинах, возникла необходимость в разработке способов, позволяющих вести укладку подводных трубопроводов на этих глубинах В будущем на шельфе Вьетнама актуальной для освоения морских месторождений на больших глубинах станет проблема укладки морских трубопроводов в сложных метеорологических и гидрологических условиях

Современные трубоукладочные суда, работающие по Б-методу, способны укладывать трубопроводы на глубине до 700 м со скоростью 3-5 км в сутки При этом с увеличением диаметра труб или глубины воды требуются все более мощные системы натяжения и крупногабаритные стингеры На практике максимальное растягивающее усилие при укладке достигает 3000 кН В свою очередь, увеличение радиуса кривизны и общей длины стингера усложняет управление и делает его более уязвимым к воздействию волн и течений Поэтому для стоительства глубоководных трубопроводов большого диаметра более принимым является так называемый .)-метод

Серьезной проблемой при укладке трубопровода так называемым .[-методом является расчет напряженного состояния труб, при котором не происходит их излом или искривление

При строительстве морских трубопроводов .1-методом напряженно-деформированное состояние (НДС) придонного участка формируется совместным действием собственного веса трубопровода, гидравлического давления, изгибающего момента Следует отметить, что методы расчета укладки трубопровода .1-методом разработаны еще недостаточно

В связи с этим особую важность и актуальность приобретает разработка методов расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода при укладке .1-методом, обеспечивающего управление процессом укладки трубопроводов в зависимости от глубины моря и скорости трубоукладочного судна

Цель работы

Целью диссертационного исследования является разработка методов расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода при укладке .1-методом в случае вертикального опускания трубы, а также при любом угле наклона оси трубопровода по отношению к поверхности моря, расчета устойчивости стенки трубопровода и расчета на переменные воздействия волн, течений и судовой качки

Для достижении этих целей поставлены и решены следующие задачи:

обоснована технология строительства глубоководных трубопроводов, укладываемых 3-методом с учетом природных воздействий (волн, течений, ветра, судовой качки),

выполнен вероятностный расчет параметров волн, разработан метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке ,1-методом в случае вертикального опускания трубы,

разработан метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке ,1-методом в случае любого угла наклона оси трубопровода,

разработан метод расчета устойчивости стенки трубопровода при укладке ,1-методом,

разработан метод расчета прочности стояков и трубопроводов, укладываемых ,1-методом на переменные воздействия волн, течений и судовой качки

Научная новизна диссертационной работы

Разработанный метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке ,1-методом в случае вертикального опускания трубы позволяет определить конфигурацию, изгибающие моменты, поперечные силы в различных сечениях трубопровода

Разработан метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке .(-методом для любого угла наклона оси трубопровода Это позволяет определить пространственное положение трубопровода, углы поворота сечений, а также изгибающие моменты, поперечные силы в различных сечениях трубопровода

Разработан метод расчета устойчивости стенки трубопровода при укладке ,1-методом на внешнее давление воды

Разработан метод расчета прочности стояков и трубопроводов, укладываемых .1-методом на переменные воздействия волн, течения и судовой качки

Основные защищаемые положения

- Метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке .1-методом в случае вертикального опускания трубы,

- Метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке .1-методом в случае любого угла наклона оси трубопровода, который также позволяет определить конфигурацию и напряженно-деформированное состояние трубопровода,

- Метод расчета устойчивости стенки трубопровода при укладке .1-методом,

- Метод расчета прочности трубопроводов укладываемых, .1-методом на переменные воздействия волн, течений и судовой качки

Практическая ценность работы

1 Разработанные в диссертации методы расчета параметров трубопровода и технология укладки .(-методом позволяют обеспечить безаварийную укладку трубопроводов на больших глубинах, а также контролировать и управлять процессом строительства трубопровода на этих глубинах

2 Материалы исследований используются в учебном процессе для обучения студентов по специальности "Морские нефтегазовые сооружения"

Апробации результатов работы

Основные положения и результаты диссертации докладывались на международной научно-технической конференции "Нефть, газ Арктики" в июне 2006 года и на 7-й научно-технической конфереции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» в январе

2007 года Материалы диссертации используются в работах, выполняемых в корпорации "Петровьетнам"

Публикации

Автором опубликовано 3 статьи по теме диссертации в различных научно-технических журналах, в том числе и включенные в список ВАК для обязательной публикации

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, принятых сокращений, списка использованных источников из 47 наименований Содержание работы изложено на 121 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 13 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, отражены цель работы, научная новизна, основные задачи и практическая згачимость рерультатов исследований

В первой главе показано современное состояние освоения шельфа Вьетнама, представлены общие сведения о МНГС и перпективы их развития на шельфе Вьетнама

Приведен краткий обзор природно-климатических условий шельфа Вьетнама, сведения о глубинах Южно-Китайского моря, температуре, донных фунтах, ветровых режимах, отливах-приливах, течениях, волнах и тайфунах В целом вся совокупность природно-климатических условий шельфа Вьетнама должна бьпь учтена при проектировании и строительстве МНГС

Приведен анализ аварий МНГС в мире и во Вьетнаме, состояние МНГС и их элементов под действием различных факторов волн, течений, ветра, коррозии и др

Анализ аварий показывает, что они происходят из-за коррозии, педения объектов (якорей, тралов, металлических панелей и тд ), воздействия природных факторов и недостаточной расчетной обоснованности их воздействий на МНГС в процессе эксплуатации

Во второй главе приведена технология строительства глубоководных трубопроводов, укладываемых .(-методом с учетом природных воздействий (судовой качки, ветра, течений, волн) Рассмотрены операции по доставке труб, сварке, покрытию и контролю качества труб, а так же перемещению трубоукладочного судна (баржи)

Рассмотрены различные виды качки трубоукладочного судна в процессе укладки трубопроводов Наибольшие напряжения в трубопроводе возникают при следующих видах качки баржи вертикальной, килевой и продольно-горизонтальной Остальные виды перемещения баржи бортовая качка, колебания вокруг вертикальной оси и в поперечно-горизонтальном направлении оказывают значительно меньшее влияние на напряженное состояние трубопровода и ими можно пребречь

Положение судна по отношению к трубопроводу при различных видах колебаний и различных частотах возмущающей ситы имеет многообразные сочетания Ветровые нагрузки складываются из нагрузок, приходящихся на отдельные части и элементы МНГС Для каждой части МНГС ветровая нагрузка обусловлена воздействием потока воздуха при обгекании преграды

Ветровые нагрузки, действующие на МНГС, зависят от скорости ветра, его направления, аэродинамических параметров сооружений и их элементов

Течение является результатом приливных явлений, ветрового нагона и речного стока Чаще всего течения, которые учитываются в расчетах МНГС, связаны с ветровым нагоном Течения обычно предполагаются горизонтальными по направлению и изменяющимися с увеличением

глубины Течения вызывают размыв грунта под основанием МНГС, что приводит к колебанию и разрушению МНГС и их элементов

Исследованию взаимодействия волн с обтекаемыми гидротехническими сооружениями и их элементами посвящено большое количество работ как российских ученых (Д Д Лаппо, И Ш Хапьфин, А М Ибрагимов, Г Ф Красножен, А М Жуковец, Г Н Смирнов, О Б Шадрин, 10 3 Алешков, Б М Кукушкин), так и зарубежных (Дж Морисон, С Чакрабарти, К Бребиа) и др

Различные методы расчета волнового давления на обтекаемые преграды различаются главным образом тем, что их авторами используются различные теории волн, дающие неодинаковые значения скорости и ускорения v(z,t), w(z,t), и, кроме того, у исследователей нет единого подхода к определению расчетных значений скоростных коэффициентов Cv и инерционных С, Это приводит к существенным различиям в их значениях

В расчетах применяют различные теории волн теорию волн малой амплитуды (по Эри), теорию волн конечной амплитуды (по Стоксу), теорию одиночных волн (по Буссинеску и Рэлею), теорию длинных периодических (кноидальных) волн (по Кортевегу и Де-Врису), которые дают различные значения скорости и ускорения волны

Наиболее полно вопросы волновых воздействий рассмотрели в работах Д Д Лаппо Воздействие волн на МНГС по Д Д Лаппо рассчитывается с учетом разделения акваторий зоны по глубинам моря Учитывая вероятностный характер параметров волн за определенный срок, можно определить их влияние на состояние МНГС при проектировании

В третьей главе приведены методы расчета напряженного состояния морских трубопроводов, укладываемых J-методом Эти методы являются основными исследовательским материалом, на котором сформированы основные рекомендации по укладке трубопроводов, подбору расстояния придонного участка для различных глубин моря, а также регулирования скорости укладки.

В данной работе исследуется напряженно-деформированное состояние (НДС) придонного участка Важным вопросом при .(-методе становится расчет напряженного состояния труб, при котором не происходит их излом или искривление Особенность при укладке трубопровода .¡-методом заключается в возникновении наибольших моментов на участке подхода к дну и при угле поворота придонного участка, равном я/2

При строительстве морских трубопроводов .[-методом напряженно-деформированное состояние (НДС) придонного участка формируется совместным действием собственного веса трубопровода, гидростатического давления и изгибающего момента В диссертации рассмотрен метод расчета НДС трубопровода при строительстве Принято допущение о форме распределения всех сил в различных сечениях придонного участка трубопровода Эти допущения не приводят к существенному изменению действительной картины напряженного состояния

Рассмотрены НДС для различных этапов укладки Первый этап опускание трубопровода на дно моря

Максимальное растягивающее напряжение в точке В (рис 1)

где Н,„ - глубина погружения конца трубопровода, р - вес единицы длины трубопровода, Б - площадь сечения трубопровода

Вертикальное удлинение элемента с1£, в произвольном поперечном сечении трубопровода

где Е - модуль упругости материала трубы

Наибольшее вертикальное перемещение трубопровода имеет место в точке при у = НУк

_ рН

(1)

(2)

б = Р"г>-

(3)

2ЕР

Второй этап изгиб трубопровода при движении трубоукладочного судна

На рис 2 показана схема укладки трубопровода по ,1-методу На участке Н труба находится в вертикальном положении, на участке Ь образуется придонная кривая

На рис 3 показана схема сил, действующих на придонную кривую Нагрузка с](х) (отрицательная плавучесть) зависит от формы кривой, уравнение которой неизвестно Поэтому принято допущение о том, что отрица!ельная плавучесть распределена как показано на рис 4. Такое допущение не приводит к существенной погрешности, но упрощает решение задачи

£

11Ш1ЦШ

пттттпттт

гя

I

Рис 2 Расчетная схема укладки трубопровода

Рис 3 Расчетная схема придонного участка трубопровода Ч,(х)

Рис 4 Эпюра отрицательной плавучести (допущение)

Примем допущение о том, что нагрузка </(х) на участке ^ (рис 3) распределена в виде трапеции (рис 4)

Ч,(х)=хЬ. (4)

Используем для определения формы кривой придонного участка зависимость

ЕЗу|у = Ч(х)=х^+Чо, (5)

где 3 - момент инерции сечения труб

Выполняя интегрирование, получаем.

Ыуш=^у + Ч.к + С1, (6)

Ыу"=^ + Ч„у + С1х + С„ (7)

Е]у = 7"Й+Ч"Т+С'У+С>Х+С>' (8)

где С|, С2) С3, С4- произвольные постоянные, которые зависят от граничных условий

Дальнейшее решение выполняется с учетом граничных условий Для х = О, у(х) = 0, при этом условии С4 = О

Изгибающий момент в сечении х = О, М(0) = а,\У, (10)

где XV - момент сопротивления, а| - напряжение в сечении х = 0

Соответственно Сг = о^ (11)

Далее из условия Е-1уш = - находим С( =- (Я| - поперечная сила в сечении х = 0) (12)

Проектируя все силы на ось у, находим

ъ + к^^+^у. (13)

Значение Я2 определяется из условия

Ъ1=^+)^х2с1х, (14)

2 ц £

Я2 = + ^, - придольная сила в сечении х = ^ (15)

Так как = о2Р или I + № = о2Р, то (16)

К| = и + б/' (,7)

где а2 - напряжение в сечении х = £ Силу в сечении х = 0, находим с учетом (16)

я1 = а2р.М (18)

6

Аналогично, находим при х = £ При у =

= Д^ + Н^ + г^ + С^ + С,, (19)

2 24 6 2

С3 = Е.1 — - - _ с — - СЛ, (20)

2 24 6 1 2

При у = Ь,

а £* а С С £2 ИЬ= Ч^ + ^ + с, — + С2 — + С1 (21)

120 24 '6 2 2

Учитывая приведенные зависимости, находим

Яг х2

£ 2 Яг

- + ЧоХ„„, +с, =0

(22)

£ 6 2

где [Одоп] - предельное напряжение, при котором сохраняется неразрывность трубы

Определение максимальной допустимой высоты //„,,,^

Продольная сила в точке В (рис 2) С^р = Нр + 112, (?3)

О.» < ЫР (24)

Из этих формул, получаем максимально допустимую глубину

«„^Ы^, (25)

Р

а максимально допустимая глубиа укладки Нтах при этом будет

Н^у^Ь + Н™ =Ь+(26)

Р

Эти расчеты напряженного состояния при различных £ и Ь нужно провести заранее до начала работ по укладке с целью получения рекомендаций по допустимой величине £ при заданном И, что зависит от реальной глубины моря при строительстве трубопровода и заданных его характеристик Интервал длины провисающего участка трубопровода выбирается при выполнении следующих условий

>?Ьр

г * ; (27)

Ч, х2,,»,« а1 _ .

е 2 6

^6 '"2 V 6

Приведенное решение может быть использовано при проектировании технологии строительства подводных трубопроводов на больших глубинах

Расчет трубопроводов при укладке ./-методом под прошвольиым углом наклона

Укладка трубопровода на больших глубинах возможна не только при вертикальном опускании труб, но и с наклоном, например, на угол <р (рис 5)

Рис 5 Расчетная схема укладки трубопроводов на больших глубинах с произвольным углом наклона Примем допущение, что нагрузка с](х) на участке £ распределена в виде трапеции (рис 4) по формуле (5)

Как и при решении предыдущей задачи, зависимости у"'(х), у (х) у (х) и у(х) имеют вид (6), (7), (8), (9) и произвольные постоянные С|, С2, С3, С4 определяются с учегом граничных условий

Т = о2Р, (28)

Яг = Тэшф = сьРыпф, (29)

Р = Тсоэф = о2Гсозф, (30)

где а2 - напряжение в сечении х = I

Проектируя все силы на ось у, находим

Значение Я2 определяется из условия = РН+ ^ + |^-х\1х = о2РНсозср+ ^ + /ЬхМх (32)

2 о £ 2 о £

3( Н п Л

41 = ^1 "2Рыпф-а,РуС08ф--|-1 (34)

= -а^зтф (35)

При х— 0, у(х) = О, С4 = О

С| определяется по формуле (12), а С2 по (11)

Аналогично находим приx-t

У =Ч>.

а I* а I' £'

24 + 6 +С' 2+С'/ + С" (36)

а £3 а I2

с,= Шф-^— с^-с2е, (37)

у = н,

а С а а* £'

ЕЛ 1 = + + С, — + Сг — + С/ (38)

120 24 6 2

Условие проверки максимального момента по сравнению с допустимым в сечении трубопровода при укладке выполняется по формуле (22)

Расчет устойчивости стенки трубонропроводов При строительстве морских трубопроводов ,1-методом на придонном участке действуют совместно гидростатическое давление и изгибающий момент, которые вызывают потерю устойчивости цилиндрической формы равновесия оболочки трубопроводов

Продольное сжимающее напряжение от гидростатического давления определяется по формуле

- D «нет

^гмдро ~ ^ j-v2 гч2 Ягшфо» W-'j

JJ iiicui U »нут

в которой не учитывается изгибающий момент Мтах, вызывающий допольнительное напряжение в стенке труб М

ат = ±——, в сжатой области стенки, (40)

W

где Mrlux определяется по формуле (22)

Полное напряжение будет определяться как Оп = O.iwpo ± «nux (41)

На верхней образующей оболочки они суммируются (+), на нижней -вычитаются (-) (либо, наоборот, в зависимости от направления действия изгибающего момента)

Условия проверки устойчивости стенки трубопровода о„<[аД0„Ч (42)

где [аДо„у] - допустимое напряжение по устойчивости стенки трубопровода, определяемое экспериментом

В четвертой главе рассмотрено влияние волн, течений и судовой качки на напряженного состояние стояков и трубопроводов, укладываемых J-методом

Наибольшие напряжения в трубопроводе возникают при следующих видах качки трубоукладочного судна (баржи) вертикальной, килевой и продольно-горизонтальной Остальные виды перемещения баржи бортовая качка, колебания вокруг вертикальной оси и в поцеречно-горизонгальном Направлении оказывают значительно меньшее влияние на напряженное состояние трубопровода и или можно пребречь

Кроме этого, наибольшее воздействие оказывают волны и течения, имеющие перпендикулярное направление к продольной оси укладываемого трубопровода Наименьшее воздействие испытывает трубопровод от волн и

течении, имеющих направление, параллельное продольной оси трубопровода

Заменим эти нагрузки на три составляющие распределенную у-С

нагрузку от течения Я,(у) =-1-<11 = 0 при 0 < у < С|), распределенную

Н - С,

у-с, н-сг

нагрузку от волнения Ч,(у) = ^—(ц»= 0 при 0 < у < С2) и

распределенную нагрузку от судовой качки Ч«(У)= Я) в виДе

Н

треугольников (рис 6)

//////У/

Рис 6 Нагрузки, действующие на трубопровода, укладываемого .1-методом Дифференциальное уравнение трубопровода

„,(Гх „с)х2 у Л у-С,

EJ—--Т—- = —о, +У---а, ,

йу' йу2 Н4' ¿ГН-С,4,

с}и_Х £ _ ]_{ V

(1у~ЕР + а г^у,)'

(43)

(44)

где и - перемещение точек серединного слоя трубы, Р - площадь поперечного сечения трубы, Я - радиус трубы

При решении уравнений (43), (44) используем условия

1 и = 0, х = 0 при у = 0 и у = Н,

2 Му-н = Му,0 = Е.!^-^- = О

ду1

Уравнения (43), (44) можно решить также с использованием тригонометрических функций

х = Ёхк51П^Г (45>

к-1 Н

Продольная сила в соответствии с (44), (45) и первому граничному условию при у = Н будет

Т = (46)

4Н к-1

Изгибающий момент М = Шх(у)=-|Ц||х18т^ (47)

Для определения неизвестного хк умножим выражение (43) на = и возьем от полученного произведения интеграл по области

изменения у, т е от 0 до Н

у-С

Поставим (45) и (46) в (48) и используем условие ——=0 при О <у < С, (1 =1, 2) окончательное выражение будет

ВД4 х\ + Н - С. - (49)

4 ии 1 кя ^кя(н-с,Я ^ н ;

Решив (49), получим значение хк (положительное значение), а так же прогиб трубопровода по (45)

Из результатов расчета наряженного состояния трубопровода, укладываемого .^методом с учетом воздействия судовой качки, волн И

течений можно отметить, что напряжение трубопровода вызывается кроме момента М(у) по (7) еще моментом М(х) по (47) и растягивающей силой Т по (46), которые приводят к повышению напряжения трубопровода в процессе укладки Такое решение можно принять также для расчета напряженного состояния стояков, приерепляемых к платформам

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Разработан метод расчета напряженного состояния трубопровода при укладке J-методом в случае вертикального опускания трубы, который позволяет определить конфигурацию и напряженно-деформированное состояние трубопровода

2 Разработан метода расчета напряженного состояния трубопровода при укладке J-методом в случае любого угла наклона оси трубопровода, который также позволяет определить конфигурацию и напряженно-деформированное состояние трубопровода

3 Показано, что расчеты напряженного состояния трубопроводов, укладываемых на больших глубинах зависят не только от глубины укладки, но и от воздействия волн и течений, имеющих вероятностный характер

4 Разработан расчет устойчивости стенки трубопровода при укладке J-методом, позволяющий определить необходимые толыцины стенки труб, а также условия предотвращения лавинного смятия трубопровода

5 Разработан расчет трубопроводов, укладываемых J-методом и стояков на переменные воздействия волн, течений и судовой качки, позволяющие определить колебания трубопровода при укладке и его напряженно-деформированное состояние, что дает возможность обеспечить безаварийную укладку трубопровода

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Нгуен Ван Шон, Нгуен Чи Зунг - Освоение маргинальных месторождений южного Вьетнама Вестник ассоциации буровых подрядчиков, № 1, 2006, стр 20-23

2 Нгуен Ван Шон, Нгуен Чи Зунг, - Основные разрушения морских трубопроводов Техника и технология, № 1, 2006, стр 70-72

3 Нгуен Ван Шон - Определение волновых нагрузок на вертикальные цилиндры Бурение & Нефть, № 1, январь 2007, стр 21-23

4 Нгуен Ван Шон - Влияние различных нагрузок на расчет вертикальных стержней (опор), морских нефтегазовых платформ. Материалы международной научно-технической конференции "Нефть, газ Арктики" в июне 2006 года, стр 294

5 Нгуен Ван Шон - Расчеты при строительстве трубопроводов в глубоководной акватории Материалы 7-й научно-технической конфереции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" в январе 2007 года, стр 378

Соискатель

Нгуен Ван Шон

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Нгуен Ван Шон

Введение.

Глава 1. Современное состояние освоения шельфа Вьетнама

1.1. Общие сведения о МНГС и перпективы их развития на шельфе Вьетнама.

1.2. Природно-климатические условия шельфа Вьетнама.

1.3. Состояние МНГС и их элементов.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Технология строительства глубоководных трубопроводов с учётом природных воздействий.

2.1. Технология строительства морских трубопроводов

J-методом.

2.2. Судовая качка и её действия на трубопровод.

2.3. Ветровые нагрузки.

2.4. Течение воды.

2.5. Волны и их действия на МНГС.

2.6. Вероятностный расчёт волновых характеристик.

2.6.1. Функции обеспеченности высот и периодов волн.

2.6.2. Вероятностный расчёт волновых характеристик.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Укладка морских трубопроводов на больших глубинах

J-методом.

3.1. Дифференциальные уравнения изгиба трубопроводов.

3.2. Анализ методов расчёта трубопроводов, укладываемых J-методом.

3.3. Расчёт напряжённого состояния глубокоподводных трубопроводов при укладке J-методом.

3.4. Расчёт напряжённого состояния глубокоподводных трубопроводов при укладке J-методом под произвольным углом наклона.

3.5. Расчёт устойчивости стенки трубопроводов при укладке

J-методом.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Влияние волн, течений и судовой качки на напряжённое состояние стояков и подводных трубопроводов, укладываемых J-методом.^

3.1. Расчёт трубопроводов, укладываемых J-методом на переменные воздействия.

Выводы по четвёртой главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование теории и технологии строительства глубоководных трубопроводов в условиях шельфа Вьетнама"

Для освоения морских нефтянных и газовых месторождений, необходимо построить также морские нефтегазовые сооружения (МНГС) как подводные трубопроводы, причалы, подводные комплексы и различные платформы для бурения, добычи, сбора, подготовки и транспорта нефти и газа.

На шельфе Вьетнама уже 30 лет эксплуатируются морские месторождения как "Белый Тигр", "Дракон", "Большой Медведь", "Черный Лев", "Желтый Лев" и др. На этих месторождениях построены различные МНГС на глубинах 50 - 120 м. В ближайщее время морские месторождения "Лан Тау", "Лан До", "Хай Тхань", "Бунга Кеква" и др. будут введены в эксплуатацию. Это связано с строительством новых морских внутрипромысловых и магистральных трубопроводов, а также платформ. Кроме этого, различными зарубежными компаниями (в том числе Российскими) в тесном содружестве с Петровьетнамом будут выполнены поисково-разведочные работы в глубоководных районах.

Укладку морских трубопроводов на шельфе Вьетнама осуществляют различными способами:

- протаскивание трубопровода по дну моря;

- укладка погружением с поверхности моря;

- опускание трубопровода с опор;

- укладка трубопроводов с трубоукладочных барж без натяжения, с натяжением, со стингером и без него.

Анализ этих способов показывает что, все они применимы для укладки на малых и средних глубинах. На больших глубинах для укладки морских внутрипромысловых и магистральтных трубопроводов используется J-метод. В будущем на шельфе Вьетнама актуальной для освоения месторождений на глубоководных акваториях станет проблема укладки морских трубопроводов в сложных метеорологических и гидрологических условиях.

В связи с этим особую важность и актуальность приобретает разработка методов расчёта напряжённо-деформированного состояния трубопровода при укладке J-методом, обеспечивающего управление процессом укладки трубопроводов в зависимости от глубины моря и скорости трубоукладочного судна.

Главной целью диссертации является разработка методов расчёта напряжённо-деформированного состояния трубопровода при укладке J-методом в случае вертикального опускания трубы, а также при любом угле наклона оси трубопровода по отношению к поверхности моря, расчёта устойчивости стенки трубопровода и расчёта на переменные воздействия волн, течений и судовой качки.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

Обоснована технология строительства глубоководных трубопроводов, укладываемых J-методом с учётом природных воздействий (волн, течений, ветра, судовой качки);

Выполнен вероятностный расчёт параметров волн;

Разработан метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае вертикального опускания трубы;

Разработан метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае любого угла наклона оси трубопровода;

Разработан метод расчёта устойчивости стенки трубопровода при укладке J-методом;

Разработан метод расчёта прочности стояков и трубопроводов, укладываемых J-методом, на переменные воздействия волн, течений и судовой качки.

На защиту выносятся:

- Метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае вертикального опускания трубы;

- Метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае любого угла наклона оси трубопровода, который также позволяет определить конфигурацию и напряжённо-деформированное состояние трубопровода;

- Метод расчёта устойчивости стенки трубопровода при укладке J-методом;

- Метод расчёта прочности трубопроводов, укладываемых J-методом, на переменные воздействия волн, течений и судовой качки.

Научная новизна диссертационной работы:

Разработанный метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае вертикального опускания трубы позволяет определить конфигурацию, изгибающие моменты, поперечные силы в различных сечениях трубопровода.

Разработан метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом для любого угла наклона оси трубопровода. Это позволяет определить пространственное положение трубопровода, углы поворота сечений, а также изгибающие моменты, поперечные силы в различных сечениях трубопровода.

Разработан метод расчёта устойчивости стенки трубопровода при укладке J-методом на внешнее давление воды.

Разработан метод расчёта прочности стояков и трубопроводов, укладываемых J-методом, на переменные воздействия волн, течения и судовой качки.

Практическая ценность:

1. Разработанные в диссертации методы расчёта параметров трубопровода и технология укладки J-методом позволяют обеспечить безаварийную укладку трубопроводов на больших глубинах, а также контролировать и управлять процессом строительства трубопровода на этих глубинах.

2. Материалы исследований используются в учебном процессе для обучения студентов по специальности "Морские нефтегазовые сооружения".

Апробация результатов работы:

Основные результаты диссертации докладывались на международной научно-технической конференции "Нефть, газ Арктики-' в июне 2006 года и на 7-й научно-технической конфереции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" в январе 2007 года. Автором опубликовано 3 статьи по теме диссертации в различных научно-технических журналах, в том числе и включённые в список ВАК для обязательной публикации. Материалы диссертации используются в работах, выполняемых в корпорации "Петровьетнам".

Заключение Диссертация по теме "Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых", Нгуен Ван Шон

Общие выводы и рекомендации по диссертации

1. Разработан метод расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае вертикального опускания трубы, который позволяет определить конфигурацию и напряжённо-деформированное состояние трубопровода.

2. Разработан метода расчёта напряжённого состояния трубопровода при укладке J-методом в случае любого угла наклона оси трубопровода, который также позволяет определить конфигурацию и напряжённо-деформированное состояние трубопровода.

3. Показано, что расчёты напряжённого состояния трубопроводов, укладываемых на больших глубинах зависят не только от глубины укладки, но и от воздействия волн и течений, имеющих вероятностный характер.

4. Разработан расчёт устойчивости стенки трубопровода при укладке J-методом, позволяющий определить необходимые толщины стенки труб, а также условия предотвращения лавинного смятия трубопровода.

5. Разработан расчёт трубопроводов, укладываемых J-методом, и стояков на переменные воздействия волн, течений и судовой качки, позволяющие определить колебания трубопровода при укладке и его напряжённо-деформированное состояние, что даёт возможность обеспечить безаварийную укладку трубопровода.

Принятые сокращения

БК - блок - кондукторов

КС - компрессорная станция

МНГС - морское нефтегазовое сооружение

МСП - морская стационарная платформа

М/Р - месторождение

НДС - наряжённо-деформированное состояние

ПБУ - погружная буровая установка

ППБУ - полугружная буровая установка

ППД - поддержание пластового давления

СПБУ - самоподьёмная буровая установка

УБН - установка безпричального налива

УБНХ - установка безпричального налива с хранилищем

ЦТ - центр тяжести

ЦТП - центральная технологическая платформа

ЭВМ - персональный компьютер

PLEM - pipeline and manifold

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Нгуен Ван Шон, Москва

1. Аликин. В.Н., Литвин. И.Е., Сесюнин. С.Г. и др. Критерии прочности и надежность конструкции. М., Недра, 2005.

2. Алмазов В.О., Смирнов Т.Н. Желебетонные конструкции в портовом гидротехническом строительстве. М., Транспорт, 1986.

3. Аржаков В.Г., Бабкин В.И., Горев В.В. и др. Специальные конструкции и сооружения. Том 1,2,3. М., Высшая школа, 2002.

4. Борисов Р.В., Макаров В.Г., Макаров В.В. и др. Морские инженерные сооружения. Том 1. С.-Петербург, Судостроение, 2003.

5. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения. Часть 1. Конструирование. М., Недра, 2006.

6. Бородавкин П.П. Синюков A.M., Литвин И.Е. Основы расчета механической надежности и оптимизации коэффициентов запаса прочности основных элементов магистральных трубопроводов. М., Нефть и газ, 2002.

7. Бородавкин П.П., Синюков A.M. Прочность магистральных трубопроводов. М., Недра, 1984.

8. Бородавкин. П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов. М., Недра, 1987.

9. Бородавкин. П.П., Березин В.Л., Рудерман С.Ю. Выбор оптимальных трасс магистральных трубопроводов. М., Недра, 1974.

10. Бородавкин. П.П., Березин В.Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. М., Недра, 1979.

11. Н.Бреббиа К., Уокер С. Динамика морских сооружений. Л., Судостроение, 1983.

12. ВСН 51.1-81. Инструкция по проектированию морских стационарных платформ. Мингазпром СССР. -М.: НИПИ "Гипроморнефтегаз", 1981.

13. ВСН 51.3-85. Проектирование морских стационарных платформ. Мингазпром СССР. М.: НИПИ "Гипроморнефтегаз", 1985.

14. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. М., Академия горных наук, 1999.

15. Галахов И. Н., Литонов О.Е., Алисейчик А.А. Плавучие буровые платформы. Л., Судостроение, 1981.

16. Глухов Л.В., Иванов с.Д. Лукашина Н.В. и др. Динамика, прочность и надежность элементов инженерных сооружений. М., Ассоциация Строительных Вузов, 2003.

17. Горев В.В., Филиппов В.В., Тезиков Н.Ю. Математическое моделирование при расчетах и исследованиях строительных конструкций. М., Высшая школа, 2002.

18. Горяинов Ю.А., Федоров А.С., Васильев Г.Г. и др. Морские трубопроводы. М., Недра, 2001.

19. Гусейнов Ч.С., Иванец В.К., Иванец Д.В. Обустройство морских нефтегазовых месторождений. М., Нефть и газ, 2003.

20. Доусон Т. Н. Проектирование сооружений морского шельфа. Л., Судостроение, 1986.

21. Дубровский М.П., Яколев П.И., Князев Е.А. и др. Морские шельфовые и речные гидротехнические сооружения. М., Недра, 1995.

22. Зинг В.У. Воздействие природных факторов на морские сооружения. Ха Ной. Строитель. 2002.

23. Ибрагимов A.M. Нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения для освоения шельфа. М., Недра, 1992.

24. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. М., Высшая школа, 1985.

25. Капустин К. Я. Плавучие буровые установки и буровые суда. М., Недра, 1974.

26. Капустин К. Я., Камышев М. А. Строительство морских трубопроводов. М., Недра, 1982.

27. Когонкова Г.Е. Динамика морских волн. М., Московский университет, 1969.

28. Кукушкин Б.М., Канаев В.Я. Строительство подводных трубопроводов. М., Недра, 1982.

29. Кульмач. П.П. Якорные системы удержания плавучих обьектов. Д., Судостроение, 1980.

30. Левин. С.И. Подводные трубопроводы. М., Недра, 1970.

31. Леонтьев Н.Н., Соболев Д.Н., Амосов А.А. Основы строительной механики стержневных систем.

32. Носков Б.Д. Сооружения континентального шельфа. М.: МИСИ, 1986.

33. Пособие по проектированию морских стационарных платформ (к ВСН 51.3-85) . Мингазпром СССР. Баку.: НИПИ "Гипроморнефтегаз", 1985.

34. Пособие по проектированию морских стационарных платформ (к ВСН 51.3-85) . Мингазпром СССР. Баку.: НИПИ "Гипроморнефтегаз", 1985.

35. Селезнев В.Е. Алешин. В.В. Клишин. Г.С. Методы и технология численного моделирования газопроводных систем. М., УРСС, 2002.

36. Симаков Г.В., Шхинех К.Н., Смелов В.А. и др. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе. Л., Судостроение, 1989.

37. Симвулиди. И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. М., Высшая школа, 1987.

38. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987.

39. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

40. СНиПП-17-77. Свайные фундаменты-М.: Стройиздат, 1987.

41. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Выпуск 50. JL, Энергия, 1969.

42. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Выпуск 61. JL, Энергия, 1969.

43. Тьен JI.K. Теория и практика сооружения и ремонта морских подводных трубопроводов для транспорта нефти и газа в условиях шельфа СРВ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М. 2003.

44. Федоровский В.Г., Левачев С.Н., Курилло С.В. и др. Сваи в гидротехническом строительстве. М., АСВ, 2003.

45. Халфин И.Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. М., Недра. 1990.

46. Bramlette McClellanhd, Michael D. Reifel. Planning and design of fixed offshore platforms. New York.: Van Nostrand Reinhold Company Inc., 1986.

47. Dr Visser. Offshore jackets. London.: MTD, 1993.